I tanki standard di a piattaforma piatta per i BEV è i FCEV utilizanu composti termoplastici è termostabili cù una custruzzione di scheletru chì furnisce 25% più di almacenamentu H2.#idrogenu #tendenze
Dopu una cullaburazione cù BMW hà dimustratu chì un cisterna cubicu puderia furnisce una efficienza volumetrica più altu ch'è parechji cilindri chjuchi, l'Università Tecnica di Munich hà imbarcatu in un prughjettu per sviluppà una struttura composta è un prucessu di fabricazione scalabile per a produzzione seriale.Creditu di l'imaghjini: TU Dresden (in cima) à sinistra), Università Tecnica di Monaco, Dipartimentu di Compositi di Carbone (LCC)
I veiculi elettrici di celle di carburante (FCEV) alimentati da l'idrogenu à emissioni zero (H2) furniscenu mezzi supplementari per ottene obiettivi ambientali zero.Una vittura di passageru di cellula di carburante cù un mutore H2 pò esse pienu in 5-7 minuti è hà una gamma di 500 km, ma hè attualmente più caru per via di volumi di pruduzzione bassu.Una manera di riduce i costi hè di utilizà una piattaforma standard per i mudelli BEV è FCEV.Questu hè attualmente micca pussibule perchè i tanki cilindrichi di Type 4 utilizati per almacenà gasu H2 comprimitu (CGH2) à 700 bar in FCEV ùn sò micca adattati per i compartimenti di a batteria di u corpu chì sò stati cuncepiti currettamente per i veiculi elettrici.In ogni casu, i vasi di pressione in forma di cuscini è cubi ponu mette in stu spaziu di imballaggio flat.
Patent US5577630A per "Composite Conformal Pressure Vessel", applicazione presentata da Thiokol Corp. in 1995 (a manca) è u vasu di pressione rettangulare patentatu da BMW in 2009 (a destra).
U Dipartimentu di Carbon Composites (LCC) di l'Università Tecnica di Munich (TUM, Munich, Germany) hè implicatu in dui prughjetti per sviluppà stu cuncettu.U primu hè Polymers4Hydrogen (P4H), guidatu da u Leoben Polymer Competence Center (PCCL, Leoben, Austria).U pacchettu di travagliu LCC hè guidatu da Fellow Elizabeth Glace.
U sicondu prughjettu hè l'Ambiente di Dimostrazione è Sviluppu di l'Idrogenu (HyDDen), induve LCC hè guidatu da u Ricercatore Christian Jaeger.I dui miranu à creà una dimostrazione à grande scala di u prucessu di fabricazione per fà un tank CGH2 adattatu cù composti di fibra di carbone.
Ci hè una efficienza volumetrica limitata quandu cilindri di diametru chjucu sò stallati in cellule di batterie piatte (a manca) è vasi di pressione cubic type 2 fatti di rivestimenti d'acciaio è una calotta esterna di fibra di carbonu / epossidicu (a diritta).Fonte di l'imaghjini: I figuri 3 è 6 sò da "Approcciu di Disegnu Numericu per u Vessel di Box di Pressione di Type II cù Gambe di Tensione Interna" da Ruf è Zaremba et al.
P4H hà fabricatu un cisterna cubi sperimentale chì usa un quadru termoplasticu cù cinghie di tensione composite / struts impannillati in epossidicu rinforzatu in fibra di carbonu.HyDDen aduprà un disignu simili, ma utilizerà a layup automatica di fibre (AFP) per fabricà tutti i tanki di composti termoplastici.
Da una dumanda di patente da Thiokol Corp. à "Composite Conformal Pressure Vessel" in u 1995 à a patente tedesca DE19749950C2 in u 1997, i vasi di gas comprimi "pò avè qualsiasi cunfigurazione geomètrica", ma soprattuttu forme piatte è irregulari, in una cavità cunnessa à u supportu di cunchiglia. .elementi sò usati per ch'elli ponu sustiniri a forza di espansione di u gasu.
