科泰克科技张国：国内所采用的车载气瓶是碳缠绕气瓶
2016-12-01 14:38:35
摘要：北京科泰克科技发展公司的张国表示，目前实际装车应用气瓶主要是金属内胆全缠绕气瓶，工作压力主要是35兆帕，少量有一部分的70兆帕的气瓶。
能源新闻网讯：11月28日-30日，2016中国国际能源峰会暨展览会在北京国家会议中心召开。29日，2016中国国际氢能与燃料电池产业发展大会在311室隆重举行。北京科泰克科技发展公司的张国在储氢及加注分会场中，从高压气瓶的分类以及适用情况对高压气瓶的发展作了介绍，表示目前实际装车应用气瓶主要是金属内胆全缠绕气瓶，工作压力主要是35兆帕，少量有一部分的70兆帕的气瓶。
下面是张国的演讲实录：分4类，分别是金属气瓶，金属内胆环向缠绕气瓶，金属内胆全缠绕气瓶，非金属内胆全缠绕气瓶，从国内来说这个是不允许的，从这几个特点上面来说。这个是因为采用金属瓶，还有金属胆，非常非常的重，作为车载属性来讲一般不采用这种方式。但是，个别的，我了解的，我知道的，就是插车上为了配重要求，就用了这个气瓶。那么，另外一种，就是碳缠绕气瓶。我们国内所采用的车载的全部都是这种的。应用，10年上海世博会的时候，少量进口车里面，整车进来的，塑料内胆气瓶，其他的都是金属的。那么，当前70兆帕就是这个。但是，从我们分析来说，这一种类型的气瓶，对于温度，非常非常的敏感。那么，所以，充气过和使用过程当中温度控制，对于这个寿命是非常非常的重要的。这一种汽瓶，因为什么呢？很多年以前，各种各样的原因出了一些事故，这种类型的气瓶，目前我国是禁止使用的。那么，从产品的发展，新产品研发上面，一型瓶，二型瓶，从现在可检索到的资料，这个报的比较多的就是日本的。日本的就是一直都是在的，他就是生产钢材，就是想推销他的材料，所以，就是在生产这种一型的，还有最大的工作压力，还有99兆帕。大溶积就是占用这种气瓶，另外也是做钢胆的溶积的气瓶。还有日本其他的，还有也是看到了这个气瓶。国内的，还有安瑞科，我了解安瑞科也是在生产，是否批量化，还有批量化形成的系列产品目前不清楚。目前就是监管究竟是哪一类？气瓶还是容器，这一块儿很有争议。那么，日本对于这个到工作压力99兆帕这个储氢，他们针对材料开展了大量跟氢气相关工作验证这个使用是否是安全的。那么，三型瓶，实际上目前不光是中国的，还有我们检索了解到的数据上来说，从全球上来说，实际装车应用的应该主要就是这种气瓶，就是这一类的，就是全缠绕的。工作压力主要是35兆帕，少量有一部分的70兆帕的气瓶。当然，各种各样的用途的都是有的。
另外，还有一些数量比较少的，82兆帕的气瓶，就是为了运输来使用。因为作为这个钢胆还是认为太重，就是开发了这种铝胆全缠绕的气瓶。那么，现在呢？现在国内从去年12月份开始，就从国家的法规监管当中来说，这个监管来说，这个已经放开了一个口子，允许开始生产。那么，现在呢？现在我们知道的，现在国内有70兆帕气瓶现在都是在生产。当然，具体的应用现在应该跟35兆帕比数量少的多。
这个非金属内胆，应该是在04年昆腾开发的，70兆帕，世界上面第一款工作压力79兆帕气瓶。那么，这几年随着汽车的发展，市场热度逐渐上升，4星瓶这个是目前气瓶，全球上面来说，这个是目前研究的热点。大家看一下展会，还有相关的报道资料，国外新进入这个行业的公司，还有制造商开发的产品都是这一块儿。那么，这一块儿可能认为什么呢从成本，寿命这些比有一些优势，具体究竟如何？后面会有介绍的。
那么，另外一类，我没有把它归前面4类。从我把它分到一个新产品，还有一个应用，因为归到那4类，哪一类都是不合适。其中一类就是符合的。我知道国内蒋老师这边，已经开始做一些工作了。包括还钢院的做这些工作。那么，实际上这个是符合这个概念，这个是在04年就已经提出来。但是，实际上的应用的产品，那个时候是没有。但是，这几年开始产品在推出。我看到的还有我了解到的，这个是金属的，一种是把这个结合起来。另外，还有一种就是压缩的和吸附。比如说，就是容器里面放一些，就是比标准面积非常大的一些材料，就是纳米管里面形成一些材料，这种复核结构进行来做。