CN111122202A - 一种氢能汽车用碳纤维缠绕储氢罐性能测试装置 - Google Patents

Abstract

一种氢能汽车用碳纤维缠绕储氢罐性能测试装置，包括有充放氢控制系统、数据记录系统、温控系统。进行储氢罐使用性能测试时，充放氢控制系统控制氢气源释放氢气，经过滤器过滤后由充气管线充入储氢罐内，充入的氢气达到设定值停止充氢，充放氢控制系统打开排气管线上电磁控制阀，氢气经排气管线释放，达到设定值时停止释放，排出的氢气进入回收装置回收，循环利用氢气，重复充放氢作业，测试储氢罐的使用性能和力学性能。储氢罐置于温控舱内，通过温控系统可改变储氢罐环境温度。

Description

一种氢能汽车用碳纤维缠绕储氢罐性能测试装置

技术领域

本发明涉及储氢性能检测领域，具体涉及一种氢能汽车用碳纤维缠绕储氢罐性能测试装置。

背景技术

目前，人类所使用的能源主要是煤炭、石油、天然气等化石能源，但此种燃料不可再生，会随着开采储量变少，且该类能源的使用会对环境产生严重的污染。因此，人类急需寻找新的清洁高效的能源来取代传统能源。由于氢具有含量丰富、使用后对环境无污染等优点，氢能源开始作为人们研究的对象。目前，氢的生产和应用技术已经成熟，制约氢能源发展的主要是氢气的储存。氢能源的储存方式主要有气态储氢、液态储氢、固态储氢三种方式。

气态储氢通过将氢气压缩与高压容器中，充放速度快、过程可控，但缺点是储量低、耐压容器笨重、有爆炸隐患；液态储氢技术储氢量大、容器体积小、液氢密度高，但是需要在低温条件下进行，所需能耗高，且对绝热性能要求高；固态储氢技术是使氢气与储氢材料结合来实现氢气的储存，储氢密度大、安全性高且运输方便，但是理论研究与发展还不够完善。

目前，汽车用储氢罐主要以气态储氢为主，技术较为成熟，现使用最多的以金属为内胆的碳纤维缠绕储氢罐，轻便高效。但对碳纤维缠绕储氢罐的充放氢性能、使用寿命、等的研究较少，不能对碳纤维缠绕储氢罐的使用性能有详细了解。因此，为提高碳纤维缠绕储氢罐的使用效率，使利益达到最大化，开发出一套测试碳纤维缠绕储氢罐(以下简称储氢罐)的使用性能和力学性能的测试系统是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以在多种环境下实现对汽车用气态储氢罐充放氢性能的测试系统，用于测试储氢罐在使用过程中的恒压力恒流量充氢性能、放氢效率，储氢罐在不同环境中的使用性能。

为达到上述目的，本发明实施例中由包括充放氢控制系统、数据记录系统、温控系统三者的控制系统，以及氢气源、临储仓、过滤器、控压室、流量检测计、压力传感器、电磁控制阀、红外热成像仪、泄压阀、应变片、温控舱、真空泵和氢气回收装置组成，所述流量检测计、电磁控制阀分别在储氢罐左右两侧对称布置，所述压力传感器贴在储氢罐塞子内侧，所述应变片间隔一定距离均匀贴在储氢罐外表面。

优选的，所述充放氢控制系统，连接氢气源、控压室、真空泵、电磁控制阀、泄压阀，通过控制氢气源和储氢罐左侧电磁控制阀的开闭，以实现氢气从氢气源流出经过滤器过滤后由管道充入储氢罐中；通过控制储氢罐右侧电磁控制阀的开闭实现储氢罐内气体经由管道释放，最终进入氢气回收装置，可通过真空泵将回收装置中氢气泵入临储仓内，可用于进行下一次实验，以降低实验成本；通过控制真空泵作用以清空测试系统内管道气体，保证测试开始前测试管道处于真空状态，提高实验的准确性；通过控压室调节输入氢气的压力大小；所述泄压阀用于避免测试系统出现问题时储氢罐不能及时泄压，产生爆炸的隐患。

优选的，所述数据记录系统，连接流量检测计、贴片式压力传感器、红外热成像仪、应变片，用于实时记录管道流量、储氢罐内压力和测试系统氢气循环次数，以及实时记录热成像仪所反应的储氢罐内部温度分布情况，以及储氢罐在实验过程中的应变变化。

优选的，所述温控系统，连接温控舱，用于改变储氢罐的内部温度和所处环境温度。所述温控舱内设有若干电子加热元件，接触储氢罐外表面，通过温控系统给储氢罐整加热；温控舱外接制冷器，以实现对储氢罐进行降温。

