A BEV-k és FCEV-k standard, sík platformos tartályai hőre lágyuló és hőreformációs kompozitokat használnak egy csontváz-konstrukcióval, amely 25% -kal több H2 tárolást biztosít. #Hydrogen #Trends
A BMW -vel való együttműködés után azt mutatta, hogy egy köbös tartály magasabb térfogat hatékonyságot eredményezhet, mint a több kis henger, a Müncheni Műszaki Egyetem egy kompozit szerkezet kidolgozására szolgáló projektet indított, és a sorozatgyártás méretezhető gyártási folyamatát. Képhitel: TU Drezda (felső) balra), Müncheni Műszaki Egyetem, Kénnyelkompozitok Tanszéke (LCC)
Az üzemanyagcellás elektromos járművek (FCEV-k) nulla-emisszióval (H2) hidrogén által működtetett további eszközöket biztosítanak a nulla környezeti célok eléréséhez. Az üzemanyagcellás személygépkocsi H2 motorral 5-7 perc alatt kitölthető, és 500 km-es tartományban van, de az alacsony termelési mennyiségek miatt jelenleg drágább. A költségek csökkentésének egyik módja a standard platform használata a BEV és az FCEV modellekhez. Ez jelenleg nem lehetséges, mert a sűrített H2 gáz (CGH2) 700 bar -ban történő tárolására használt 4 -es típusú hengeres tartályok nem alkalmasak az alsó részű akkumulátor rekeszekhez, amelyeket gondosan megterveztek az elektromos járművekhez. A párnák és kockák formájában lévő nyomás edények azonban beleférnek ebbe a lapos csomagolási helyre.
Az US55777630A szabadalma a „Composite Conformal NYOMTÁSI KERESKEDELEM” -hez, a THIOKOL CORP. által 1995 -ben (balra) és a BMW által 2009 -ben szabadalmaztatott téglalap alakú hajó által benyújtott kérelemhez (jobbra).
A Müncheni Műszaki Egyetem (TUM, München, Németország) Szén Kompozitok Tanszékének (LCC) két projektben vesz részt e koncepció kidolgozására. Az első a Polymers4 -hidrogén (P4H), amelyet a Leoben Polimer kompetencia központ (PCCL, Leoben, Ausztria) vezet. Az LCC munkacsomagját Elizabeth Glace vezette.
A második projekt a hidrogén demonstrációs és fejlesztési környezet (Hydden), ahol az LCC -t Christian Jaeger kutató vezet. Mindkettő célja a gyártási folyamat nagyszabású demonstrációjának létrehozása a megfelelő CGH2 tartály elkészítéséhez szénszálas kompozitok felhasználásával.
Korlátozott mennyiség van a térfogati hatékonyság, ha a kis átmérőjű hengereket lapos akkumulátorcellákba (balra) és a 2. típusú köbös nyomású edényekbe acélbélésből és szénszálból/epoxi kompozit külső héjból (jobbra) készülnek. Képforrás: A 3. és a 6. ábra a „II. Típusú nyomásdoboz belső feszültségű lábakkal rendelkező numerikus tervezési megközelítéséből” című RUF és Zaremba et al.
A P4H egy kísérleti kocka tartályt készített, amely hőre lágyuló keretet használ kompozit feszültség hevederekkel/szénszálas erősített epoxiba csomagolva. A Hydden hasonló kialakítást fog használni, de automatikus szálas elrendezést (AFP) fog használni az összes hőre lágyuló kompozit tartály előállításához.
A Thiokol Corp. által készített szabadalmi kérelemtől a „Composite Conformal NYOMTÁSI KERESKEDELEM” -ig 1995 -ben a Német Szabadalomig, a DE19749950C2 1997 -ben, a sűrített gáz edények „bármilyen geometriai konfigurációval rendelkezhetnek”, de különösen lapos és szabálytalan formák, a héj tartóhoz csatlakoztatott üregben. Az elemeket úgy használják, hogy ellenálljanak a gáz terjeszkedésének erőinek.
A 2006-os Lawrence Livermore Nemzeti Laboratóriumi (LLNL) cikk három megközelítést ír le: egy szál sebkonformális nyomás edény, egy belső ortorombás rácsszerkezetet tartalmazó mikrolattási nyomás edény (2 cm vagy annál kevesebb cellák), amely vékonyfalú H2-tartályt vesz körül, és egy belső szerkezetből áll, és egy belső szerkezetből áll, pl. A vékony külső bőr összetétele. A másolatú tartályok a legmegfelelőbbek nagyobb tartályokhoz, ahol a hagyományos módszereket nehéz lehet alkalmazni.
