Tank plat-platfòm estanda pou BEV ak FCEV yo sèvi ak konpoze tèrmoplastik ak tèrmoset ak yon konstriksyon skelèt ki bay 25% plis depo H2.#idwojèn #tandans
Apre yon kolaborasyon ak BMW te montre ke yon tank kib te kapab delivre pi wo efikasite volumetrik pase plizyè ti silenn, Inivèsite Teknik Minik la te angaje nan yon pwojè pou devlope yon estrikti konpoze ak yon pwosesis fabrikasyon évolutive pou pwodiksyon seri.Kredi imaj: TU Dresden (anwo) agoch), Technical University of Munich, Department of Carbon Composites (LCC)
Machin elektrik selil gaz (FCEV) ki mache ak idwojèn zewo emisyon (H2) bay lòt mwayen pou reyalize zewo objektif anviwònman an.Yon machin pasaje selil gaz ak yon motè H2 ka ranpli nan 5-7 minit epi li gen yon seri de 500 km, men se kounye a pi chè akòz volim pwodiksyon ki ba.Youn nan fason pou diminye depans yo se sèvi ak yon platfòm estanda pou modèl BEV ak FCEV.Sa a se kounye a pa posib paske tank yo silendrik tip 4 yo itilize pou estoke gaz H2 konprese (CGH2) nan 700 bar nan FCEV yo pa apwopriye pou konpatiman batri anba kas yo ki te ak anpil atansyon fèt pou machin elektrik.Sepandan, veso presyon nan fòm lan nan zòrye ak kib ka anfòm nan espas sa a anbalaj plat.
Patant US5577630A pou "Composite Conformal Pressure Vessel", aplikasyon ki te depoze pa Thiokol Corp. an 1995 (agòch) ak veso a presyon rektangilè patante pa BMW nan 2009 (adwat).
Depatman Carbon Composites (LCC) nan Inivèsite Teknik Minik (TUM, Minik, Almay) patisipe nan de pwojè pou devlope konsèp sa a.Premye a se Polymers4Hydrogen (P4H), ki te dirije pa Leoben Polymer Competence Center (PCCL, Leoben, Otrich).Se Fellow Elizabeth Glace ki dirije pake travay LCC la.
Dezyèm pwojè a se Demonstrasyon idwojèn ak anviwònman devlopman (HyDDen), kote LCC dirije pa Chèchè Christian Jaeger.Tou de vize pou kreye yon demonstrasyon gwo echèl nan pwosesis fabrikasyon an pou fè yon tank CGH2 apwopriye lè l sèvi avèk konpoze fib kabòn.
Gen limite efikasite volumetrik lè ti silenn dyamèt yo enstale nan selil batri plat (agòch) ak veso presyon kib tip 2 ki fèt ak materio ki fèt an asye ak yon fib kabòn / epoksidik koki ekstèn (adwat).Sous Imaj: Figi 3 ak 6 yo soti nan "Apwòch Nimerik Design pou Veso Bwat Presyon Tip II ak Janm Tansyon Entèn" pa Ruf ak Zaremba et al.
P4H te fabrike yon tank kib eksperimantal ki sèvi ak yon ankadreman tèrmoplastik ak espageti tansyon konpoze / travès vlope nan fib kabòn ranfòse epoksidik.HyDDen pral sèvi ak yon konsepsyon menm jan an, men li pral itilize otomatik fib layup (AFP) pou fabrike tout tank konpoze tèrmoplastik.
Soti nan yon aplikasyon patant Thiokol Corp. rive nan "Konfòmasyon Presyon Veso Konpoze" an 1995 rive nan Patant Alman DE19749950C2 an 1997, veso gaz konprese yo "ka gen nenpòt konfigirasyon jewometrik", men espesyalman fòm plat ak iregilye, nan yon kavite ki konekte ak sipò koki a. .eleman yo itilize pou yo ka kenbe tèt ak fòs ekspansyon gaz la.