Un documentu di u Laboratoriu Naziunale di Lawrence Livermore (LLNL) di u 2006 descrive trè approcci: un vasu di pressione di cunfurmità di ferita di filamentu, un vasu di pressione di microlattice chì cuntene una struttura di reticulata ortorrombica interna (piccole cellule di 2 cm o menu), circundatu da un cuntinuu H2 à pareti sottili, è un cuntainer replicatore, custituitu da una struttura interna custituita da pezzi chjuchi incollati (per esempiu, anelli di plastica esagonale) è una cumpusizioni di pelle di cunchiglia fina.I cuntenituri duplicati sò più adattati per i cuntenituri più grande induve i metudi tradiziunali ponu esse difficiuli di applicà.
A patente DE102009057170A presentata da Volkswagen in u 2009 descrive un vasu di pressione di u veiculu chì furnisce un altu rendimentu di pesu mentre migliurà l'utilizazione di u spaziu.I tanki rettangulari utilizanu connettori di tensione trà dui pareti rettangulari opposti, è i cantoni sò arrotondati.
I cuncetti sopra è altri sò citati da Gleiss in u documentu "Sviluppu di u prucessu per i vasi di pressione cubica cù Stretch Bars" di Gleiss et al.à l'ECCM20 (26-30 ghjugnu 2022, Lausanne, Svizzera).In questu articulu, ella cita un studiu TUM publicatu da Michael Roof è Sven Zaremba, chì truvò chì un vasu di pressione cúbica cù struts di tensione chì culliganu i lati rettangulari hè più efficau chè parechji cilindri chjuchi chì si mettenu in u spaziu di una batteria piatta, chì furnisce circa 25. % di più.spaziu di almacenamentu.
Sicondu Gleiss, u prublema cù a stallazione di un gran numaru di cilindri di tipu 4 in un casu pianu hè chì "u voluminu trà i cilindri hè assai ridutta è u sistema hà ancu una superficia di permeazione di gas H2 assai grande.In generale, u sistema furnisce menu capacità di almacenamentu cà i vasi cubi.
Tuttavia, ci sò altri prublemi cù u disignu cúbicu di u tank."Ovviamente, per via di u gasu cumpressu, avete bisognu di cuntrastà e forze di curvatura nantu à i muri piani", disse Gleiss."Per questu, avete bisognu di una struttura rinfurzata chì cunnetta internamente à i mura di u tank.Ma questu hè difficiule di fà cù i composti ".
Glace è a so squadra anu pruvatu à incorpore barre di tensione di rinforzu in u vasu di pressione in una manera chì seria adattata per u prucessu di avvolgimentu di filamentu."Questu hè impurtante per a produzzione di grande volume", spiega, "è ci permette ancu di disignà u mudellu di avvolgimentu di i muri di u containeru per ottimisà l'orientazione di fibra per ogni carica in a zona".
Quattru passi per fà un tank cubicu cumpostu di prova per u prughjettu P4H.Creditu di l'imaghjini: "Sviluppu di un prucessu di produzzione per i recipienti di pressione cubica cù brace", Università Tecnica di Monaco, prughjettu Polymers4Hydrogen, ECCM20, ghjugnu 2022.
Per ghjunghje nantu à a catena, a squadra hà sviluppatu un novu cuncettu custituitu di quattru passi principali, cum'è mostratu sopra.I struts di tensione, mostrati in neru nantu à i passi, sò una struttura di quadru prefabbricata fabbricata cù metudi pigliati da u prughjettu MAI Skelett.Per questu prughjettu, BMW hà sviluppatu un "quadru" di parabrisa cù quattru bastoni di pultrusione rinfurzati cù fibra, chì sò stati poi mudificati in un quadru di plastica.
U quadru di un tank cubicu sperimentale.Sezioni scheletriche esagonali stampate in 3D da TUM utilizendu filamenti PLA non rinforzati (in cima), inserisce bastoncini di pultrusione CF/PA6 cum'è tiranti di tensione (mediu) è poi avvolgendu u filamentu intornu à e bretelle (in fondu).Creditu di l'imaghjini: Università Tecnica di Munich LCC.
"L'idea hè chì pudete custruisce u quadru di un tank cúbicu cum'è una struttura modulare", disse Glace."Questi moduli sò poi posti in un strumentu di formatura, i struts di tensione sò posti in i moduli di quadru, è dopu u metudu di MAI Skelett hè utilizatu intornu à i struts per integrà cù e parti di u quadru.metudu di pruduzzione di massa, risultatu in una struttura chì hè tandu usata cum'è un mandrinu o un core per imbulighjà a cunchiglia composta di u tank di almacenamento.
