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中材科技(苏州):车载高压储氢瓶趋势分析-凯发登录首页

2022-12-09 来源:高工氢电 浏览数:101

“车载高压储氢气瓶的开发制造,一是注重高安全性,前期开发与后期应用都很关注;二是高储氢量,当前单瓶容积越来越大,最大接近400l,储氢量接近10多公斤;三是低成本,这是交通领域车载应用非常关注的点;四是轻量化、占空间小。”中材科技(苏州)副总经理袁卓伟在2022高工氢电年会上表示。

 “车载高压储氢气瓶的开发制造,一是注重高安全性,前期开发与后期应用都很关注;二是高储氢量,当前单瓶容积越来越大,最大接近400l,储氢量接近10多公斤;三是低成本,这是交通领域车载应用非常关注的点;四是轻量化、占空间小。”中材科技(苏州)副总经理袁卓伟在2022高工氢电年会上表示。
 
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在本届年会上,袁卓伟发表了“车载高压储氢气瓶设计与制造技术研究”的主题演讲。在他看来,各类储氢瓶产品各有优缺点,在安全性得到保障的前提之下,设计开发追求一个平衡性。而后希望能有更大规模的应用,以带动成本的降低。
 
把握储氢瓶设计制造要素
 
氢能储运有很多方式,不同应用场景的需求都不太一样。长管拖车高压气态储氢的最优运输半径为150-200公里以内;超过200公里及以上可以选择液态储氢或者其他的储氢方式。当前高压气态储氢技术最为成熟,预计未来一段时间内高压气态依然会是主要的运输方式。
 
高压储氢瓶也是车载应用的主流。这类高压储氢气瓶的设计与制造尤为注重高安全性、高储氢量、低成本化、轻量化、占空间小。按照结构型式、承压等级不同,车载高压储氢气瓶主要分为:ⅲ型铝内胆碳纤全缠(35mpa/70mpa),ⅳ型塑料内胆碳纤全缠(35mpa/70mpa)。目前车载领域应用以35mpa居多,其中乘用车则以70mpa为主。
 
ⅲ型与ⅳ型两类产品的优缺点非常明显。iii型产品优点在于无渗漏、抗冲击性能高、耐温性好、工艺成熟。中国铝内胆碳纤维全缠绕气瓶的商业化已经处于非常高的水平,可以说是超越国际的,但重量比ⅳ型瓶要重,成本也高一些。
 
ⅳ型产品优点在于减重率高、耐疲劳性能好、抗腐蚀能力强、工艺成本低,但塑料材质的内胆氢气阻隔性能可能比ⅲ型弱一点;同时密封内胆结构复杂些,而iii型瓶内胆是一体化成型。所以在不同的技术发展阶段及不同的应用场景,产品开发要追求“平衡”。
 
从材料角度来看,车载高压储氢气瓶材料有内胆、碳纤维、树脂、密封圈等。首先要关注材料的低温性能,比如零下50度的脆化温度、拉伸性能、冲击性能等;二是渗透性,通常用氢环境下的阻隔性能如何,分成不同的等级。不同的材料不同的工艺,渗透性指标相差比较大;三是塑料内胆成型工艺,有注塑、焊接、注塑焊接以及管束、吹塑等,不同的成型工艺对材料要求不一样,同时对装备要求也不一样。
 
碳纤维方面,储氢瓶厂商除了关注基本的设计、保证值、强度、模量之外,也关注碳纤维之间的界面性能是否做得好;缠绕工艺方面,纤维塑料在机械性能上有差异,工艺处理需要进行相应的匹配与改善;密封方面,密封圈与氢气的相融性,高温下密封圈所表现出来的性能差异,这在开发过程中需要着重进行评价和测试。
 
设计方面,ⅲ型与ⅳ型产品都需要进行一体化的仿真及长期使用寿命的评估。同时围绕轻量化、低成本的市场需求,产品设计及工艺会在保证质量的基础上进行针对性的改善。
 
制造方面,iii型、iv型产品结构不同,有不同的制造工艺。中材科技(苏州)是国内首家采用板式拉深成型工艺制造氢气瓶内胆的企业,该工艺以铝板为原材料,利用模具几次拉深加工内胆。与传统的铝管制造内胆的工艺相比,在重量控制、底部安全、产品性能等方面有着显著优势;iv瓶制造工艺方面,滚塑、吹塑会有不同的工艺要求。注塑焊接工艺重点在焊接的材料和工艺开发上,同时针对缺陷检测进行有效的识别和技术开发,以实现良率的不断提升及工艺的稳定。
 
中材科技(苏州)领跑储氢瓶市场
 
中材科技(苏州)有限公司是中材科技股份有限公司(证券简称:中材科技代码:002080)的全资子公司,隶属于中国建材集团。中国建材集团是国务院国有资产监督管理委员会直接管理的中央企业,连续11年荣登《财富》世界500强企业榜单,2022年排名196位。
 
中材科技在复合材料压力容器方面有近60年的技术储备,而中材科技(苏州)又深耕复合材料压力容器领域近20年,技术底蕴深厚,是目前国内储氢瓶产品种类覆盖最全的企业:实现了从1.5l到385l氢气瓶规格全覆盖,其中385l氢气瓶是目前批量装车容积有明显优势的产品。
 
具体来看中材科技(苏州)代表性的产品技术:超大容积储氢气瓶内胆成型技术、70mpa高压国产碳纤维全缠绕储氢气瓶技术开发技术处于行业顶尖水平。后者破解了碳纤维原材料供应“卡脖子”难题,建立了高压储氢气瓶用国产碳纤维技术指标,系统掌握国产碳纤维缠绕高压储氢气瓶设计制造一体化核心技术;已开发出的车载70mpa国产碳纤维储氢气瓶,成为国内首家获得70mpa国产碳纤维储氢气瓶认证的企业,填补了国内空白。
 
此外,中材科技的创新产品385l大容积碳纤维缠绕储氢ⅲ型气瓶(产品规格:chg3-540-385-35s/a)和70mpa车载储氢iv型气瓶(产品规格:chg4-308-63-70t/b1)。该款车载储氢iv型气瓶,气瓶采用t型结构,内胆采用注塑 焊接工艺成型,生产线采用自动化柔性设计,全部工序过程无人工干预,最大满足水容积200l气瓶的生产,可在该范围内根据客户需求进行“定制化开发”。
 
市场推广方面,中材科技(苏州)从2018年到2022上半年年产品装车市占率长期名列前茅。公司产品和服务广泛应用于汽车制造、气体储运、无人机及特种装备等多个领域,为国内多家整车制造企业和能源公司提供产品和服务。
 
产能建设方面,中材科技(苏州)现阶段依托苏州、成都、九江三大产业基地,聚焦车载储氢气瓶及供氢系统、氢能储运容器、车载压缩天然气气瓶、高端工业气体储运装备等创新型产品,逐步形成各具特色、齐头并进的产业发展新格局。目前,中材科技(苏州)各类气瓶产能可达70万只/年,氢气瓶产能为10万只/年。
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