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优化氢燃料电池汽车的元件选型

加氢站

优化氢燃料电池汽车的元件选型

2020 年 5 月 5 日 | 首席工程师 Chuck Hayes

在全球范围内,正在对氢能车辆以及使之成为可能的基础设施进行大量投资。

为什么?随着汽车制造商寻求提高效率和减少排放,氢燃料电池技术变得越来越具有吸引力。氢燃料电池汽车利用氢气和氧气在燃料电池中发电来驱动电机,从而实现零排放运行、强劲的动力以及重负荷应用所需的扭矩。

这是一项拥有广阔发展前景的技术,并且是一个迅猛发展且快速演变的市场。各国政府和行业领导者正在消除各种应用壁垒,并真正投资于氢能交通的支持与发展。从元件的角度来看,我们一直在努力为氢燃料电池技术提供合适的解决方案以充分发挥其潜力,无论是在车辆本身内部还是作为大规模应用所需的快速增长的基础设施的一部分。

在选择和确定涉氢元件部分以确保车辆和基础设施可靠运行时,必须考虑若干重要因素。请谨记以下几点:

材料选择至关重要。在涉及卡套管接头的任何应用中,腐蚀控制都很重要,然而,防止氢泄漏带来了特殊而独特的挑战。氢脆会影响 316 不锈钢的性能,这是一种被广泛应用的合金类型,包括氢能车辆中常用的接头、阀门和卡套管。

之所以会出现这种现象,部分原因在于氢是由极小的分子组成的,氢分子如此之小,乃至氢可以移动到材料的立方晶格网状壁中,从而拆开其分子键并破坏材料的完整性。实际上,氢脆可能导致某些等级不锈钢的性能得更像铸铁:极脆且易于开裂。

因此,氢能基础设施设计人员必须特别注意不锈钢的成分。更高的铬和镍含量通过提供更好的延展性能和抗腐蚀性来提供更好的抗氢脆性能。美国材料与试验学会 (ASTM) 要求 316 不锈钢配方中的镍含量至少为 10%,但镍含量至少为 12%的高品质 316 不锈钢更适合应对氢能行业的独特挑战。世伟洛克使用镍含量至少为 12% 的不锈钢。

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压力下的性能。密封无泄漏对于任何流体系统都是至关重要的。但是在氢能汽车和基础设施应用中,当进行连接时,选择和确定元件的类型时应特别注意以下事项。

首先,储氢处于高压状态;压力越高,车辆行驶距离越远。当今的氢能汽车根据应用需求将氢气存储在 350 bar 或 700 bar(5,000 psi 或 10,200 psi)的压力之下。由于许多短程车队知晓每辆车每天晚上可以返回中心枢纽补给燃料,因此,均采用 350 bar (5,000 psi) 的压力。在货车运输等较远距离的应用中,700 bar (10,000 psi) 的压力可实现更长的行驶里程,而制造商的目标则为 400 英里 (1,000 km)。更高的压力需要更高性能的元件,而传统选型则根本不适用。

抗振动能力同样至关重要。尽管在工业应用中很重要,但在氢能应用中的接头和连接必须能够可靠承受与行驶中的车辆有关的重复而持续的振动。例如,锥面螺纹接头是手动加工完成的。加工钢管的质量可能因安装人员而异,并且氢气几乎无法容忍任何缺陷。小分子气体甚至可以从最狭小的空间逃逸,即使最少量的泄漏也可能发展为大问题。只有世伟洛克的 FK 系列等先进而一致的接头技术才能提供理想的性能。

特定于应用的元件。在整个氢能交通领域中,不同的车辆具有不同的设计和元件要求。考虑到城市市政公交车队,是氢燃料电池动力的主要机遇。由于其车顶上配有储氢罐,因此与长途运输车辆相比,公交车的结构需要一定的固有柔性;因此,可以应对 350 bar (5,000 psi) 压力的可靠软管提供了一定的柔性代替了卡套管的刚性。

就此而言,软管选型满足合适的标准是非常重要的。出于同样的原因,对于整个氢应用中的卡套管和接头,应考虑采用高性能的 316 不锈钢配方,从而在氢动力公交车中,带有金属外编织层的聚合物内管软管不建议被选用。设计人员应从相同的角度考虑软管选型,即选择由高品质材料制成的软管以应对特定的应用。

强大的支持。在力图发挥氢能交通的潜力时,设计人员和制造商应寻求与在氢领域拥有丰富而广泛专业知识的元件供应商合作。

纵观我们组织的发展历程,我们的团队始终致力于包括氢气在内的气体系统的研究工作。凭借我们在元件性能和材料科学方面卓越的专业知识,再加上强大的全球服务与支持,可以帮助氢能交通领域的制造商抓住全球各地日益增长的新机遇。

是否兴趣了解更多内容?立即联系世伟洛克,以了解我们如何帮助构建可靠的氢能汽车和基础设施。

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