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首页 > 新闻 > 汽车

最新燃料电池车（FCV）用高压氢瓶

来源：雅式橡塑网 日期 ：2022-11-01 作者 ：方鲲

1. 前言

汽车为我们提供了各种各样的便利的同时，也带来了诸如燃料资源和环境方面的负面问题。为此运营而生的HV/PHV/EV 等提高了电动化技术，某种程度上抑制了问题的扩大。


在这样的背景下，2014年丰田公司推出了世界首辆燃料电池车“MIRAI”，并全球发售。燃料电池车是电动车的一种，其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧，直接变成电能的。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，因此燃料电池车辆是无污染汽车，燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2～3 倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆。它不仅解决了汽车的问题，而且改变了车的概念，世界对此给予非常大的期待。


Mirai使用了高压氢气作为动力能源，高压氢气被储存在位于车身后半部分的高压储氢罐中。Mirai 所使用的聚酰胺联线外加轻质金属的高压储氢罐可以承受70MPa压力，并分别置于后轴的前后。高压氢添加的过程与传统添注汽油或者柴油相似，但对于安全性和加注设备具有独立的安全标准。充满Mirai的储氢罐大约需要 3-5 分钟，在JC08工况下，Mirai的氢储量可以支持700公里续航里程。减压后的氢气进入位于乘员舱下方的燃料电池中，氢原子在燃料电池阴极上的反应，释放电子从而产生电能。多个燃料电池的串联使得输出电压达到使用的标准。


本文介绍了2020年末发售的新型MIRAI搭载的低成本、可靠性高的高压氢罐（图1）


image.png



2. 产品概要

如图2所示，MIRAI搭载的3号高压氢瓶（70MPa）的结构。


image.png



容器主体由树脂衬里、碳纤维强化塑料（CFRP）、玻璃纤维强化塑料（GFRP）三层结构构成。 


具有氢气阻隔功能的树脂衬里，在左右各一半注射成型后，进行熔敷成型，与金属衬里相比，实现了轻量化和高耐久性。


3. 研发的关键点

3.1 树脂衬里的成型

在树脂衬里的注塑成型中，以往的模具规格采用多点浇口，由于焊合线的产生，会造成衬里强度降低。


在新产品的开发上，对浇口规格进行了改进，实现了无焊合线，因此有效的抑制了衬里强度的降低。


3.2 树脂衬里的焊合

如图3所示，作为树脂衬里的焊合方法，采用了新的工艺方法。由此，加工时间比以往大幅度缩短了约 60%。另外，与以往的焊合方法相比，能够防止熔接部残留异物引起的衬里强度、伸长的降低，实现了不良率降低和熔接质量的稳定化。


image.png

3.3 FRP

通过CFRP、GFRP的纤维缠绕（FW）加工，实现了生产高效化，大幅度缩短了加工时间。此外，如图4所示，通过在FRP中使用新开发的环氧树脂材料，成功的缩短了环氧树脂固化的时间，而且通过改变CFRP中的碳纤维和最佳层叠设计，降低了材料的使用量。在保持耐压强度的同时，最大限度减小厚度，以此增加胆内容积，提高氢气的质量效率。


image.png

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80.png

81.png

82.png

图 6 氢瓶缠绕设备






83.png


本文作者：方鲲1,2（13220137198）刘康1,2  刘康1,2  李玫2  乔治3 

1.北京热塑性复合材料工程技术研究所

2.北京纳盛通新材料科技有限责任公司

3.中化集团塑料公司


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来源：雅式橡塑网 日期 ：2022-11-01 作者 ：方鲲

1. 前言

汽车为我们提供了各种各样的便利的同时，也带来了诸如燃料资源和环境方面的负面问题。为此运营而生的HV/PHV/EV 等提高了电动化技术，某种程度上抑制了问题的扩大。


在这样的背景下，2014年丰田公司推出了世界首辆燃料电池车“MIRAI”，并全球发售。燃料电池车是电动车的一种，其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧，直接变成电能的。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，因此燃料电池车辆是无污染汽车，燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2～3 倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆。它不仅解决了汽车的问题，而且改变了车的概念，世界对此给予非常大的期待。


Mirai使用了高压氢气作为动力能源，高压氢气被储存在位于车身后半部分的高压储氢罐中。Mirai 所使用的聚酰胺联线外加轻质金属的高压储氢罐可以承受70MPa压力，并分别置于后轴的前后。高压氢添加的过程与传统添注汽油或者柴油相似，但对于安全性和加注设备具有独立的安全标准。充满Mirai的储氢罐大约需要 3-5 分钟，在JC08工况下，Mirai的氢储量可以支持700公里续航里程。减压后的氢气进入位于乘员舱下方的燃料电池中，氢原子在燃料电池阴极上的反应，释放电子从而产生电能。多个燃料电池的串联使得输出电压达到使用的标准。


本文介绍了2020年末发售的新型MIRAI搭载的低成本、可靠性高的高压氢罐（图1）


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2. 产品概要

如图2所示，MIRAI搭载的3号高压氢瓶（70MPa）的结构。


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容器主体由树脂衬里、碳纤维强化塑料（CFRP）、玻璃纤维强化塑料（GFRP）三层结构构成。 


具有氢气阻隔功能的树脂衬里，在左右各一半注射成型后，进行熔敷成型，与金属衬里相比，实现了轻量化和高耐久性。


3. 研发的关键点

3.1 树脂衬里的成型

在树脂衬里的注塑成型中，以往的模具规格采用多点浇口，由于焊合线的产生，会造成衬里强度降低。


在新产品的开发上，对浇口规格进行了改进，实现了无焊合线，因此有效的抑制了衬里强度的降低。


3.2 树脂衬里的焊合

如图3所示，作为树脂衬里的焊合方法，采用了新的工艺方法。由此，加工时间比以往大幅度缩短了约 60%。另外，与以往的焊合方法相比，能够防止熔接部残留异物引起的衬里强度、伸长的降低，实现了不良率降低和熔接质量的稳定化。


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3.3 FRP

通过CFRP、GFRP的纤维缠绕（FW）加工，实现了生产高效化，大幅度缩短了加工时间。此外，如图4所示，通过在FRP中使用新开发的环氧树脂材料，成功的缩短了环氧树脂固化的时间，而且通过改变CFRP中的碳纤维和最佳层叠设计，降低了材料的使用量。在保持耐压强度的同时，最大限度减小厚度，以此增加胆内容积，提高氢气的质量效率。


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图 6 氢瓶缠绕设备






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本文作者：方鲲1,2（13220137198）刘康1,2  刘康1,2  李玫2  乔治3 

1.北京热塑性复合材料工程技术研究所

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