提及氫燃料電池汽車(chē)，“安全”一直是無(wú)法回避的關(guān)鍵問(wèn)題。眾所周知，由于氫及燃料電池技術(shù)在我國(guó)普及度較低，氫氣作為易燃、易爆品，在制備、儲(chǔ)運(yùn)、加注和使用過(guò)程中均有潛在的泄漏和爆炸隱患，氫安全成為氫能應(yīng)用和大規(guī)模商業(yè)化推廣的重要前提。

儲(chǔ)氫系統(tǒng)作為燃料電池汽車(chē)不可缺少的組成部分，是影響燃料電池汽車(chē)使用安全和整體穩(wěn)定性的重要因素之一，主要由高壓氣瓶、瓶閥、減壓閥等零部件組成。其中，瓶閥作為儲(chǔ)氫系統(tǒng)的關(guān)鍵一環(huán)，有密封氣瓶、控制氣體導(dǎo)通啟閉的作用，一旦其安全質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題，將會(huì)影響儲(chǔ)氫系統(tǒng)及燃料電池汽車(chē)的正常使用，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引發(fā)安全事故。

因此，研發(fā)安全性高、密封性強(qiáng)，具有良好開(kāi)關(guān)特性的車(chē)用高壓瓶閥，保障儲(chǔ)氫氣瓶必須始終處于安全狀態(tài)，成為高效解決儲(chǔ)氫難題，推動(dòng)氫能及燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化安全發(fā)展的關(guān)鍵因素。

日前，未勢(shì)能源自主研發(fā)的首款70MPa車(chē)用高壓儲(chǔ)氫瓶閥正式發(fā)布，憑借高安全性、高集成度、高穩(wěn)定性，小型化、輕量化、長(zhǎng)壽命、低成本的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化高壓閥門(mén)在攻堅(jiān)“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)上的重要突破，填補(bǔ)自主企業(yè)在國(guó)內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)的一項(xiàng)關(guān)鍵空白，引發(fā)市場(chǎng)強(qiáng)烈期待。

與此同時(shí)，該產(chǎn)品的安全性和有效性，也成為業(yè)界最為關(guān)注的話題之一。

70MPa車(chē)用高壓儲(chǔ)氫瓶閥

那么，70MPa車(chē)用高壓儲(chǔ)氫瓶閥究竟是否安全、是否符合安全技術(shù)要求、是否能夠滿足當(dāng)前市場(chǎng)需求，未勢(shì)能源研發(fā)人員又是通過(guò)哪些關(guān)鍵測(cè)試，保障其品質(zhì)實(shí)現(xiàn)高安全性和高穩(wěn)定性的呢？

對(duì)此，小編帶著種種疑問(wèn)，采訪了未勢(shì)能源儲(chǔ)氫系統(tǒng)開(kāi)發(fā)部專(zhuān)家，詳細(xì)揭秘關(guān)鍵試驗(yàn)全流程測(cè)試，帶您一起探尋70MPa車(chē)用高壓儲(chǔ)氫瓶閥背后的安全秘密。

01 專(zhuān)家講述液壓爆破試驗(yàn)原理,175MPa下驗(yàn)證產(chǎn)品可靠性

據(jù)未勢(shì)能源儲(chǔ)氫系統(tǒng)開(kāi)發(fā)部專(zhuān)家表示，為了保證高壓瓶閥產(chǎn)品的安全性、可靠性及基本性能，在研發(fā)過(guò)程中需要進(jìn)行大量試驗(yàn)，主要有液壓爆破試驗(yàn)、液壓循環(huán)、泄漏、氫氣循環(huán)、耐振性、耐腐蝕性等試驗(yàn)。其中，液壓強(qiáng)度爆破和泄漏密封式對(duì)整車(chē)氫安全有著重要的意義，在滿足這兩項(xiàng)基本的性能指標(biāo)之后才可以繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)的壽命耐久等試驗(yàn)。

液壓爆破試驗(yàn)是通過(guò)增壓設(shè)備按照一定的升壓速率向瓶閥內(nèi)加壓，在瓶閥不泄漏、不破裂情況下，測(cè)試閥體中各個(gè)受壓零件的最大耐壓能力。

未勢(shì)能源自主研發(fā)的70MPa氫氣用高壓閥門(mén)，在液壓爆破測(cè)試過(guò)程中，設(shè)計(jì)工作壓力為70MPa，主要由電磁閥、應(yīng)急泄放閥、TPRD、手動(dòng)截止閥組成，瓶閥PID如圖1所示：

圖1

根據(jù)GB/T35544要求，瓶閥的最小爆破壓力應(yīng)大于2.5倍工作壓力，即175MPa。閥體材料為鋁合金6061T6，屈服強(qiáng)度為320MPa，抗拉強(qiáng)度為350MPa。通過(guò)ANSYS workbench軟件建立仿真模型、進(jìn)行強(qiáng)度分析：

如圖2所示，在175MPa的最小爆破壓力作用下，閥體最大應(yīng)力值為290MPa，小于閥體的屈服強(qiáng)度，滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。

