Standard flaach-Plattform Panzer fir BEVs an FCEVs benotzen thermoplastic an thermoset Komposit mat engem Skelett Konstruktioun datt 25% méi H2 Stockage gëtt. #Waasserstoff #trends
No enger Zesummenaarbecht mat BMW huet gewisen datt e Kubiktank méi héich volumetresch Effizienz liwwere konnt wéi verschidde kleng Zylinder, huet d'Technesch Universitéit vu München e Projet ugefaang fir eng Kompositstruktur an e skalierbare Fabrikatiounsprozess fir Serienproduktioun z'entwéckelen. Bildkredit: TU Dresden (uewen) lénks), Technesch Universitéit München, Department of Carbon Composites (LCC)
Brennstoffzell elektresch Gefierer (FCEVs) ugedriwwen duerch Null-Emissioun (H2) Waasserstoff bidden zousätzlech Mëttelen fir Null Ëmweltziler z'erreechen. En Brennstoffzelle-Persounauto mat engem H2-Motor kann a 5-7 Minutten gefëllt ginn an huet eng Reechwäit vu 500 km, ass awer am Moment méi deier wéinst nidderegen Produktiounsvolumen. Ee Wee fir Käschten ze reduzéieren ass eng Standardplattform fir BEV an FCEV Modeller ze benotzen. Dëst ass de Moment net méiglech, well d'Typ 4 zylindresch Panzer, déi benotzt gi fir kompriméiert H2 Gas (CGH2) bei 700 Bar an FCEVs ze späicheren, net gëeegent sinn fir d'Batteriekompartimenter déi suergfälteg fir elektresch Gefierer entworf goufen. Wéi och ëmmer, Drockbehälter a Form vu Këssen a Wierfel kënnen an dëse flaache Verpackungsraum passen.
Patent US5577630A fir "Composite Conformal Pressure Vessel", Demande vun Thiokol Corp. am Joer 1995 (lénks) an de véiereckege Drockbehälter patentéiert vum BMW am Joer 2009 (riets).
De Department of Carbon Composites (LCC) vun der Technescher Universitéit München (TUM, München, Däitschland) ass an zwee Projeten involvéiert fir dëst Konzept z'entwéckelen. Déi éischt ass Polymers4Hydrogen (P4H), gefouert vum Leoben Polymer Competence Center (PCCL, Leoben, Éisträich). Den LCC Aarbechtspaket gëtt vum Fellow Elizabeth Glace geleet.
Den zweete Projet ass d'Waasserstoff Demonstratioun an Entwécklung Ëmfeld (HyDDen), wou LCC vum Fuerscher Christian Jaeger gefouert gëtt. Béid zielen eng grouss Skala Demonstratioun vum Fabrikatiounsprozess ze kreéieren fir e passenden CGH2 Tank mat Kuelestofffaserkompositen ze maachen.
Et gëtt limitéiert volumetresch Effizienz wann klengen Duerchmiesser Zylinder a flaach Batteriezellen installéiert sinn (lénks) a kubesch Typ 2 Drockbehälter aus Stahllinnen an engem Kuelestofffaser / Epoxy-Komposit-äusseren Shell (riets). Bildquell: Figuren 3 a 6 sinn aus "Numerical Design Approach for Type II Pressure Box Vessel with Intern Tension Legs" vum Ruf an Zaremba et al.
P4H huet en experimentellen Würfeltank fabrizéiert deen en thermoplastesche Frame mat Komposit Spannbänner benotzt / Struts a Kuelestofffaser verstäerkt Epoxy gewéckelt. HyDDen wäert en ähnlechen Design benotzen, awer benotzt automatesch Faser Layup (AFP) fir all thermoplastesch Komposit Panzer ze fabrizéieren.