TUM hà cuncepitu u quadru di u tank cum'è un "cuscinu" cubicu cù lati solidi, anguli arrotondati è un mudellu esagonale in cima è in fondu à traversu chì i ligami ponu esse inseriti è attaccati.I buchi per questi rack sò stati ancu stampati in 3D."Per u nostru tank sperimentale iniziale, avemu stampatu in 3D sezioni di quadru esagonale cù l'acidu polilatticu [PLA, un termoplasticu bio-basatu] perchè era faciule è economicu", disse Glace.
A squadra hà acquistatu 68 canne di poliamide 6 (PA6) rinfurzata in fibra di carbonu pultruded da SGL Carbon (Meitingen, Germania) per l'utilizazione cum'è cravatte."Per pruvà u cuncettu, ùn avemu micca fattu alcuna moldura", dice Gleiss, "ma solu inseritu spaziatori in un cornice di core di nido d'ape stampata in 3D è incollati cù cola epossidica.Questu allora furnisce un mandrinu per l'avvolgimentu di u tank ".Ella nota chì, ancu s'è sti bastoni sò relativamente faciuli di ventu, ci sò qualchi prublemi significativi chì saranu descritti più tardi.
"In u primu stadiu, u nostru scopu era di dimustrà a fabricabilità di u disignu è identificà i prublemi in u cuncettu di produzzione", spiegò Gleiss."Allora, i struts di tensione spuntanu da a superficia esterna di a struttura scheletrica, è aghjustemu e fibre di carbone à questu core utilizendu un bobinamentu di filamentu umitu.Dopu quì, in u terzu passu, curvemu a testa di ogni tirante.termoplasticu, cusì avemu solu aduprà u calore per rinfurzà a testa in modu chì si appiattisci è si chjude in a prima capa di wrapping.Allora prucedemu à imbulighjà a struttura di novu in modu chì a testa di spinta piatta hè geometricamente chjusa in u tank.laminate nantu à i muri.
Tappo distanziatore per avvolgimento.TUM usa tappi di plastica nantu à l'estremità di e verghe di tensione per impediscenu chì e fibre s'imbulighjanu durante l'avvolgimentu di filamenti.Creditu di l'imaghjini: Università Tecnica di Munich LCC.
Glace hà ripetutu chì stu primu tank era una prova di cuncettu."L'usu di stampa 3D è cola era solu per a prova iniziale è ci hà datu una idea di uni pochi di i prublemi chì avemu scontru.Per esempiu, durante u bobinamentu, i filamenti sò stati catturati da l'estremità di i verri di tensione, causannu rotture di fibre, danni di fibre, è riducendu a quantità di fibra per contru à questu.Avemu usatu uni pochi di tappi di plastica cum'è aiuti di fabricazione chì sò stati posti nantu à i pali prima di u primu passu di avvolgimentu. Allora, quandu i laminati interni sò stati fatti, avemu sguassatu questi tappi protettivi è rimodificate l'estremità di i pali prima di l'imballaggio finale ".
A squadra hà sperimentatu diversi scenarii di ricustruzzione."Quelli chì guardanu intornu travaglianu u megliu", dice Grace."Inoltre, durante a fase di prototipu, avemu utilizatu un strumentu di saldatura mudificatu per applicà u calore è rimodulà l'estremità di i tiranti.In un cuncettu di produzzione di massa, avete un strumentu più grande chì pò furmà è furmà tutte l'estremità di i struts in un laminatu di finitura internu à u stessu tempu.."
Teste di timone rimodellate.TUM hà sperimentatu diversi cuncetti è hà mudificatu e saldature per allineà l'estremità di i ligami composti per attaccà à u laminatu di u muru di u tank.Creditu di l'imaghjini: "Sviluppu di un prucessu di produzzione per i recipienti di pressione cubica cù brace", Università Tecnica di Monaco, prughjettu Polymers4Hydrogen, ECCM20, ghjugnu 2022.
Cusì, u laminatu hè guaritu dopu à u primu passu di l'arburetu, i posti sò rifurmati, u TUM cumpleta a seconda volta di i filamenti, è dopu u laminatu di u muru di u tank esternu hè guaritu una seconda volta.Per piacè nutate chì questu hè un disignu di cisterna di tipu 5, chì significa chì ùn hà micca un rivestimentu di plastica cum'è una barriera di gas.Vede a discussione in a sezione Next Steps sottu.