Yon papye 2006 Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) dekri twa apwòch: yon veso presyon konfòm nan blesi filaman, yon veso presyon mikrolatik ki gen yon estrikti lasi orthorhombic entèn (ti selil ki 2 cm oswa mwens), ki te antoure pa yon veso H2 ki gen miray mens, ak yon veso replikatè, ki fòme ak yon estrikti entèn ki fòme ak ti pati kole (egzanp, bag plastik egzagonal) ak yon konpozisyon nan po koki ekstèn mens.Resipyan kopi yo pi byen adapte pou pi gwo resipyan kote metòd tradisyonèl yo ka difisil pou aplike.
Patant DE102009057170A te depoze pa Volkswagen an 2009 dekri yon veso presyon monte sou machin ki pral bay efikasite pwa segondè pandan y ap amelyore itilizasyon espas.Tank rektangilè sèvi ak konektè tansyon ant de miray rektangilè opoze, ak kwen yo awondi.
Konsèp ki pi wo a ak lòt yo site pa Gleiss nan papye "Devlopman Pwosesis pou Veso Presyon Kib ak Ba Detire" pa Gleiss et al.nan ECCM20 (26-30 jen 2022, Lausanne, Swis).Nan atik sa a, li site yon etid TUM ki te pibliye pa Michael Roof ak Sven Zaremba, ki te jwenn ke yon veso presyon kib ak travès tansyon ki konekte bò rektangilè pi efikas pase plizyè ti silenn ki anfòm nan espas yon batri plat, ki bay apeprè 25. % plis.espas depo.
Dapre Gleiss, pwoblèm nan ak enstale yon gwo kantite ti kalite 4 silenn nan yon ka plat se ke "volim ki genyen ant silenn yo anpil redwi ak sistèm nan tou gen yon sifas H2 gaz pèmeyasyon trè gwo.An jeneral, sistèm nan bay mwens kapasite depo pase krich kib.
Sepandan, gen lòt pwoblèm ak konsepsyon kib tank la."Li evidan, akòz gaz la konprese, ou bezwen kontrekare fòs yo koube sou mi yo plat," Gleiss te di."Pou sa, ou bezwen yon estrikti ranfòse ki konekte intern ak mi tank la.Men, sa difisil pou fè ak konpoze."
Glace ak ekip li a te eseye enkòpore ba tansyon ranfòse nan veso presyon an nan yon fason ki ta apwopriye pou pwosesis la likidasyon filaman."Sa a enpòtan pou pwodiksyon gwo volim," li eksplike, "epi tou pèmèt nou konsepsyon modèl la likidasyon nan mi veso yo pou optimize oryantasyon fib pou chak chaj nan zòn nan."
Kat etap pou fè yon tank kib konpoze esè pou pwojè P4H la.Kredi imaj: "Devlopman yon pwosesis pwodiksyon pou veso presyon kib ak atèl", Technical University of Munich, Polymers4Hydrogen project, ECCM20, June 2022.
Pou reyalize sou-chèn, ekip la te devlope yon nouvo konsèp ki gen kat etap prensipal, jan yo montre pi wo a.Janti tansyon yo, ki montre an nwa sou etap yo, se yon estrikti ankadreman prefabrike ki fabrike lè l sèvi avèk metòd yo pran nan pwojè MAI Skelett la.Pou pwojè sa a, BMW te devlope yon "cadre" pou vit vit lè l sèvi avèk kat baton pultrusion ranfòse fib, ki te Lè sa a, modle nan yon ankadreman plastik.
Ankadreman yon tank kib eksperimantal.Egzagonal seksyon skelèt 3D enprime pa TUM lè l sèvi avèk filaman PLA ki pa ranfòse (anwo), mete baton pultrusion CF/PA6 kòm aparèy òtopedik tansyon (midwayen) ak Lè sa a, vlope filaman an alantou aparèy òtopedik yo (anba).Kredi imaj: Teknik University of Munich LCC.
"Lide a se ke ou ka bati ankadreman an nan yon tank kib kòm yon estrikti modilè," Glace te di."Apre sa yo mete modil yo nan yon zouti bòdi, janti tansyon yo mete yo nan modil ankadreman yo, ak Lè sa a, yo itilize metòd MAI Skelett nan alantou janb yo entegre yo ak pati ankadreman yo."metòd pwodiksyon an mas, sa ki lakòz yon estrikti ki Lè sa a, itilize kòm yon mandrin oswa nwayo vlope koki a konpoze tank depo.