Vun enger Patentanwendung vum Thiokol Corp. op "Composite Conformal Pressure Vessel" am Joer 1995 bis zum Däitsche Patent DE19749950C2 am Joer 1997, kompriméiert Gasfässer "kënne iergendeng geometresch Konfiguratioun hunn", awer besonnesch flaach an onregelméisseg Formen, an engem Huelraum verbonne mat der Shell-Ënnerstëtzung . Elementer ginn benotzt fir datt se d'Kraaft vun der Expansioun vum Gas widderstoen.
A 2006 Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) Pabeier beschreift dräi Approche: e Filament Wound konformt Drockbehälter, e Mikrogitter Drockbehälter mat enger interner orthorhombescher Gitterstruktur (kleng Zellen vun 2 cm oder manner), ëmgi vun engem dënnwandegten H2 Container, an e Replikatorbehälter, besteet aus enger interner Struktur, déi aus gekollt klengen Deeler besteet (zB sechseckegen Plastiksringen) an enger Zesummesetzung aus dënnem baussenzegen Schuel Haut. Duplikatbehälter si am Beschten gëeegent fir méi grouss Behälter, wou traditionell Methode schwéier kënne gëllen.
De Patent DE102009057170A, dee vum Volkswagen am Joer 2009 deposéiert gouf, beschreift e Gefiermontéiert Drockbehälter dat héich Gewiichtseffizienz ubitt wärend d'Plazverbrauch verbessert. Rechteck Panzer benotzen Spannungsverbinderen tëscht zwee rechteckeg Géigendeel Maueren, an d'Ecker sinn ofgerënnt.
Déi uewe genannte an aner Konzepter ginn vum Gleiss am Pabeier zitéiert "Prozess Entwécklung fir kubesch Drockgefässer mat Stretch Bars" vum Gleiss et al. um ECCM20 (26-30 Juni 2022, Lausanne, Schwäiz). An dësem Artikel zitéiert si eng TUM-Studie publizéiert vum Michael Roof a Sven Zaremba, déi fonnt huet datt e kubeschen Drockbehälter mat Spannsträhnen, déi rechteckeg Säite verbannen, méi effizient ass wéi verschidde kleng Zylinder, déi an de Raum vun enger flaach Batterie passen, déi ongeféier 25 % méi. Späicherplatz.
Laut Gleiss ass de Problem mat der Installatioun vun enger grousser Zuel vu klengen Typ 4 Zylinder an engem flaache Fall datt "de Volume tëscht den Zylinder staark reduzéiert gëtt an de System huet och eng ganz grouss H2 Gaspermeatiounsfläch. Insgesamt bitt de System manner Späicherkapazitéit wéi kubesch Jar.
Wéi och ëmmer, et ginn aner Probleemer mat dem kubeschen Design vum Tank. "Natierlech, wéinst dem kompriméierte Gas, musst Dir d'Biegekraaft op de flaach Maueren entgéintwierken", sot Gleiss. "Fir dëst braucht Dir eng verstäerkt Struktur déi intern mat de Maueren vum Tank verbënnt. Awer dat ass schwéier mat Kompositen ze maachen.
Glace an hir Team hu probéiert d'Verstäerkungsspannungsstécker an d'Drockbehälter op eng Manéier z'integréieren déi fir de Filamentwindungsprozess gëeegent wier. "Dëst ass wichteg fir High-Volumenproduktioun", erkläert si, "an erlaabt eis och d'Wicklungsmuster vun de Containermaueren ze designen fir d'Faserorientéierung fir all Laascht an der Zone ze optimiséieren."
Véier Schrëtt fir e Test kubesche Komposit Tank fir de P4H Projet ze maachen. Bildkredit: "Entwécklung vun engem Produktiounsprozess fir kubesch Drockbehälter mat Klammer", Technesch Universitéit vu München, Polymers4Hydrogen Projet, ECCM20, Juni 2022.