这一两年的研究的热度，我觉得就是从我个人的这个判断来说，这个热度的上升不亚与4星瓶的热度。另外一个就是称之为应用，无人机应用的气瓶，为什么把无人机气瓶单独拿出来说呢？因为什么呢？因为使用特点和要求，我个人认为和车用差距比较的大，把它分一类就是比较的合适。燃油电池协会。所以，就是制订开展了非常的及时。应用特点上面来说，无人机要求的产品要轻。这个重100克，200克都是影响到这个性能。所以，无人机用的气瓶，这个对于重量要求非常非常的迫切，这一年多有很多厂子找我们来定做这种无人机气瓶。都是到一定的程度我们都是不敢做了。因为什么呢？因为就是为了重量牺牲了可以到牺牲性能的这个地步。所以，这个我觉得就是什么呢？就是电池协会提出来，就是针对无人机针对这个非常的重要。对于现在的，尽管标准上面现在还有一定的争议，就是从汽车角度，还有从另外一个角度来说。对于寿命这一块儿，到底1万5000次，还是1万250次，还是1万1000次。但是，都没有低于1000次的。从全寿命上面来讲都没有低于1万次。那么，无人机气瓶我了解跟我们提出来的，最多就是1千次。这个对于性能的性能影响比较大。还有就是试验项目的设置，针对无人机使用气瓶的特点，现在车用气瓶上面使用的集成安全装置，无人机上面都是没有。直接在瓶口上面装一个阀，直接带一个减压器。这个集成阀有充气口，有减压器。那么，不管是工作压力35兆帕，70兆帕，直接输出，输出到20个千帕左右。
从这个特点来说，就是没有安全气阀装置，这个是合理的。因为是开厂的空间。但是，从试验项目设置，这个使用特点来说，我认为着重强调，如果一旦出了问题。那么，坠落下来比车用气瓶坠落危险得多，这个条件的考核，这个应该比车用气瓶苛刻。包括什么呢？包括提供的阀门，那么，所有的测试都是按照CNG标准进行的测试。然后，增加这个测试，这些标准，这个日本的标准我没有往上列这个特别就是想说的，最下面这个路，就是这个19881，因为针对现在产品的，之前就是抱怨这个太贵，这几年听到的太多了，然后，一个气瓶太贵，另外就是认为现在的气瓶，之前所指定的气瓶的寿命还有车，这个就是这个寿命不匹配。认为寿命这种余量太大了。
这个应该是去年，应该是今年，就是今年总局。就是安委会专家开会，这个就是按照相关的要求来。这个标准就是处再一个草案阶段，没有正式的颁布，但是，这个标准就是把几种结构形式，还有前面尽可能融合在一起。那么，就是看一下就是应用的场合，就是重卡。当然，企业可以提出来自己一些规定，这个大框架就是这样的。
那么，还有就是11439这个指标，这个11439，这个就是我们车用CNG气瓶标准。大家可以看一下，就是这个天然气汽瓶标准，指标对比的一个情况。那么，这个呢？疲劳寿命这个不分结构形式，这个都是什么呢？这个都是多少年，多少次这样一个要求。当然，这个次数，这个对于标准来说，这个是对于标准来说，这个就是一个最高的要求，这个就是特别的写下来，就是可以监控的情况下，就是允许比这个次数少，10年，就是乘10，就是这样来计算。这个试验测试，就是这个技术上面乘一个系数。一般就是乘以3，这样的话，就是什么呢？另外安全系数的设置，这个最显著的一个特点的变化，就是什么呢？就是根据工作压力，来对安全系数进行一个调整，这个以前是没有的。那么，从指标分析来说，这个也是合理的。这个乘以同样的系数，这个安全余量大，那么，把这个适当降低一些，这个就是从安全的角度来说，这个也是可以接受的。另外一个变化，这个主要就是什么呢？这个就是什么呢？这个就是欧盟一个标准。另外，这个我在这个里面没有列，指标要求都是一样。一个气瓶按照规定的顺序这个完成若干个试验，这个先做什么呢？就是先做水压，做常温疲劳，最后做爆破，最后一个试验结果。同时，就是增加了介质，就是这个氢气的疲劳试验，就是针对这个使用上面来说，因为这个疲劳试验都是用液体来做。但是，我们知道液体和气体介质不一样。特别是什么？这个是不一样。那么，用介质，用工作介质来做疲劳和用液体，不管是用水和油，就是有一定的差异的。那么，这个现在标准把这个加进来。那么，这个对于我们国内的试验机构，也是提出来了很严格的要求。这个我知道的，就是我们现在的胡总，他们现在正在建设这个条件。但是，对于我们企业来说，这个希望这些条件可以建成的越早越好，如果全部这样进行一个试验。没有这个试验条件，国内这个产品就是没有办法来开发生产的。特别是现在我们碰到的一个要做欧盟认证的一个项目。这个就是什么呢？就是碰到一个实际的问题。分析下来，这个试验国内没有办法做，只好跟对方沟通，更换这个标准。