本发明的优点和积极效果在于：

1.本发明可在多种条件下实现对储氢罐充放氢性能的测试和评估，能实现恒压力、恒流量充氢性能的检测；

2.本发明可以通过温控系统对温控舱温度的改变，以模拟储氢罐的在不同温度环境的工作情形，使储氢罐的测试更贴近于真实使用时情况；

3.温控舱采用采用电子加热元件进行加热，以制冷器进行降温，由电子系统控制，能更准确快速的达到实验要求温度；

4.本发明设有临储仓，用以储存氢气源产生的氢气，保证实验室能够提供充足的氢气；同时可以储存氢气回收装置回收的气体，降低实验成本和实验时间。

5.本发明排气管线尾端设置有一真空泵，用于实验前排出测试装置管线内其余气体，保证参与测试的是纯净的氢气，提高实验的准确性。

6.本发明在储氢罐表面有规律设有若干应变片，可实时反应储氢罐在充放氢过程中以及温度变化过程中的力学性能变化。

7.本发明设置有控压室，控压室包括有增压机和减压阀，用于控制输入储氢罐内氢气的压力和流量大小。

8.在待测储氢罐一端设置有泄压阀，以防测试系统出现故障时储氢罐不能及时泄压。

9.可通过储氢罐两侧流量检测计和储氢罐内压力传感器所检测数值，估计储氢罐的氢气泄漏情况。

附图说明

图1是本发明一种氢能源汽车用碳纤维缠绕结构储氢罐使用性能测试技术示意图。

图中：1.控制系统，2.充放氢控制系统，3.数据记录系统，4.温控系统，5.氢气源，6.过滤器，7、14流量检测计，8红外热成像仪，9、12.电磁控制阀，10.温控舱，11.储氢罐，13.压力传感器，15.真空泵，16.氢气回收装置，17.进气管线，18.出气管线，19.控压室，20.应变片，21电子加热元件，22.制冷器，23.临储仓，24.泄压阀，S1、S2、S3、S6.控制信号，S4.氢气流量值，S5.氢气压力值，S7.温度值。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

所述储氢罐检测系统包括充放氢控制系统2、数据记录系统3和温控系统4。

所述充放氢控制系统2通过控制氢气源5、电磁控制阀9和真空泵15完成氢气的填充与释放，以及系统中残余气体的处理。所述数据记录系统3实时记录流量检测计7和14、贴压力传感器13、应变片20所测数据，以及温控舱10温度。所述温控系统4可改变温控舱10温度，以调整储氢罐11实验环境温度。

如图1所示，该待测车用碳纤维缠绕储氢罐11放置在温控舱10内，温控舱内设置有若干电子发热元件21，外接制冷器22，用于调节储氢罐内部温度及其环境温度。该待测储氢罐11两端分别连接有进气管线和出气管线，其在进气管线17上安装有过滤器6、流量检测器7、电磁控制阀9，出气管线18上装有电磁控制阀12、流量检测器14、氢气回收装置16，并在流量检测计14和氢气回收装置16间接有真空泵15。所述储氢罐11左侧接头内侧装有压力传感器13，外侧均匀设置有应变片20。

在储氢罐11开始充氢前，控制系统1控制充放氢控制系统2传递控制信号S3至真空泵15，同时将控制信号S2传递至电磁控制阀9和12，电磁阀打开，真空泵15开始作用，抽取检测系统管线内的气体，使管线保持真空状态，避免管线内原有气体对实验产生影响。

在充氢时，充放氢控制系统2控制氢气源5产生氢气，氢气进入临储仓23，通过进气管线17填充入储氢罐11中，在氢气进入进气管线17前，需通过安装在临储仓23后的过滤器6进行过滤，以保证进入测试管线的氢气不会对测试系统的相关零件造成腐蚀和污染。氢气经过滤器6过滤后，需经过控压室19控压，以保证氢气以合适的压力进入管道内。

所述储氢罐11两端的两个流量检测计7、14用以分别测量储氢罐充氢时和放氢时进入储氢罐11的流量，将所测量数据转换为电信号传递至数据记录系统3中，并记录保存。所述电磁控制阀9、11受充放氢控制系统2控制，用以控制氢气是否充入或放出，以及根据实验需要调节氢气流量的大小。通过流量检测计7、14和压力传感器13所测数值可检测储氢罐11是否完成充氢、放氢作业。

充氢过程中，先在充放氢控制系统2中设置储氢罐11在此次实验充氢所要达到的目的压力值，设置后，充放氢控制系统2控制氢气源5打开，产生氢气并充入临储仓23内，氢气经过滤器6过滤后进入控压室19，经控压室19内增压机增压或降压阀降压后流入进气管线17，打开电磁控制阀9，使氢气沿进气管线17充入储氢罐11中。压力传感器13实时将所检测到储氢罐11压力值以电信号的形式传递至数据记录系统3，数据记录系统3将所测试数据传递至充放氢控制系统2中与设置值比较，当储氢罐11内氢气达到要求值时，充放氢控制系统2传递信号关闭电磁控制阀9和氢气源5，完成储氢罐11充氢过程。通过流量检测计7所测试的实际充氢量，与所设置的实验要求量相比较，即可判断储氢罐11的充氢能力。通过数据记录系统记录的储氢罐11内压力值，可绘制压力-时间曲线，表征储氢罐11的充氢过程。