Fir On-Chain z'erreechen, huet d'Team en neit Konzept entwéckelt, besteet aus véier Haaptschrëtt, wéi hei uewen gewisen. D'Spannung Struts, schwaarz op de Schrëtt gewisen, sinn eng prefabrizéiert Frame Struktur fabrizéiert mat Methoden aus dem MAI Skelett Projet geholl. Fir dëse Projet huet BMW e Windshield Frame "Framework" entwéckelt mat véier Faserverstäerkte Pultrusiounsstäben, déi duerno an e Plastikrahmen geformt goufen.
De Frame vun engem experimentellen Kubikzenter. Hexagonal Skelett Sektiounen 3D gedréckt vun TUM benotzt unverstäerkt PLA Filament (uewen), CF / PA6 pultrusion Staang als Spannung Klameren asetzen (Mëtt) a wéckelt dann de Filament ronderëm de Klameren (ënnen). Bildkreditt: Technische Universitat Munchen LCC.
"D'Iddi ass datt Dir de Frame vun engem kubeschen Tank als modulare Struktur bauen kann", sot Glace. "Dës Moduler ginn dann an engem Formtool gesat, d'Spannungsstécker ginn an de Framemoduler plazéiert, an dann gëtt d'MAI Skelett's Method ëm d'Struts benotzt fir se mat de Framedeeler z'integréieren." Mass Produktioun Method, doraus an enger Struktur déi dann als mandrel oder Kär benotzt gëtt de Stockage Tank Komposit Réibau ze wéckelen.
TUM entworf den Tankrahmen als kubesche "Këssen" mat zolitte Säiten, gerundeten Ecken an e sechseckegen Muster uewen an ënnen duerch déi Krawatten agefouert kënne ginn a befestigt ginn. D'Lächer fir dës Racken goufen och 3D gedréckt. "Fir eisen initialen experimentellen Tank hu mir 3D sechseckegen Frame Sektiounen mat Polymilksäure gedréckt [PLA, e biobaséierten Thermoplastik], well et einfach a bëlleg war", sot Glace.
D'Team huet 68 pultrudéiert Kuelestofffaser verstäerkt Polyamid 6 (PA6) Staange vu SGL Carbon (Meitingen, Däitschland) kaaft fir als Krawatten ze benotzen. "Fir d'Konzept ze testen, hu mir keng Form gemaach", seet de Gleiss, "mee einfach Spacers an en 3D gedréckte Hunneg-Kärrahmen agesat an se mat Epoxyklebstoff gekollt. Dëst bitt dann e Dorn fir den Tank ze dréinen. Si stellt fest, datt obwuel dës Staang relativ einfach ze Wand sinn, ginn et e puer bedeitend Problemer, déi spéider beschriwwe ginn.
"Op der éischter Etapp war eist Zil d'Fabrikabilitéit vum Design ze demonstréieren an d'Problemer am Produktiounskonzept z'identifizéieren", erkläert Gleiss. "Also stinn d'Spannungsstroossen aus der äusserer Uewerfläch vun der Skelettstruktur eraus, a mir befestigen d'Kuelestofffaser un dëse Kär mat naass Filamentwindung. Duerno, am drëtte Schrëtt, biegen mir de Kapp vun all Krawatt. thermoplastesch, also benotze mir just Hëtzt fir de Kapp ëmzeformen, sou datt et flaach an déi éischt Schicht vun der Wrapung gespaart ass. Mir fuere dann weider fir d'Struktur erëm ze wéckelen, sou datt de flaache Schubkopf geometresch am Tank zougemaach ass. Laminat op de Maueren.
Spacer Cap fir Wicklung. TUM benotzt Plastikskappen op d'Enn vun de Spannstäben fir ze verhënneren datt d'Faseren sech wärend der Filamentwindung verwéckelen. Bildkreditt: Technische Universitat Munchen LCC.