TUM te fèt ankadreman tank la kòm yon "kousen" kib ak kote solid, kwen awondi ak yon modèl egzagonal sou tèt ak anba kote lyen yo ka mete ak tache.Twou yo pou manto sa yo te tou enprime 3D."Pou tank inisyal eksperimantal nou an, nou enprime 3D seksyon ankadreman egzagonal lè l sèvi avèk asid polilaktik [PLA, yon tèrmoplastik ki baze sou bio] paske li te fasil ak bon mache," Glace te di.
Ekip la te achte 68 pultruded fib kabòn ranfòse polyamid 6 (PA6) branch bwa nan SGL Carbon (Meitingen, Almay) pou itilize kòm lyen."Pou teste konsèp la, nou pa t 'fè okenn bòdi," di Gleiss, "men tou senpleman mete espas nan yon ankadreman nwayo siwo myèl enprime 3D epi kole yo ak lakòl epoksidik.Lè sa a, sa a bay yon mandrin pou likidasyon tank la."Li fè remake ke byenke baton sa yo relativman fasil pou van, gen kèk pwoblèm enpòtan ki pral dekri pita.
"Nan premye etap la, objektif nou se te demontre fabrikasyon konsepsyon an epi idantifye pwoblèm nan konsèp pwodiksyon an," eksplike Gleiss."Se konsa, struts tansyon yo soti nan sifas ekstèn estrikti skelèt la, epi nou tache fib kabòn yo nan nwayo sa a lè l sèvi avèk likidasyon filaman mouye.Apre sa, nan twazyèm etap la, nou pliye tèt chak baton mare.tèrmoplastik, kidonk nou jis itilize chalè pou refòme tèt la pou li plati ak fèmen nan premye kouch anbalaj la.Lè sa a, nou kontinye vlope estrikti a ankò pou tèt la pouse plat jeyometrikman fèmen nan tank la.Plastifye sou mi yo.
Bouchon spacer pou likidasyon.TUM sèvi ak bouchon plastik sou pwent baton tansyon yo pou anpeche fib yo anmele pandan likidasyon filaman.Kredi imaj: Teknik University of Munich LCC.
Glace te repete premye tank sa a se te yon prèv konsèp."Itilizasyon enprime 3D ak lakòl te sèlman pou premye tès yo e li te ban nou yon lide sou kèk nan pwoblèm nou te rankontre yo.Pou egzanp, pandan likidasyon, filaman yo te kenbe nan pwent baton yo tansyon, sa ki lakòz rupture fib, domaj fib, ak diminye kantite fib kontrekare sa a.nou te itilize kèk bouchon plastik kòm èd fabrikasyon ke yo te mete sou poto yo anvan premye etap likidasyon an. Lè sa a, lè laminates entèn yo te fè, nou retire bouchon pwoteksyon sa yo epi refòme pwent yo nan poto yo anvan vlope final la."
Ekip la te fè eksperyans ak divès senaryo rekonstriksyon."Moun ki gade alantou yo travay pi byen," di Grace."Epitou, pandan faz pwototip la, nou te itilize yon zouti soude modifye pou aplike chalè ak refòme pwent mare yo.Nan yon konsèp pwodiksyon an mas, ou ta gen yon sèl zouti ki pi gwo ki ka fòme ak fòme tout pwent yo nan jarèt yo nan yon Plastifye enteryè fini an menm tan an..”
Tèt tiren refòme.TUM te fè eksperyans ak diferan konsèp ak modifye soude yo pou fè aliman pwent lyen konpoze yo pou tache ak Plastifye miray tank la.Kredi imaj: "Devlopman yon pwosesis pwodiksyon pou veso presyon kib ak atèl", Technical University of Munich, Polymers4Hydrogen project, ECCM20, June 2022.
Se konsa, Plastifye a geri apre premye etap la likidasyon, pòs yo refòme, TUM a konplete dezyèm likidasyon nan filaman yo, ak Lè sa a, Plastifye nan miray deyò tank geri yon dezyèm fwa.Tanpri sonje ke sa a se yon konsepsyon tank tip 5, ki vle di li pa gen yon revètman plastik kòm yon baryè gaz.Gade diskisyon an nan seksyon Pwochen Etap ki anba a.