圖2

仿真結(jié)果如下：

02 先進(jìn)的試驗(yàn)設(shè)備，滿足高嚴(yán)苛測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

據(jù)專(zhuān)家介紹，未勢(shì)能源儲(chǔ)氫系統(tǒng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)在產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中，遵循以客戶(hù)需求為導(dǎo)向的“ V”流程正向開(kāi)發(fā)理念，從產(chǎn)品研發(fā)的價(jià)值到產(chǎn)品質(zhì)量的應(yīng)用，尤其針對(duì)產(chǎn)品概念設(shè)定前的痛點(diǎn)研究，均進(jìn)行了大量的科學(xué)數(shù)據(jù)分析和核心技術(shù)研究，并針對(duì)產(chǎn)品試制測(cè)試需求，相應(yīng)地引進(jìn)了多套歐美高端專(zhuān)業(yè)檢測(cè)設(shè)備，建立了完善試驗(yàn)室等，從源頭著手、從各個(gè)精細(xì)環(huán)節(jié)著手，全力保障其產(chǎn)品質(zhì)量在應(yīng)用過(guò)程中的安全，液壓爆破試驗(yàn)室就是其中之一。

圖3

未勢(shì)能源液壓爆破試驗(yàn)室測(cè)試專(zhuān)用設(shè)備為德國(guó)MAXIMATOR公司p17030型號(hào)液壓爆破測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)輸出結(jié)果準(zhǔn)確可靠，最高壓力可達(dá)400MPa，壓力傳感器精度為0.25級(jí)，測(cè)試介質(zhì)為Frezzium-60，具有壓縮系數(shù)低、耐高低溫的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)備實(shí)物如圖3所示。

圖4

專(zhuān)家指出，液循環(huán)系統(tǒng)能夠模擬環(huán)境的溫濕度和調(diào)整充入介質(zhì)的溫度，通過(guò)該試驗(yàn)過(guò)程中的失效模式分析，能夠得出閥體開(kāi)裂、應(yīng)急泄放閥泄漏、手動(dòng)閥泄露、TPRD破裂等可能存在的安全隱患問(wèn)題，為改進(jìn)產(chǎn)品工藝、保障質(zhì)量安全提供重要技術(shù)支撐。

圖5

圖6

圖7

在測(cè)試過(guò)程中，如圖5所示，實(shí)際測(cè)試結(jié)果為介質(zhì)從TPRD泄放口噴出，閥體及其他位置均未發(fā)生泄漏和破裂，與強(qiáng)度仿真結(jié)果相符。測(cè)試壓力曲線如圖6所示，最終爆破壓力為233.58MPa。經(jīng)拆解發(fā)現(xiàn)，失效方式為T(mén)PRD玻璃球破裂，密封圈破損，如圖7所示。瓶閥中TPRD結(jié)構(gòu)由玻璃感溫球、密封圈、活門(mén)、支架及排放口組成，如圖8所示，玻璃感溫球受力方向?yàn)檩S向，軸向最低承受載荷為4800N，受力面積為直徑5.5mm圓孔，軸向最低承受壓力為202MPa。因此，瓶閥玻璃球處破裂的爆破壓力應(yīng)大于202MPa，與實(shí)際測(cè)試結(jié)果一致。

經(jīng)過(guò)多次抽樣測(cè)試，未勢(shì)能源自主研發(fā)的首款70MPa車(chē)用高壓儲(chǔ)氫瓶閥最小爆破壓力大于214.72MPa，大于2.5倍的瓶閥工作壓力（175MPa），其性能指標(biāo)數(shù)據(jù)均達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求，完全滿足國(guó)標(biāo)35544的測(cè)試要求。

另外，據(jù)專(zhuān)家透露，未勢(shì)能源70MPa車(chē)用高壓儲(chǔ)氫瓶閥截止目前已經(jīng)完成10余項(xiàng)關(guān)鍵測(cè)試，包括瓶閥液壓爆破測(cè)試、液壓循環(huán)測(cè)試、高低溫內(nèi)外漏測(cè)試等，測(cè)試結(jié)果顯示，整體性能指標(biāo)均達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求，并滿足市場(chǎng)高性能需求，該產(chǎn)品現(xiàn)已進(jìn)入量產(chǎn)前最后測(cè)試階段，生產(chǎn)制造工作也已初步啟動(dòng)，并計(jì)劃于2020年下半年正式投放市場(chǎng)。

03 寫(xiě)在結(jié)尾

液壓爆破試驗(yàn)是保證瓶閥安全性的最基本測(cè)試，總體來(lái)說(shuō)對(duì)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的整體性能及燃料電池汽車(chē)的安全性能起著決定性作用。該試驗(yàn)的順利通過(guò)，進(jìn)一步驗(yàn)證了未勢(shì)能源70MPa車(chē)用高壓儲(chǔ)氫瓶閥產(chǎn)品設(shè)計(jì)高穩(wěn)定性和安全性特點(diǎn)， 且遠(yuǎn)超國(guó)際行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)需求，為自主車(chē)載儲(chǔ)氫系統(tǒng)及更高壓高端部件研制提供了重要參考經(jīng)驗(yàn)，引領(lǐng)我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)向上突破。