A Volkswagen által 2009-ben benyújtott DE102009057170A szabadalom egy járműre szerelt nyomású edényt ír le, amely nagy súlyhatékonyságot biztosít, miközben javítja a helyfelhasználást. A téglalap alakú tartályok feszítő csatlakozókat használnak két téglalap alakú ellentétes falak között, és a sarkok lekerekítettek.
A fenti és más fogalmakat Gleiss et al. az ECCM20-ban (2022. június 26-30, Lausanne, Svájc). Ebben a cikkben idézi a Michael Roof és a Sven Zaremba által közzétett TUM -tanulmányt, amely megállapította, hogy a téglalap alakú oldalakkal összekötő feszültség -rugókkal ellátott köbnyomás -edény hatékonyabb, mint néhány kis henger, amelyek illeszkednek egy lapos akkumulátor helyébe, körülbelül 25% -kal többet biztosítva. Tárolóhely.
Gleiss szerint az a probléma, hogy egy kis 4 -es típusú hengert egy lapos esetben telepítünk, az a probléma, hogy „a hengerek közötti térfogat nagymértékben csökken, és a rendszernek nagyon nagy H2 -es gázáteresztő felülete is van.
A tartály köbös kialakításával azonban vannak más problémák is. "Nyilvánvaló, hogy a sűrített gáz miatt ellensúlyoznia kell a hajlító erőket a lapos falakon" - mondta Gleiss. "Ehhez szükség van egy megerősített szerkezetre, amely belsőleg kapcsolódik a tartály falához. De ezt nehéz megtenni a kompozitokkal."
Glace és csapata megpróbálta beépíteni a megerősítő feszítő rudakat a nyomás edénybe oly módon, hogy megfelelő legyen az izzószál tekercseléséhez. "Ez fontos a nagy volumenű termelés szempontjából"-magyarázza-, és lehetővé teszi számunkra, hogy megtervezzük a tartályfalak kanyargós mintáját, hogy optimalizáljuk a szál tájolását a zónában minden egyes rakományhoz. "
Négy lépés a P4H projekt próbakobozos kompozit tartályának elkészítéséhez. Képhitel: „A Müncheni Műszaki Egyetem Műszaki Egyetemi Köves nyomás edények gyártási folyamatának kidolgozása, Polymers4Hidrogen projekt, ECCM20, 2022. június.
A lánc elérése érdekében a csapat új koncepciót dolgozott ki, amely négy fő lépésből áll, a fentiek szerint. A feszültség -rugók, amelyek a lépcsőn fekete színben láthatók, egy előre gyártott keretszerkezet, amelyet a Mai Skelett projektből készített módszerek felhasználásával készítenek. Ehhez a projekthez a BMW négy szálas erősített pultressziós rudakkal fejlesztett ki egy szélvédő keret „Framework” -t, amelyet azután műanyag keretbe öntöttek.
Egy kísérleti köbös tartály kerete. Hexagonális csontvázszakaszok 3D TUM -mal nyomtatva a nem megerősített PLA -izzószál (felső) felhasználásával, a CF/PA6 pultrium -rudak beillesztésével feszítő nadrágtartóként (középső), majd az izzószálra csomagolva a nadrágtartókat (alul). Képhitel: Müncheni Műszaki Egyetem LCC.
"Az ötlet az, hogy egy köbös tartály keretét moduláris szerkezetként készítheti" - mondta Glace. "Ezeket a modulokat ezután egy öntvényszerszámba helyezik, a feszítő rugókat a keretmodulokba helyezik, majd Mai Skelett módszerét a rugók körül használják, hogy integrálják őket a keret alkatrészeibe." Tömegtermelési módszer, amely olyan szerkezetet eredményez, amelyet ezután súderként vagy magként használnak a tárolótartály kompozit héjának becsomagolására.
A TUM a tartálykeretet köbös „párnának” tervezte, szilárd oldalakkal, lekerekített sarkokkal és hatszögletű mintával a felső és az alján, amelyen keresztül a kötéseket be lehet helyezni és rögzíteni. Ezen állványok lyukait szintén 3D -s nyomtatották. "A kezdeti kísérleti tartályunkhoz 3D nyomtatott hatszögletű keretszakaszokat nyomtatunk polilaktinsavval [PLA, bio-alapú hőre lágyuló], mert könnyű és olcsó volt"-mondta Glace.
A csapat 68 pultrudált szénszálas megerősített poliamid 6 (PA6) rudakat vásárolt az SGL -szénből (Mititen, Németország) kapcsolatokként való felhasználás céljából. "A koncepció teszteléséhez nem végeztünk formázást" - mondja Gleiss -, de egyszerűen a távtartókat beillesztett egy 3D -s nyomtatott méhsejt -keretbe, és az epoxi -ragasztóhoz ragasztotta őket. Megjegyzi, hogy bár ezeket a rudakat viszonylag könnyű szélesíteni, vannak olyan jelentős problémák, amelyeket később ismertetünk.
