

压缩天然气汽车具有续航能力强,排放少的特点,其CO排放量比汽油车减少90%以上,是目前较为实用的低排放汽车,已得到广泛应用。由于氢燃料电池的零排放和高达83%理想转化效率的优势,在碳排放压力日渐加大的背景下,氢燃料电池汽车得到了迅速发展。业内已认定,氢燃料电池是新能源汽车的终极目标。
压缩天然气汽车和氢燃料电池汽车大都采用20Mpa-70Mpa纤维缠绕复合材料气瓶作为储存气体燃料。但复合材料气瓶明显的缺点是,在碰撞后极易出现冲击损伤,轻者影响使用寿命,重则危及安全。国内已先后发生过几次大的车用压缩天然气气瓶事故,其中以复合材料气瓶事故为主。另外在车用CNG气瓶定期检验中,也发现较大比率有危害性的表面损伤。仅以北京市车用气瓶检验站的2007年检验数据为例,总检验气瓶11843只,发现各类问题气瓶的比例高达69.8%,其中因纤维缠绕层断丝和表面缺陷占总检验数的6.87%。
由于国内对于氢能源燃料电池汽车和压缩天然气汽车的碰撞安全研究起步较晚,标准制定滞后,使得氢燃料电池汽车的高压储气系统的试验、压缩天然气汽车、双燃料汽车的生产、改装无标可循无法可依。由于事故频发,2009年"压缩天然气汽车燃料系统碰撞安全要求"列入国家标准制修订计划。本项目针对压缩天然气汽车和氢燃料电池汽车的结构特点,研究碰撞试验方法和损伤评价标准,为制定国标提供技术支持。
本项目分四个课题进行研究,课题1《车载复合材料气瓶碰撞试验方法研究》,研究制定新能源车的模拟碰撞试验方法。课题2《车用CNG和LPG钢瓶及阀门安全性检验的试验技术开发》,研制了LPG集成阀测试系统和首台远程控制气瓶火烧试验系统,解决了车用气瓶在该测试领域的技术难题。课题3《纤维环向缠绕复合材料气瓶冲击阻抗性能研究》,提出具有复合材料/金属混杂结构特性的复合材料气瓶金属内衬设计原则。课题4《复合材料气瓶冲击损伤容限工程估算方法研究》,提出基于孔边应力法预测含孔层合板剩余强度的工程计算方法,为车载复合材料气瓶定期检验提供判废理论依据。
首次采用台车对新能源车高压气瓶进行模拟碰撞试验,并制定了模拟碰撞试验方法建议;首次发现复合材料/金属混杂结构的分层损伤扩展阻力有R1<R2的特点,提出了内胆设计选用原则,研究成果发表于SCI收录的Composites Part B: Engineering。提出了复合材料气瓶剩余强度工程估算方法。同时,在国内外首次研制了LPG集成阀测试系统和首台远程控制气瓶火烧试验系统,填补了我国车用气瓶在枪击火烧试验和LPG集成阀检测装备方面的空白,获发明专利2项,利用该技术完成了200多只气瓶的枪击火烧试验和7万只钢瓶和集成阀的检验。
本研究形成的试验方法已被国家机动车质检中心应用于双燃料汽车的研发试验和认证检测;含缺陷复合材料气瓶安全分析和评定技术的研究成果,已被上海市特检院应用于车载复合材料气瓶定期年检中;LPG集成阀测试系统和首台远程控制气瓶火烧试验系统已成功应用于国家气瓶阀门质检中心。该项目获得了较好的经济效益和社会效益。
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