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提及氫燃料電池汽車，“安全”一直是無法回避的關鍵問題。

眾所周知，由于氫及燃料電池技術在我國普及度較低，氫氣作為易燃、易爆品，在制備、儲運、加注和使用過程中均有潛在的泄漏和爆炸隱患，氫安全成為氫能應用和大規(guī)模商業(yè)化推廣的重要前提。

儲氫系統(tǒng)作為燃料電池汽車不可缺少的組成部分，是影響燃料電池汽車使用安全和整體穩(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，瓶閥作為儲氫系統(tǒng)的關鍵一環(huán)，有密封氣瓶、控制氣體導通啟閉的作用，一旦其安全質量出現問題，將會影響儲氫系統(tǒng)及燃料電池汽車的正常使用，嚴重時還會引發(fā)安全事故。

因此，研發(fā)安全性高、密封性強，具有良好開關特性的車用高壓瓶閥，保障儲氫氣瓶必須始終處于安全狀態(tài)，成為高效解決儲氫難題，推動氫能及燃料電池汽車產業(yè)化安全發(fā)展的關鍵因素。

日前，未勢能源自主研發(fā)的首款70MPa車用高壓儲氫瓶閥正式發(fā)布，憑借高安全性、高集成度、高穩(wěn)定性，小型化、輕量化、長壽命、低成本的技術優(yōu)勢，實現國產化高壓閥門在攻堅“卡脖子”關鍵技術上的重要突破，填補自主企業(yè)在國內氫能產業(yè)的一項關鍵空白，引發(fā)市場強烈期待。

與此同時，該產品的安全性和有效性，也成為業(yè)界最為關注的話題之一。

70MPa車用高壓儲氫瓶閥

那么，70MPa車用高壓儲氫瓶閥究竟是否安全、是否符合安全技術要求、是否能夠滿足當前市場需求，未勢能源研發(fā)人員又是通過哪些關鍵測試，保障其品質實現高安全性和高穩(wěn)定性的呢？

對此，小編帶著種種疑問，采訪了未勢能源儲氫系統(tǒng)開發(fā)部專家，詳細揭秘關鍵試驗全流程測試，帶您一起探尋70MPa車用高壓儲氫瓶閥背后的安全秘密。

01  專家講述液壓爆破試驗原理175MPa下驗證產品可靠性

據未勢能源儲氫系統(tǒng)開發(fā)部專家表示，為了保證高壓瓶閥產品的安全性、可靠性及基本性能，在研發(fā)過程中需要進行大量試驗，主要有液壓爆破試驗、液壓循環(huán)、泄漏、氫氣循環(huán)、耐振性、耐腐蝕性等試驗。其中，液壓強度爆破和泄漏密封式對整車氫安全有著重要的意義，在滿足這兩項基本的性能指標之后才可以繼續(xù)進行后續(xù)的壽命耐久等試驗。

液壓爆破試驗是通過增壓設備按照一定的升壓速率向瓶閥內加壓，在瓶閥不泄漏、不破裂情況下，測試閥體中各個受壓零件的最大耐壓能力。

未勢能源自主研發(fā)的70MPa氫氣用高壓閥門，在液壓爆破測試過程中，設計工作壓力為70MPa，主要由電磁閥、應急泄放閥、TPRD、手動截止閥組成，瓶閥PID如圖1所示：


圖1

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



如圖2所示，在175MPa的最小爆破壓力作用下，閥體最大應力值為290MPa，小于閥體的屈服強度，滿足設計強度要求。


圖2

仿真結果如下：



02  先進的試驗設備，滿足高嚴苛測試標準

據專家介紹，未勢能源儲氫系統(tǒng)研發(fā)團隊在產品研發(fā)過程中，遵循以客戶需求為導向的“ V”流程正向開發(fā)理念，從產品研發(fā)的價值到產品質量的應用，尤其針對產品概念設定前的痛點研究，均進行了大量的科學數據分析和核心技術研究，并針對產品試制測試需求，相應地引進了多套歐美高端專業(yè)檢測設備，建立了完善試驗室等，從源頭著手、從各個精細環(huán)節(jié)著手，全力保障其產品質量在應用過程中的安全，液壓爆破試驗室就是其中之一。


圖3

未勢能源液壓爆破試驗室測試專用設備為德國MAXIMATOR公司p17030型號液壓爆破測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)輸出結果準確可靠，最高壓力可達400MPa，壓力傳感器精度為0.25級，測試介質為Frezzium-60，具有壓縮系數低、耐高低溫的優(yōu)點，設備實物如圖3所示。


圖4

專家指出，液循環(huán)系統(tǒng)能夠模擬環(huán)境的溫濕度和調整充入介質的溫度，通過該試驗過程中的失效模式分析，能夠得出閥體開裂、應急泄放閥泄漏、手動閥泄露、TPRD破裂等可能存在的安全隱患問題，為改進產品工藝、保障質量安全提供重要技術支撐。


圖5


圖6


圖7

在測試過程中，如圖5所示，實際測試結果為介質從TPRD泄放口噴出，閥體及其他位置均未發(fā)生泄漏和破裂，與強度仿真結果相符。測試壓力曲線如圖6所示，最終爆破壓力為233.58MPa。經拆解發(fā)現，失效方式為TPRD玻璃球破裂，密封圈破損，如圖7所示。瓶閥中TPRD結構由玻璃感溫球、密封圈、活門、支架及排放口組成，如圖8所示，玻璃感溫球受力方向為軸向，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大于202MPa，與實際測試結果一致。

經過多次抽樣測試，未勢能源自主研發(fā)的首款70MPa車用高壓儲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），其性能指標數據均達到預期設計要求，完全滿足國標35544的測試要求。

另外，據專家透露，未勢能源70MPa車用高壓儲氫瓶閥截止目前已經完成10余項關鍵測試，包括瓶閥液壓爆破測試、液壓循環(huán)測試、高低溫內外漏測試等，測試結果顯示，整體性能指標均達到預期設計要求，并滿足市場高性能需求，該產品現已進入量產前最后測試階段，生產制造工作也已初步啟動，并計劃于2020年下半年正式投放市場。

03  寫在結尾

液壓爆破試驗是保證瓶閥安全性的最基本測試，總體來說對儲氫系統(tǒng)的整體性能及燃料電池汽車的安全性能起著決定性作用。該試驗的順利通過，進一步驗證了未勢能源70MPa車用高壓儲氫瓶閥產品設計高穩(wěn)定性和安全性特點， 且遠超國際行業(yè)標準需求，為自主車載儲氫系統(tǒng)及更高壓高端部件研制提供了重要參考經驗，引領我國氫能產業(yè)鏈關鍵技術實現向上突破。