„Az első szakaszban a célunk az volt, hogy bemutassuk a tervezés gyárthatóságát és azonosítsuk a problémákat a termelési koncepcióban” - magyarázta Gleiss. „Tehát a feszültség a vázszerkezet külső felületéről kinyúlik, és a szénszálakat nedves izzószálakkal rögzítjük. tartály.
Távolsági sapka a kanyargáláshoz. A TUM műanyag sapkákat használ a feszítő rudak végére, hogy megakadályozzák a szálak összegabalyodását az izzószál tekercse során. Képhitel: Müncheni Műszaki Egyetem LCC.
Glace megismételte, hogy ez az első tartály a koncepció bizonyítéka. „A 3D -s nyomtatás és a ragasztó csak a kezdeti tesztelésre szolgált, és elképzelést adott nekünk néhány problémáról. Készítettük, eltávolítottuk ezeket a védősapkákat, és átalakítottuk a lengyelek végét a végső csomagolás előtt. ”
A csoport különféle rekonstrukciós forgatókönyvekkel kísérletezett. "Azok, akik körülnéznek, a legjobban dolgoznak" - mondja Grace. "A prototípus -szakaszban egy módosított hegesztési eszközt használtunk a hőt és a Tead Rod végét.
A húzófej feje átalakult. A TUM különböző fogalmakkal kísérletezett és módosította a hegesztést, hogy összehangolja a kompozit kapcsolatok végeit, hogy a tartály fali laminátumához kapcsolódjon. Képhitel: „A Müncheni Műszaki Egyetem Műszaki Egyetemi Köves nyomás edények gyártási folyamatának kidolgozása, Polymers4Hidrogen projekt, ECCM20, 2022. június.
Így a laminátumot az első kanyargós lépés után gyógyítják meg, az oszlopokat átalakítják, a TUM befejezi a szálak második tekercselését, majd a külső tartály falának laminátumát másodszor gyógyítják meg. Felhívjuk figyelmét, hogy ez egy 5. típusú tartály kialakítása, ami azt jelenti, hogy nincs műanyag bélés, mint gázgát. Lásd az alábbi lépésekben a következő lépések szakaszát.
"Az első bemutatót keresztmetszetekre vágtuk, és feltérképeztük a csatlakoztatott területet" - mondta Glace. "A közeli kép azt mutatja, hogy volt néhány minőségi problémánk a laminátummal, mivel a rugófejek nem feküdtek a belső laminátumon."
A tartály belső és külső falainak laminátuma közötti résekkel kapcsolatos problémák megoldása. A módosított kötélrúdfej rést eredményez a kísérleti tartály első és második fordulója között. Képhitel: Müncheni Műszaki Egyetem LCC.
Ezt a kezdeti 450 x 290 x 80 mm -es tartályt tavaly nyáron fejezték be. "Azóta sok előrelépést tettünk, de még mindig van résünk a belső és a külső laminátum között" - mondta Glace. "Tehát megpróbáltuk kitölteni ezeket a réseket egy tiszta, magas viszkozitású gyantával.
A csapat folytatta a tartály tervezését és folyamatát, beleértve a kívánt kanyargós mintára vonatkozó megoldásokat. "A teszttartály oldalai nem voltak teljesen göndörülve, mert ennek a geometrianak nehéz volt kanyargós utat hozni" - magyarázta Glace. „A kezdeti kanyargós szögünk 75 ° volt, de tudtuk, hogy több áramkörre van szükség a nyomástartó edényben.
„Bebizonyítottuk, hogy ennek a produkciós koncepciónak a megvalósíthatósága” - mondja Gleiss -, de tovább kell dolgoznunk, hogy javítsuk a laminált kapcsolatot és átalakítsuk a nyakkendő rudakat. Kihúzza a távtartókat a laminátumból, és megvizsgálja azokat a mechanikus terheléseket, amelyeknek ezek az ízületek ellenállnak. ”
A Polymers4Hidrogen projektnek ez a része 2023 végén fejeződik be, ekkor Gleis reméli, hogy befejezi a második demonstrációs tartályt. Érdekes, hogy a tervek manapság ügyes, megerősített hőre lágyuló műanyagot használnak a keretben és a hőreformált kompozitokat a tartály falain. Ezt a hibrid megközelítést alkalmazzák a végső demonstrációs tartályban? - Igen - mondta Grace. "A Polymers4Hidrogen projekt partnereink az epoxi gyanták és más kompozit mátrix anyagok fejlesztése, jobb hidrogéngáttulajdonságokkal." Felsorolja két, a munkán dolgozó partner, a PCCL és a Tampere Egyetem (Tampere, Finnország).