Glace widderholl datt dësen éischten Tank e Beweis vum Konzept war. "D'Benotzung vun 3D Dréckerei a Klebstoff war nëmme fir initial Tester an huet eis eng Iddi vun e puer vun de Problemer, déi mir begéint hunn. Zum Beispill, wärend der Wicklung, goufen d'Filamenter vun den Enden vun de Spannstäben gefaangen, wat d'Faserbriechung, de Faserschued verursaacht an d'Quantitéit u Faser reduzéiert fir dëst z'entdecken. Mir hunn e puer Plastikskappen als Fabrikatiounshëllef benotzt, déi op de Pole virum éischte Wicklungsschrëtt geluecht goufen. Dann, wann déi intern Laminate gemaach goufen, hu mir dës Schutzkappen ewechgeholl an d'Enn vun de Pole virum endgülteg Wrap nei geformt.
D'Team experimentéiert mat verschiddene Rekonstruktiounsszenarien. "Déi, déi ronderëm kucken, schaffen am Beschten", seet d'Grace. "Och wärend der Prototypingphase hu mir e modifizéierte Schweißinstrument benotzt fir Hëtzt z'applizéieren an d'Bandstangenden ëmzeformen. An engem Masseproduktiounskonzept hätt Dir e gréissert Tool dat all d'Enn vun de Struts gläichzäiteg an en Interieur-Finish Laminat forméiere kann. . "
Drawbar Kapp ëmgeformt. TUM experimentéiert mat verschiddene Konzepter an huet d'Schweißen geännert fir d'Enn vun de Kompositverbindunge fir d'Befestigung vum Tankmauer Laminat auszegläichen. Bildkredit: "Entwécklung vun engem Produktiounsprozess fir kubesch Drockbehälter mat Klammer", Technesch Universitéit vu München, Polymers4Hydrogen Projet, ECCM20, Juni 2022.
Also gëtt de Laminat nom éischte Wicklungsschrëtt geheelt, d'Poste ginn ëmgeformt, de TUM fäerdeg d'zweet Wicklung vun de Filamenter, an dann ass de baussenzege Tankwand-Laminat eng zweete Kéier geheelt. Notéiert w.e.g. datt dëst en Typ 5 Tank Design ass, dat heescht datt et keng Plastikslinn als Gasbarriär huet. Kuckt d'Diskussioun an der nächster Schrëtt Sektioun hei drënner.
"Mir hunn déi éischt Demo a Querschnëtter geschnidden an de verbonne Gebitt kartéiert", sot Glace. "Eng Close-up weist datt mir e puer Qualitéitsprobleemer mam Laminat haten, mat de Strutkäpp déi net flaach um Interieur Laminat leeën."
D'Léisung vu Probleemer mat Lücken tëscht dem Laminat vun den banneschten an äusseren Wänn vum Tank. De modifizéierten Krawattkopf erstellt e Spalt tëscht dem éischten an zweete Wend vum experimentellen Tank. Bildkreditt: Technische Universitat Munchen LCC.
Dësen initialen 450 x 290 x 80mm Tank war de leschte Summer fäerdeg. "Mir hunn zënterhier vill Fortschrëtter gemaach, awer mir hunn nach ëmmer e Spalt tëscht Interieur an Äussere Laminat," sot Glace. "Also hu mir probéiert dës Lücken mat engem propperen, héijer Viskositéitharz ze fëllen. Dëst verbessert tatsächlech d'Verbindung tëscht de Bolzen an dem Laminat, wat de mechanesche Stress staark erhéicht.
D'Team huet weider den Tank Design a Prozess entwéckelt, dorënner Léisunge fir de gewënschte Wicklungsmuster. "D'Säite vum Testtank waren net voll gekrauselt, well et schwéier war fir dës Geometrie e Wicklungswee ze kreéieren", erkläert Glace. "Eisen initialen Wicklungswénkel war 75 °, awer mir woussten datt verschidde Circuiten gebraucht goufen fir d'Laascht an dësem Drockbehälter z'erreechen. Mir sichen nach no enger Léisung fir dëse Problem, awer et ass net einfach mat der Software déi momentan um Maart ass. Et kann e Suiviprojet ginn.