因为现在装车使用的气瓶，不管是三型瓶，都是符合气瓶。那么，由这种变化导致的金属气瓶，环缠绕气瓶设计的方法，设计的理念。但是，从设计的计算手段上面来说，这个已经满足不了三星瓶分析计算的要求，四星瓶计算要求。外面缠绕的纤维是异性的变化。这个导致整个的瓶体表面，除了这个直桶段以外，这个逐层也是变化，这个表现出来的宏观性能这个逐层是变化的。那么，特别对于风投这一块儿，每一个点的性能宏观性能都是不一样的。那么，原来简单用一个公式算一下，这种设计计算的方法已经不使用三星，四星瓶设计计算的要求，满足不的了这个要求了。
特别是在金属瓶计算的时候，风投很多单位都不算。标准上面就这样直接地规定。但是，从我们的工作来发现，对于符合气瓶来说，特别是到后面会介绍到压缩工艺余量的时候，风投这一块儿必须算，而且算的非常非常的准确。简单地说一下，纤维改变逐层然绕上去得，这个上去位置变化，同一层铺在这个位置，铺在这个位置，铺在这个位置。最后呢？最后对气瓶性能都是什么呢？都是有不同的作用。那么，不同的角度对他也是有影响。如果这个铺放的位置角度不合适。有时候就是起副作用，有时候就是降低这个性能，并不是增强。产品开发当中我们就是碰到过这样的问题，最开始工艺园，就是在铺曾给他了以后，这个就开始没有多想这个问题。缠完了以后这个效果不理想，这个反复在说一下，跟我确认，这个工艺肯定没有什么问题。这个上取得质量肯定好的，按照我们公司的要求，这个肯定是符合要求的。反复确认，最后害怕我不相信，最后让我看录像。看完录像以后，有一个直观判断，这个位置不对。所以，就是仔细地来算这个位置。最后，发现这个位置是什么呢？目的就是想增强提高这个性能，结果呢？结果往那里去那个性能就是很低。最后呢？就是很简单的就是把位置调整了一下。强度一下子增加了，就是30个兆帕左右。
这个对于最后产生的性能这个都是有影响的，同样的都是缠这么多，不同的顺序出来的结果也是不一样，这个涉及到什么呢？一个强度，一个钢度，损伤的扩展，还有性能发挥。这4方面就是最后平衡的一个结果，如果单纯强调一个方面，这个有可能某一个指标很好，但是，这个气瓶综合性能不一定很好。这个就是从我们来说，对于三星瓶来说这个仿真计算的作用非常的大。从我们来跟这些整车系统沟通来说，这个都是反映了，大概占整个氢系统成本一半以上。特别是随着这个数量的增加，这个占比还在积聚的上升。所以，这个降成本，这个不光是我们碰到的这个问题，包括我们跟日本的一些厂商，这几个厂商在沟通。这个降成本，这个是大家都是碰到这个问题，怎么降成本。现在开展一些工作，几个方面来说一下，就是原材料，一个是工艺余料。还有一个性能指标。原材料，这个原材料的成本，这个可以占到什么呢？从我们统计计算还有分析，还有其他我们的产品，其他家的别的公司家的产品，原材料的成本可以占到整个储氢瓶成本的60%以上，甚至到75%，这样一个程度。成本高，这个直接该说炭纤维贵。性能指标可以换成一个大纤维，实际上我们这几年国际上主要炭纤维的纤维我们都是测试过，都是做过评价。从降成本上面来说，这个炭纤维不可以达到现在这样一个目的。从单价来说，这个确实是比现在所用到的，不管是东方360的纤维确实便宜。但是，这个在使用过程当中，这个工艺性并不好。所以，另外一个，这个本身的性能的波动比较大。从我们设计来说，只可以采用保证值，就是什么呢？就是可以承诺的最低值进行设计，我不可以按照那个平均值甚至是最高值进行设计。如果按照最高值进行设计，那么，下一批纤维碰到低的怎么办？最后测试不合格导致整个的产品的整批报废。因为这个速度比较大，我们用东利的纤维来说，大家常常用的12K，24K，24K已经是算这个比较大的了。我们测试的这个提供过来就是48K。使用过程当中，这个炭纤维就是很难展开的。我们也是在跟炭纤维沟通。我们所想要的一种纤维，这个应该是一个什么样子？这个是已经列出开发计划。拿到手价格怎么样？因为还不好说。因为现在只是一个样品测试的一个过程。