"Avemu tagliatu a prima demo in sezioni trasversali è cartografiatu l'area cunnessa", disse Glace."Un primu pianu mostra chì avemu avutu qualchì problema di qualità cù u laminatu, cù i capi di strut chì ùn sò micca appiati nantu à u laminatu internu".
Risolve i prublemi cù spazii trà u laminatu di i muri interni è esterni di u tank.A testa di tirante mudificatu crea un spaziu trà a prima è a seconda volta di u tank sperimentale.Creditu di l'imaghjini: Università Tecnica di Munich LCC.
Stu tank iniziale di 450 x 290 x 80 mm hè statu finitu l'estiu passatu."Avemu fattu assai prugressi da tandu, ma avemu sempre una distanza trà u laminatu internu è esterno", disse Glace."Allora avemu pruvatu à riempie questi spazii cù una resina pulita è di viscosità alta.Questu in realtà migliurà a cunnessione trà i studs è u laminatu, chì aumenta assai u stress meccanicu ".
A squadra hà cuntinuatu à sviluppà u disignu è u prucessu di u tank, cumprese soluzioni per u mudellu di avvolgimentu desideratu."I lati di u tank di prova ùn eranu micca cumpletamente arricciati perchè era difficiule per questa geometria di creà un percorsu tortuoso", Glace spiegò."U nostru angolo di avvolgimentu iniziale era di 75 °, ma sapemu chì parechji circuiti eranu necessarii per scuntrà a carica in stu vasu di pressione.Semu sempre à circà una suluzione à stu prublema, ma ùn hè micca faciule cù u software attualmente in u mercatu.Pò esse un prughjettu di seguitu.
"Avemu dimustratu a fattibilità di stu cuncettu di produzzione", dice Gleiss, "ma avemu bisognu di travaglià più per migliurà a cunnessione trà u laminatu è rinfurzà i tiranti."Test esterni nantu à una macchina di prova.Tireste i distanziatori fora di u laminatu è pruvate e carichi meccanichi chì quelli articuli ponu sustene.
Sta parte di u prughjettu Polymers4Hydrogen serà finita à a fine di u 2023, da quandu Gleis spera di compie u secondu tank di dimostrazione.Curiosamente, i disinni oghje utilizanu termoplastici rinfurzati puliti in u quadru è composti termoset in i mura di u tank.Questu approcciu hibridu serà usatu in u tank di dimostrazione finale?"Iè", disse Grace."I nostri partenarii in u prughjettu Polymers4Hydrogen sviluppanu resine epossidiche è altri materiali di matrice composta cù megliu proprietà di barriera di l'idrogenu".Elenca dui partenarii chì travaglianu in stu travagliu, PCCL è l'Università di Tampere (Tampere, Finlandia).
Gleiss è a so squadra anu ancu scambiatu infurmazioni è discussatu idee cù Jaeger nantu à u secondu prughjettu HyDDen da u tank composite conformal LCC.
"Avemu pruduciutu un recipiente di pressione compositu cunformatu per i droni di ricerca", dice Jaeger."Questa hè una cullaburazione trà i dui dipartimenti di u Dipartimentu Aerospaziale è Geodeticu di TUM - LCC è u Dipartimentu di Tecnulugia di Helicopter (HT).U prugettu serà finitu à a fine di u 2024 è simu attualmente compie u vasu di pressione.un disignu chì hè più di un approcciu aerospaziale è automobile.Dopu à sta tappa iniziale di cuncettu, u prossimu passu hè di realizà un mudellu strutturale detallatu è predichendu a prestazione di a barriera di a struttura di u muru.
"Tutta l'idea hè di sviluppà un drone esplorativu cù una pila di carburante hibrida è un sistema di propulsione di batterie", continuò.Aduprà a bateria durante carichi d'alta putenza (vale à dì u decollo è l'atterrissimu) è poi passà à a pila di carburante durante a crociera di carica ligera."U squadra HT hà digià avutu un drone di ricerca è hà riprogettatu u powertrain per utilizà sia batterie è pile di carburante", disse Yeager."Anu ancu acquistatu un tank CGH2 per pruvà sta trasmissione".