Gleiss és csapata szintén információkat cseréltek, és ötleteket tárgyaltak Jaegerrel a második Hydden projektről az LCC Conormal Composite Tankból.
"Konformális kompozit nyomású edényt fogunk előállítani a kutatási drónokhoz" - mondja Jaeger. „Ez a Repülőgép és a TUM Geodetikus Osztályának és a Helikopter Technológiájának (HT) két részlege közötti együttműködés.
"Az egész ötlet egy feltáró drón fejlesztése hibrid üzemanyagcellával és akkumulátor -meghajtási rendszerrel" - folytatta. Használja az akkumulátort nagy teljesítményű terhelések során (azaz felszállás és leszállás), majd váltson az üzemanyagcellára a könnyű tehergépjárművek során. "A HT -csapatnak már volt kutatási drónja, és átalakította az erőátvitelt mind az akkumulátorok, mind az üzemanyagcellák használatához" - mondta Yeager. "CGH2 tartályt is vásároltak a sebességváltó tesztelésére."
"A csapatom feladata volt egy nyomástartály prototípusának felépítése, amely illeszkedik, de nem azért, mert a hengeres tartály létrehozna a csomagolási problémák" - magyarázza. "A laposabb tartály nem kínál annyi szélállóságot. A tartály méretei kb. 830 x 350 x 173 mm.
Teljesen hőre lágyuló AFP -kompatibilis tartály. A Hydden -projekthez a TUM LCC csapata kezdetben hasonló megközelítést vizsgált a GLACE (fent) alkalmazotthoz, majd egy megközelítésre váltott több szerkezeti modul kombinációjával, amelyeket azután az AFP -vel túlzottan felhasználtak (az alábbiakban). Képhitel: Müncheni Műszaki Egyetem LCC.
„Az egyik ötlet hasonló az Elisabeth [Gleiss] megközelítéséhez - mondja Yager -, hogy a feszültségfestéket alkalmazzák a hajó falára, a nagy hajlító erők kompenzálására. AFP kanyarodás. ”
„Megpróbáljuk elkészíteni egy ilyen koncepciót-folytatta-, és megkezdi az anyagok kiválasztását, ami nagyon fontos a H2-es gáz behatolásának szükséges ellenállásának biztosítása érdekében. a nyomás edényen keresztül. ”
A tartály teljes egészében hőre lágyuló, és a csíkokat a Teijin Carbon Europe GmbH (Wuppertal, Németország) szállítja. "A PPS [polifenilén -szulfid], a Peek [poliéter -keton] és az LM Paek [alacsony olvadású polariil -keton] anyagokat fogjuk használni" - mondta Yager. "Ezután összehasonlítják, hogy melyik a legjobb a penetrációvédelemhez és a jobb teljesítményű alkatrészek előállításához." Reméli, hogy a következő évben befejezi a tesztelést, a szerkezeti és folyamatmodellezést, valamint az első tüntetéseket.
A kutatási munkát a „Polymers4Hidrogen” (ID 21647053) üstökös modulon végezték a Szövetségi Klímaváltozási Minisztérium, a Környezet, az Energia, a Mobilitás, az Innováció és a Technológiai Szövetségi Minisztérium üstökös programjában, valamint a Digitális Technológiai és Gazdaságtudományi Szövetségi Minisztériumban. - A szerzők köszönetet mondnak a részt vevő partnerek Polimer kompetenciaközpontjának, a Leoben GmbH -nak (PCCL, Ausztria), a Montanuniversitaet Leoben (Polimer Mérnöki Kar, a Polimer Anyagok Tanszékének Kémiai Tanszéke, Anyagtudományi Tanszék és Polimer Tanszék), a Tamerere Egyetem (Műszaki Kar). ) Tudomány), a csúcstechnológia és a Faurecia hozzájárult ehhez a kutatási munkához. Az üstökös-modulot Ausztria kormánya és a sztiria állam kormánya finanszírozza.
Az előzetes erősített lapok a rakományt hordozó struktúrákhoz folyamatos szálakat tartalmaznak-nem csak üvegből, hanem szénből és aramidból is.
A kompozit alkatrészek készítésének számos módja van. Ezért a módszer megválasztása egy adott résznél az anyagtól, az alkatrész kialakításától és a végfelhasználástól vagy alkalmazástól függ. Itt van egy kiválasztási útmutató.
A Shocker Composites és az R&M International újrahasznosított szénszál -ellátási láncot fejlesztenek ki, amely nulla levágást biztosít, alacsonyabb költségeket, mint a szűz rost, és végül olyan hosszúságot kínál, amely a folyamatos rostot megközelíti a szerkezeti tulajdonságokban.
A postai idő: március-15-2023