"Mir hunn d'Machbarkeet vun dësem Produktiounskonzept bewisen", seet Gleiss, "awer mir musse weider schaffen fir d'Verbindung tëscht dem Laminat ze verbesseren an d'Kantestänn ëmzeformen. "Extern Testen op enger Testmaschinn. Dir zitt d'Späicher aus dem Laminat an testen d'mechanesch Lasten, déi dës Gelenker widderstoen.
Dësen Deel vum Projet Polymers4Hydrogen wäert Enn 2023 ofgeschloss ginn, bis de Gleis hofft den zweeten Demonstratiounstank fäerdeg ze maachen. Interessanterweis benotzen d'Designs haut ordentlech verstäerkt Thermoplastik am Frame an thermoset Kompositen an den Tankmaueren. Wäert dës Hybrid Approche am Finale Demonstratioun Tank benotzt ginn? "Jo," sot Grace. "Eis Partner am Polymers4Hydrogen Projet entwéckelen Epoxyharzen an aner Komposit Matrixmaterialien mat bessere Waasserstoffbarriäreigenschaften." Si lëscht zwee Partner, déi un dëser Aarbecht schaffen, PCCL an d'Universitéit vu Tampere (Tampere, Finnland).
Gleiss an hir Equipe hunn och Informatiounen ausgetosch an Iddien mam Jaeger iwwer den zweeten HyDDen-Projet vum LCC-konforme Komposit-Tank diskutéiert.
"Mir wäerten e konforme Komposit-Drockbehälter fir Fuerschungsdronen produzéieren", seet de Jaeger. "Dëst ass eng Zesummenaarbecht tëscht den zwee Departementer vum Raumfaart- a Geodetesch Departement vun TUM - LCC an dem Departement fir Helikoptertechnologie (HT). De Projet wäert Enn 2024 fäerdeg sinn a mir sinn am Moment den Drockbehälter fäerdeg. en Design dee méi eng Loftfaart- an Automobil Approche ass. No dëser initialer Konzeptphase ass de nächste Schrëtt eng detailléiert strukturell Modelléierung auszeféieren an d'Barriärleistung vun der Mauerstruktur virauszesoen.
"Déi ganz Iddi ass eng Exploratiounsdrone mat enger Hybrid Brennstoffzell a Batterie-Propulsiounssystem z'entwéckelen", huet hien weider. Et wäert d'Batterie während héijer Kraaftbelaaschtung benotzen (dh Start a Landung) a schalt dann op d'Brennstoffzelle wärend der liichter Lastcruising. "D'HT-Team hat schonn eng Fuerschungsdrone an huet den Powertrain nei designt fir béid Batterien a Brennstoffzellen ze benotzen", sot Yeager. "Si hunn och en CGH2 Tank kaaft fir dës Iwwerdroung ze testen."
"Mäi Team gouf opgefuerdert en Drocktank Prototyp ze bauen deen passt, awer net wéinst de Verpackungsprobleemer déi e zylindresche Tank géif kreéieren", erkläert hien. "E flaacher Tank bitt net sou vill Wandresistenz. Also kritt Dir besser Fluchleistung." Tank Dimensiounen ca. 830 x 350 x 173 mm.
Voll thermoplastesch AFP-kompatibel Tank. Fir den HyDDen-Projet huet d'LCC-Team am TUM ufanks eng ähnlech Approche wéi déi vum Glace (uewen) exploréiert, awer ass dunn op eng Approche geplënnert mat enger Kombinatioun vu verschiddene strukturelle Moduler, déi dann iwwerbenotzt goufen mat AFP (ënnen). Bildkreditt: Technische Universitat Munchen LCC.