"U mo squadra hè stata incaricata di custruisce un prototipu di cisterna di pressione chì si adattassi, ma micca per via di i prublemi di imballaggio chì un cisterna cilindrica creà", spiega."Un tank più pianu ùn offre micca tanta resistenza à u ventu.Cusì avete megliu prestazione di volu ".Dimensioni di u tank circa.830 x 350 x 173 mm.
Cisterna cumpletamente termoplastica cumpleta AFP.Per u prughjettu HyDDen, a squadra di LCC in TUM hà inizialmente esploratu un approcciu simili à quellu utilizatu da Glace (sopra), ma poi si trasfirìu à un approcciu utilizendu una cumminazione di parechji moduli strutturali, chì sò stati allora abusati cù AFP (sottu).Creditu di l'imaghjini: Università Tecnica di Munich LCC.
"Una idea hè simile à l'approcciu d'Elisabeth [Gleiss]", dice Yager, "per applicà tiranti di tensione à u muru di u bastimentu per cumpensà e forze di curvatura elevate.In ogni casu, invece di utilizà un prucessu di bobina per fà u tank, usemu AFP.Dunque, avemu pensatu à creà una seccione separata di u vasu di pressione, in quale i racks sò digià integrati.Questu approcciu m'hà permessu di cumminà parechji di sti moduli integrati è poi applicà un capu per sigillà tuttu prima di l'avvolgimentu finale AFP ".
"Cervamu di finalizà un tali cuncettu", continuò, "è ancu cumincià à pruvà a selezzione di materiali, chì hè assai impurtante per assicurà a resistenza necessaria à a penetrazione di gas H2.Per questu, usemu principarmenti materiali termoplastici è travagliendu in diversi modi chì u materiale affettarà stu cumpurtamentu di permeazione è u processu in a macchina AFP.Hè impurtante per capiscenu se u trattamentu avarà un effettu è s'ellu hè necessariu un post-processing.Vulemu ancu sapè se diverse pile affettanu a permeazione di l'idrogenu attraversu u vasu di pressione ".
A cisterna serà interamente fatta di termoplastica è e strisce seranu furnite da Teijin Carbon Europe GmbH (Wuppertal, Germania)."Usemu i so materiali PPS [sulfuru di polifenilene], PEEK [polietercetone] è LM PAEK [poliarilcetone à bassa fusione]", disse Yager."I paraguni sò allora fatti per vede quale hè u megliu per a prutezzione di penetrazione è a produzzione di pezzi cù un rendimentu megliu".Spera di compie a prova, u mudellu strutturale è di prucessu è e prime manifestazioni in l'annu prossimu.
U travagliu di ricerca hè statu realizatu in u modulu COMET "Polymers4Hydrogen" (ID 21647053) in u prugramma COMET di u Ministeru Federale per u Cambiamentu Climaticu, l'Ambiente, l'Energia, a Mobilità, l'Innuvazione è a Tecnulugia è u Ministeru Federale di Tecnulugia Digitale è Economia..L'autori ringrazianu i partenarii participanti Polymer Competence Center Leoben GmbH (PCCL, Austria), Montanuniversitaet Leoben (Facoltà di Ingegneria è Scienza di Polimeri, Dipartimentu di Chimica di Materiali Polimeri, Dipartimentu di Scienza di Materiali è Test di Polimeri), Università di Tampere (Facoltà di Ingegneria). Materiali).) Science), Peak Technology è Faurecia cuntribuitu à stu travagliu di ricerca.COMET-Modul hè finanzatu da u guvernu di l'Austria è u guvernu di u statu di Stiria.
I fogli pre-rinfurzati per strutture portanti cuntenenu fibri cuntinui - micca solu di vetru, ma ancu di carbone è aramid.
Ci hè parechje manere di fà parti cumposti.Per quessa, a scelta di u metudu per una parte particulare dependerà di u materiale, u disignu di a parte, è l'usu finale o l'applicazione.Eccu una guida di selezzione.
Shocker Composites è R&M International sviluppanu una catena di fornitura di fibra di carbonu riciclata chì furnisce zero macellazione, costu più bassu cà a fibra vergine è eventualmente offre lunghezze chì si avvicinanu à a fibra cuntinuu in proprietà strutturali.
Tempu di Postu: Mar-15-2023