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 bejelentéstől a „Composite Conformal NYOMTÁSI KERESKEZELÉSE” 1995 -ben a Német Szabadalomig, a DE19749950C2 1997 -ben a „Geometrikus konfigurációval”, de különösen a lapos és szabálytalan formákkal, a héj támogatásához kapcsolódó üregben lehet, de különösen lapos és szabálytalan formájúak. - Az elemeket úgy használják, hogy ellenálljanak a gáz terjeszkedésének erőinek.
A 2006-os Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium (LLNL) cikk három megközelítést ír le: egy izzószál-konformális nyomás edény, egy belső ortorombás rácsszerkezetet tartalmazó mikrolattási nyomás edény (2 cm vagy annál kevesebb kis cellák), vékonyfalú H2 konténerrel körülvéve. és egy replikátor tartály, amely egy belső szerkezetből áll, amely ragasztott kis alkatrészekből (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, amelyben megállapította, hogy a téglalap alakú oldalakkal összekötő feszültség -rugókkal ellátott köbnyomás -edény hatékonyabb, mint néhány kis henger, amelyek illeszkednek egy lapos akkumulátor helyébe, kb. 25 -et biztosítva. % More. Tárolóhely.
Gleiss szerint az a probléma, hogy egy nagyszámú kis 4 típusú henger sík esetben telepítse, az az, hogy „a hengerek közötti térfogat nagymértékben csökken, és a rendszernek nagyon nagy H2 gáz -permeációs felülete is van. Összességében a rendszer kevesebb tárolást biztosít, mint a köbös üvegek. ”
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 alapkeretbe, és epoxi -ragasztóval ragasztotta őket. Ez ezután egy tüskét biztosít a tartály tekercseléséhez. ” 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 rugók kinyúlnak a vázszerkezet külső felületéről, és a szénszálakat ehhez a maghoz rögzítjük nedves izzószál tekercseléssel. Ezután a harmadik lépésben meghajoljuk az egyes kötélrudak fejét. hőre lágyuló, tehát a hőt csak a fej átalakításához használjuk úgy, hogy az ellapuljon és bekapcsoljon az első csomagolásrétegbe. Ezután folytatjuk a szerkezetet újra úgy, hogy a lapos tolófej geometriailag zárt legyen a tartályba. Laminátum a falakon.
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 használata csak a kezdeti teszteléshez volt, és elképzelést adott nekünk néhány problémáról. Például a tekercselés során a szálakat a feszítő rudak végei elfogták, rost törést, rostkárosodást okozva és csökkentve a rost mennyiségét ennek ellensúlyozására. Néhány műanyag sapkát használtunk olyan gyártási segédeszközökként, amelyeket a pólusokra helyeztek az első tekercselés előtt. Ezután a belső laminátumok elkészítésekor eltávolítottuk ezeket a védősapkákat, és átalakítottuk a lengyelek végeit a végső csomagolás előtt. ”
A csoport különféle rekonstrukciós forgatókönyvekkel kísérletezett. "Azok, akik körülnéznek, a legjobban dolgoznak" - mondja Grace. „Ezenkívül a prototípus -meghatározási szakaszban módosított hegesztő eszközt használtunk a hő felhordására és a kötél végének átalakítására. A tömegtermelési koncepcióban van egy nagyobb eszköz, amely formálhatja és a rugók összes végét egyidejűleg belső felületű laminátumká alakíthatja. - "
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. Ez valójában javítja a csapok és a laminátum közötti kapcsolatot, ami jelentősen növeli a mechanikai feszültséget. ”
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 nyomó edény terhelésének teljesítéséhez. Még mindig megoldást keresünk erre a problémára, de a jelenleg a piacon lévő szoftvernél ez nem könnyű. Lehet, hogy nyomon követési projekt lesz.
"Bebizonyítottuk, hogy megvalósítható ennek a produkciós koncepciónak" - mondja Gleiss -, de tovább kell dolgoznunk, hogy javítsuk a laminátum kapcsolatát és átalakítsuk a nyakkendő rudakat. „Külső tesztelés egy tesztelőgépen. 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 Repülési és a TUM - LCC és a Helikopter Technológiai Tanszék (HT) két osztályának és a Helikopter Technológiai Tanszék (HT) közötti együttműködés. A projekt 2024 végére fejeződik be, és jelenleg befejezzük a nyomóhajót. Olyan formatervezés, amely inkább repülőgép- és autóipari megközelítés. A kezdeti koncepció szakasz után a következő lépés a részletes szerkezeti modellezés elvégzése és a fal szerkezetének gát teljesítményének előrejelzése. ”
"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 annyira szélállóságot. Tehát jobb repülési teljesítményt kapsz. ” 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 feszítő nadrágtartót alkalmazzon a hajó falára, hogy kompenzálja a magas hajlító erőket. Ahelyett, hogy tekercselési eljárást használnánk a tartály elkészítéséhez, az AFP -t használjuk. Ezért arra gondoltunk, hogy létrehozzuk a nyomás edény külön szakaszát, amelybe az állványok már integrálódnak. Ez a megközelítés lehetővé tette számomra, hogy kombináljam ezeket az integrált modulokat, majd végső sapkát alkalmazhassak, hogy mindent lezárjanak a végső AFP -tekercs előtt. ”
„Megpróbáljuk véglegesíteni egy ilyen koncepciót - folytatta -, és megkezdi az anyagok kiválasztását is, ami nagyon fontos a H2 gáz behatolása elleni szükséges ellenállás biztosítása érdekében. Ehhez elsősorban hőre lágyuló anyagokat használunk, és azon dolgozunk, hogy az anyag hogyan befolyásolja ezt a permeációs viselkedést és feldolgozást az AFP gépen. Fontos megérteni, hogy a kezelésnek van-e hatása, és ha bármilyen utófeldolgozásra van szükség. Azt is szeretnénk tudni, hogy a különböző halmok befolyásolják -e a hidrogén áthatolását 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 kompetencia központjának, Leoben GmbH -nak (PCCL, Ausztria), Montanuniversitaet Leoben (Polimer Mérnöki és Tudományos Kar, a Polimer Anyagok Kémiai Tanszéke, Anyagtudományi és Polimer Tanszék), a Tamerere Egyetem (Műszaki Kar. Anyagok). ) 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