[发明专利]一种车载复合材料储氢气瓶服役性能测试装置及方法

说明书

本发明涉及氢能与燃料电池汽车领域，旨在提供一种车载复合材料储氢气瓶服役性能测试装置及方法。包括带有端盖的试验腔体，待测储氢气瓶安装在内部空腔中；氢气瓶组通过进气管路经端盖接至储氢气瓶，在储氢气瓶的内部设有加热组件；在试验腔体的侧壁上设有液压油进口，通过管路与液压油储罐、液压油泵和控制阀共同构成液压油充放系统。本发明仅需在第一次循环开始进行高压氢气的快速充装，而无需进行连续地快速充装和泄放，对氢气增压泵的流量以及高压储罐的容积需求大幅度降低；循环过程中通过利用液压油对气瓶外部加压泄压来模拟氢气充装和泄放过程中的载荷，避免了使用高压氢气循环过程中所存在的较大安全隐患，提高了测试研究的安全性。

技术领域

本发明属于氢能与燃料电池汽车领域，特别涉及一种车载复合材料储氢气瓶服役性能测试装置及方法。

背景技术

氢能因具有来源多样、洁净环保、可规模储输等突出优点而被认为是最具应用前景的二次能源之一。氢能的重要应用终端就是氢能燃料电池汽车。世界许多汽车巨头在2015年前后纷纷推出了量产化的氢能燃料电池汽车。目前，氢能燃料电池汽车普遍采用车载复合材料储氢气瓶进行氢气的储存(气瓶的设计压力可达到70MPa)，该气瓶通常由内胆层和外部的碳纤维-树脂缠绕层构成。依据相关规范标准规定，车载复合材料储氢气瓶在使用过程中氢气的快速充装时间应控制在3～5min。由于氢气本身具有的氢脆特性加上快速充装过程中氢气产生的温升现象(温度升高一般控制在85℃以内)，将对车载复合材料储氢气瓶的服役性能产生较大影响，相关学者已在材料层面上证明了氢脆及温升将对复合材料储氢气瓶产生较大的影响，但上述影响规律尚不清楚，亟需建立相应的测试装置和方法对车载复合材料储氢气瓶的服役性能进行研究。

为了研究车载复合材料储氢气瓶的整体服役性能，就需要测试装置能够模拟气瓶在实际服役过程中的工况，其中的主要要素包括：1)气瓶内胆要一直接触高压氢气，且氢气的最高压力要达到气瓶设计压力的1.25倍；2)气瓶每次循环加载过程中都伴随着内部气体温度的升高(最高温升可达85℃)。为了实现上述要素，比较直观传统的做法是直接使用高压氢气对车载复合材料储氢气瓶进行连续地充氢放氢循环，直至气瓶失效破坏，记录失效时氢气循环的次数。但是根据国际范围内已有的经验，为了实现连续不断地氢气的快速加注(每次加注时间3～5min)，对测试系统氢气增压泵的流量要求非常大，整个系统的造价达到亿元级别，除成本问题外，大量高压氢气的连续循环也带来了较大的安全隐患，成为制约车载复合材料储氢气瓶服役性能研究的重要障碍。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提出一种车载复合材料储氢气瓶服役性能测试装置及方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种车载复合材料储氢气瓶服役性能测试装置，包括用于提供测试用氢气的氢气瓶组，还包括一个带有端盖的试验腔体，待测储氢气瓶安装在内部空腔中；氢气瓶组通过进气管路依次连接气动增压泵、氢气储罐和氢气流量控制阀，最后接至设于端盖上的氢气进气口外侧端口，氢气进气口的内侧端口与储氢气瓶的瓶口相接；放空阀门和真空泵分别通过管路接至氢气储罐之后的进气管路；在储氢气瓶的内部设有加热组件，加热组件通过电缆连接至加热系统；在试验腔体的侧壁上设有液压油进口，通过管路与液压油储罐、液压油泵和控制阀共同构成液压油充放系统；所述气动增压泵、液压油泵和加热系统分别通过信号线接至计算机。

本发明中，该装置还包括设于端盖内侧的氢气泄漏探测器，并由信号线通过设于试验腔体侧壁上的通孔连接至计算机，通孔由耐压密封组件实现密封。

本发明中，液压油充放系统中的控制阀包括进油流量控制阀和放油流量控制阀；液压油泵的入口端接至液压油储罐的底部，其出口端经进油流量控制阀接至液压油进口，液压油进口经放油流量控制阀接至液压油储罐的上部。

本发明中，所述加热组件的长度不小于储氢气瓶长度的80％；加热系统位于试验腔体的外部，电缆通过设于试验腔体侧壁上的通孔连接加热组件和加热系统，通孔由耐压密封组件实现密封。