【科技牛成果推荐】35MPa/70MPa车载高压储氢系统关键技术及应用

35MPa/70MPa车载高压储氢系统关键技术及应用

【项目简介】

本项目属于新能源汽车中的先进制造，是战略新型产业研制和推广项目。

燃料电池汽车（FCV）是以氢气为燃料的电动汽车，具有零排放、高效率、燃料可再生的显著优势，被认为是新能源汽车的终极解决方案。车载储氢系统是FCV的核心子系统，对续驶里程、安全性和成本的影响至关重要，而且是决定FCV基础设施发展方向的核心要素，在FCV的发展中占据极其重要的位置。35MPa和70MPa储氢技术是国际上FCV车载储氢系统采用的主流技术。之前，国内研发和示范FCV用储氢技术都是依赖进口。依赖进口不仅成本高昂和卡脖子，而且还不满足我国标准法规要求，难以商业化示范和推广应用。

针对FCV车载储氢技术发展现状，同济大学氢能团队利用自身积累的技术优势，从2006年起，率先带领国内合作伙伴开始了车载高压储氢系统关键技术的自主研发，先后突破35MPa和70MPa车载储氢系统关键部件、系统设计和安全性等若干关键技术，取得如下成果：

在国际上率先提出了基于免疫算法的车用储氢瓶多参量整体优化设计方法，并建立了基于免疫算法的轻质高压储氢瓶的材料-结构-工艺一体化优化模型，突破了超高压复合储氢瓶的优化设计、内胆制造和缠绕线形匹配等关键技术；率先开展了从细观到宏观的多尺度储氢瓶失效力学性能研究，提出了复合材料储氢瓶的细观-宏观损伤本构模型，成功应用于复合储氢瓶的制造过程，攻克了储氢瓶长寿命难题；自主提出铝内胆热装钢套的瓶嘴结构设计方法，攻克了铝内胆瓶口螺纹强度不足的内胆制造关键技术；实现了35MPa和70MPa车用储氢气瓶的批量制造。

深入研究了高压组合式瓶阀的安全机制和失效模式，建立了以安全性和寿命为约束目标的高压组合式瓶阀结构-材料-工艺优化设计方法，解决了低功耗大吸力电磁执行器、长寿命动密封、抗氢渗漏引线等关键技术，实现了高压储氢瓶组合式瓶阀的设计与批量制造；构建了我国首套35MPa/70MPa组合式瓶阀的安全性能测试系统。

提出了超高压分级减压的气动系统方案，开发出基于气阻/气容的流量、压力动态补偿以及非对称节流控制技术，实现超高压储氢瓶中氢气的快速释放以及稳定控制；掌握了车载极限环境下35MPa 和70MPa 超高压氢气压力控制关键技术，自主研制出锥型阀芯圆柱滑阀结构的超高压高精度压力控制阀，解决了超高压控制阀及其系统理论和设计制造关键技术难题；实现了车用高压储氢系统减压阀的批量制造。

系统研究了车用振动工况和极端危险工况（碰撞、着火、枪击）下高压储氢系统安全性的关键影响因素，研制出能满足各种工况下安全性要求的高压储氢系统设计与集成方案；深入研究了车用环境温度下（-40℃­+60℃）超高压氢气快速充装、泄放和使用过程中系统压力特性、温度特性以及密封特性，开发出35MPa、70MPa车载储氢系统的快速充装控制策略；开发出70MPa车载高压储氢系统红外通讯技术和模块，实现车载储氢系统与加氢机间的即时安全通讯，助力快速加注；创新性地提出车载氢系统排放安全控制方法，成功开发出尾排氢气均一化和催化燃烧技术和装置，并实现了应用。