一个基本的特点来说，像刚刚提到的这个是一个强度刚度4个因素综合的一个结果，现在T7，大家用T700就是强调的一个强度，就是这个量并不好。导致整个缠绕层同样多，这个刚度并不好。当然，还有一个强度的问题，还有一个延伸率的问题，还有其他的一些问题。
因为什么呢？因为原材料这一块儿有工作可做。但是目前呢？但是，目前相对来说这个见效比较的慢，另外就是减少工作余量。复合材料，就是在设计完了以后，从材料本身的性能，最后转变成产品的性能这个过程当中这个有一个性能的衰减。另外一个，材料本身性能的一个波动。大家在开发这个产品的时候，都会给出一定的工艺余量，就是考虑到这个纤维强度，发挥的这样一个波动。把那个波动因素考虑进去。那么，如果余量少就是用到的材料就是少一些，就是降低成本。但是，这个带来的风险呢？这个就是什么呢？这个就是余量小的了以后，可以不可以控制住产品的性能，会不会导致产生的报废复核气瓶来说，这个疲劳性能，还有强度，这个本身从分布特点上面来说这个就是不一样的。那么，在这个过程中间损伤缺陷的存在，对于他性能影响的究竟多大？这个需要开展大量的工作。但是，是有潜力可以挖的。
另外一个，另外，新型的，不应该新型的气瓶。这几年就是在这一年来，就是往前推一年，三年一个，就是认为4型瓶，这个经过测算，包括考虑的这个，这个就是DOE给出一个成本的目标。
另外一个，现在在研制，现在可能大家看到的比较的少。那个我甚为就是应该称之为新型的气瓶，本身那个产品的结构设计上就是想办法做工作。三型瓶考虑成本跟四型瓶比，主要是考虑疲劳的影响，所以，大家直观地认为，就是整个做胆过程当中，这个胆不是光滑内壁的。胆可能就是这种，大家想象一下这个形状，因为这个图我记得就是放上去的，但是刚刚没有看到。想象一下这个情况。那么，实际上既然对于那个，这个是无限的，就是故意把胆给他放松，给他变型的这个量，那么就是可以解决这个问题。那么，从这个测算上面来说，这样一改对于材料使用量上面来讲，达到同样一个指标，材料使用量可以降低30%以上，包括缠绕工艺进行改变。这个材料设计量可以减少40%左右，这个就是一个测算的个结果。当然，还有很多的一些工作要做。另外，这种结构形式和我们现有的标准，可能和所有的标准这个都是有不一致的地方。都是需要从观念上面进行突破，最后简单介绍一下，我们国内的这个生产的一个监管的事情。也是有很多的朋友在问我这些事情。这个是大家碰到的一个实际的问题。对于气瓶来说，我们国家实行的特种设备，这个是生产资质进行管理。那么，对于一个生产气瓶来讲，这个就是拿到生产资质。因为现在还没有国标，各个企业制订自己的企业标准，就是到瓶标委进行审查备案。然后，按照这个标准然后进行设计，然后，开展形式试验。那么，最后就是设计文件，这个质监总局授权机构进行审查备案，有这些才可以生产。那么，对于使用上面来说，这个还是有一个问题。
拿到这个设计文件进行备案的时候，有一个前提，就是行使试验要通过，这样列的试验项目还是什么呢？还是通常的一个试验项目，那么，新的，解决刚刚介绍到的，就是按照这个标准的顺序试验。现在还正在各个企业，各个企业还是适应这个过程当中调整，做完形势试验，拿到试验报告，这样设计才可以备案。
在个里面可能特别要强调一个，就是火烧试验，这个和大家用的有关。那么，现在就是有一些系统集成商，还有整车厂，一方面降成本压力，抓住什么阀上面装，对于合规来讲这个是不可以的。换一个阀需要重新做火烧试验。重新做火烧，拿到相关的报告，这样才可以的。
这个大家可以看到，这个试验完了以后，这个是刚刚介绍到的，就是实际装车使用的气瓶这个是具备这两个，汽车制造许可证，还有气瓶安装的证书这样才可以上牌但是，如果单位自己做一个样车，找一个自己管的不严，找一个瓶子装上去就可以用的，没有人管，那个是正规的。这个是必须的。（能源新闻网）