放氢过程，首先在充放氢控制系统2中设置储氢罐11完成放氢时罐内的压力值，设置后，充放氢控制系统2控制电磁控制阀12打开，使氢气经过排气管线18排出储氢罐11。压力传感器13实时将所检测到储氢罐11压力值以电信号的形式传递至数据记录系统3，数据记录系统3将所测试传递至充放氢控制系统2与设置值比较，当储氢罐11内氢气压力达到要求值时，充放氢控制系统2传递信号关闭电磁控制阀11，完成储氢罐11的排气过程。通过流量检测计14所测试的实际放氢量，与所设置的储氢罐11放氢量相比较，即可判断储氢罐11的放氢能力。通过数据记录系统记录的储氢罐11内压力值，可绘制压力-时间曲线，表征储氢罐11的放氢过程。

放氢过程完成后，通过储氢罐11进出两端的流量检测计所记录的数据，以及储氢罐内压力检测计所检测数据，可估计储氢罐是否发生泄漏以及泄漏的严重程度。

充放氢过程中，储氢罐11表面的应变片20实时将数据传输至数据记录系统3，可通过数据记录系统所记录的应变片实时数据，观测储氢罐在使用过程中形变变化。

充放氢过程中，通过红外热成像仪8显示储氢罐11的温度分布情况，并将储氢罐温度上传至数据记录系统内。

放氢过程中，氢气通过排气管道18进入氢气回收装置16，又可通过真空泵15泵入临储仓23内，以循环利用氢气，降低实验成本。

充放氢过程中，若测试系统出现故障导致储氢罐内压力不能释放，则可通过泄压阀进行快速泄压，避免安全事故的发生。

在测试不同温度环境下储氢罐11的性能时，首先在温控系统4设置所需实验温度，若所需实验温度高于实际温度，则温控系统4控制与温控舱10连接的制冷器22进行制冷，降低储氢罐温度，使实际温度达到设定值即可。若所需实验温度低于实际温度，则温控系统4控制储氢罐11外表面的电子加热元件21发热升温，即可升高储氢罐11温度，使温度达到实验要求。

重复上文述的充氢及放氢作业，记录储氢罐作业时的各项测量数据，即氢气流量、罐内压力、罐内温度以及应变数值等，且在整个测试过程中，通过记录电磁阀开闭的次数，记录储氢罐充放氢循环次数的测量。

Claims (6)

1.一种氢能汽车用碳纤维缠绕储氢罐性能测试装置，用以测试氢能源汽车用碳纤维缠绕储氢罐的使用性能，该测试装置包括有：充放氢控制系统，用以将氢气源气体充入储氢罐中，并通过控制电磁控制阀控制氢气在管线内的输入流量大小；数据记录系统，用以记录压力计、流量检测计所测量的值，以及温控舱和储氢罐内温度，并将数据反馈至充放氢控制系统；温控系统，用以控制温控舱温度，使储氢罐处于实验需要的温度环境中。

2.根据权利要求1所述的氢能汽车用碳纤维缠绕储氢罐性能测试装置，其特征在于：通过在充放氢控制系统设置储氢罐的压力上限值和压力下限值，用于作为储氢罐充氢和放氢作业时参考值，当压力计所测储氢罐压力值达到参考值，表示储氢罐完成充放氢作业。

3.根据权利要求1所述的氢能汽车用碳纤维缠绕储氢罐性能测试装置，其特征在于：测试系统设置有真空泵、氢气回收装置、临储仓，真空泵可在实验前将管道内气体抽净，保证参与实验的是纯净的氢气；测试系统中的氢气可进入回收装置，然后经过真空泵泵入临储仓储存，循环利用氢气，降低实验成本。

4.根据权利要求1所述的氢能汽车用碳纤维缠绕储氢罐性能测试装置，其特征在于：储氢罐一端连接泄压阀，以避免测试系统出现问题时储氢罐不能及时泄压，造成安全隐患。

5.根据权利要求1所述的氢能汽车用碳纤维缠绕储氢罐性能测试装置，其特征在于：在数据记录系统中有一计数装置，用以记录氢气源放氢次数，以测试储氢罐的充放氢循环次数。

6.根据权利要求1所述的氢能汽车用碳纤维缠绕储氢罐性能测试装置，其特征在于：储氢罐表面设有若干应变片，可反映实验过程中储氢罐的力学性能变化情况。

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