"Eng Iddi ass ähnlech wéi d'Elisabeth [Gleiss] Approche", seet de Yager, "Spannungsklammern op d'Gefässmauer anzesetzen fir déi héich Béiekräften ze kompenséieren. Wéi och ëmmer, anstatt e Wicklungsprozess ze benotzen fir den Tank ze maachen, benotze mir AFP. Dofir hu mir geduecht fir eng separat Sektioun vum Drockbehälter ze kreéieren, an deem d'Racken scho integréiert sinn. Dës Approche huet mir erlaabt e puer vun dësen integréierte Moduler ze kombinéieren an dann en Endkappe z'applizéieren fir alles ze versiegeln ier déi lescht AFP Wicklung.
"Mir probéieren esou e Konzept ze finaliséieren", huet hien weidergefouert, "an och d'Auswiel vu Materialien ze testen, wat ganz wichteg ass fir déi néideg Resistenz géint H2 Gaspenetratioun ze garantéieren. Fir dëst benotze mir haaptsächlech thermoplastesch Materialien a schaffen op verschidde wéi d'Material dëst Permeatiounsverhalen an d'Veraarbechtung an der AFP Maschinn beaflosst. Et ass wichteg ze verstoen ob d'Behandlung en Effekt wäert hunn an ob eng Postveraarbechtung erfuerderlech ass. Mir wëllen och wëssen ob verschidde Stäck d'Waasserstoffpermeatioun duerch den Drockbehälter beaflossen.
Den Tank gëtt ganz aus Thermoplastik gemaach an d'Streifen gi vun Teijin Carbon Europe GmbH (Wuppertal, Däitschland) geliwwert. "Mir wäerten hir PPS [Polyphenylensulfid], PEEK [Polyetherketon] an LM PAEK [Niddereg Schmelz Polyarylketon] Material benotzen," sot Yager. "Vergläicher ginn dann gemaach fir ze kucken wéi een am Beschten ass fir Pénétratiounsschutz an Deeler mat besserer Leeschtung ze produzéieren." Hien hofft d'Tester, d'Struktur- a Prozessmodelléierung an déi éischt Demonstratiounen am nächste Joer ofzeschléissen.
D'Fuerschungsaarbecht gouf am COMET Modul "Polymers4Hydrogen" (ID 21647053) am COMET Programm vum Bundesministère fir Klimawandel, Ëmwelt, Energie, Mobilitéit, Innovatioun an Technologie an dem Bundesministère fir Digital Technologie a Wirtschaft duerchgefouert. . D'Auteuren soen den deelhuelende Partner Polymer Kompetenzzentrum Leoben GmbH (PCCL, Éisträich), Montanuniversitaet Leoben (Fakultéit fir Polymertechnik a Wëssenschaft, Departement Chemie vu Polymermaterialien, Departement fir Materialwëssenschaften a Polymertesten), Universitéit Tampere (Fakultéit fir Ingenieurswiesen) Materialien). ) Science), Peak Technology a Faurecia hunn zu dëser Fuerschungsaarbecht bäigedroen. COMET-Modul gëtt vun der Regierung vun Éisträich an der Regierung vum Staat Steiermark finanzéiert.
Pre-verstäerkt Blieder fir Laaschtstrukturen enthalen kontinuéierlech Faseren - net nëmme vu Glas, awer och aus Kuelestoff an Aramid.
Et gi vill Weeër fir Komposit Deeler ze maachen. Dofir hänkt d'Wiel vun der Method fir e bestëmmten Deel vum Material of, dem Design vum Deel, an dem Endverbrauch oder der Uwendung. Hei ass e Selektiounsguide.
Shocker Composites a R&M International entwéckelen eng recycléiert Kuelestofffaserversuergungskette déi null Schluechten ubitt, méi niddreg Käschte wéi virgin Faser a schliisslech Längt ubidden déi kontinuéierlech Faser a strukturellen Eegeschaften ubidden.
Post Zäit: Mar-15-2023