Glace te di: "Nou koupe premye Demo a an koup transvèsal epi nou te trase zòn ki konekte a."Yon gwo plan montre ke nou te gen kèk pwoblèm kalite ak Plastifye a, ak tèt strut yo pa mete plat sou Plastifye enteryè a."
Rezoud pwoblèm ak twou vid ki genyen ant Plastifye a nan mi yo enteryè ak ekstèn nan tank la.Tèt mare modifye a kreye yon espas ant premye ak dezyèm vire tank eksperimantal la.Kredi imaj: Teknik University of Munich LCC.
Tank inisyal sa a 450 x 290 x 80mm te konplete ete pase a.Glace te di: “Nou te fè anpil pwogrè depi lè sa a, men nou toujou genyen yon diferans ant plastifye enteryè ak eksteryè."Se konsa, nou te eseye ranpli twou vid ki genyen sa yo ak yon pwòp, gwo viskozite résine.Sa a aktyèlman amelyore koneksyon ki genyen ant poto yo ak Plastifye a, ki ogmante anpil estrès mekanik la.
Ekip la te kontinye devlope konsepsyon tank la ak pwosesis, ki gen ladan solisyon pou modèl la likidasyon vle.Glace te eksplike: "Kote tank tès la pa t konplètman boukle paske li te difisil pou jeyometri sa a kreye yon chemen likidasyon."Inisyal ang likidasyon nou an te 75 °, men nou te konnen ke plizyè sikui yo te bezwen satisfè chaj la nan veso presyon sa a.Nou toujou ap chèche yon solisyon a pwoblèm sa a, men li pa fasil ak lojisyèl an kounye a sou mache a.Li ka vin yon pwojè swivi.
"Nou te demontre posibilite konsèp pwodiksyon sa a," di Gleiss, "men nou bezwen travay plis pou amelyore koneksyon ki genyen ant Plastifye a ak refòme tij yo."Tès ekstèn sou yon machin tès.Ou rale espas yo soti nan plastifye a epi teste chay mekanik ke jwenti sa yo ka kenbe tèt ak.”
Pati sa a nan pwojè Polymers4Hydrogen yo pral fini nan fen 2023, lè sa a Gleis espere konplete dezyèm tank demonstrasyon an.Enteresan, desen jodi a sèvi ak pwòp tèmoplastik ranfòse nan ankadreman an ak konpoze thermoset nan mi yo tank.Èske apwòch ibrid sa a pral itilize nan tank demonstrasyon final la?"Wi," Grace te di."Patenè nou yo nan pwojè Polymers4Hydrogen yo ap devlope rezin epoksidik ak lòt materyèl matris konpoze ak pi bon pwopriyete baryè idwojèn."Li bay lis de patnè k ap travay sou travay sa a, PCCL ak University of Tampere (Tampere, Fenlann).
Gleiss ak ekip li a tou te fè echanj enfòmasyon ak diskite lide ak Jaeger sou dezyèm pwojè HyDDen ki soti nan tank konpoze LCC konfòm la.
"Nou pral pwodwi yon veso presyon konfòm pou dron rechèch," Jaeger di.“Sa a se yon kolaborasyon ant de depatman yo nan Depatman Aerospace ak Jeodetik nan TUM - LCC ak Depatman Teknoloji elikoptè (HT).Pwojè a pral fini nan fen 2024 ak kounye a nou ap konplete veso a presyon.yon konsepsyon ki se plis nan yon apwòch ayewospasyal ak otomobil.Apre premye etap konsèp sa a, pwochen etap la se fè modèl estriktirèl detaye epi predi pèfòmans baryè estrikti miray la.”
"Lide a tout antye se devlope yon abèy eksploratwa ak yon selil gaz ibrid ak sistèm pwopilsyon batri," li te kontinye.Li pral sèvi ak batri a pandan gwo chaj pouvwa (sa vle di dekolaj ak aterisaj) ak Lè sa a, chanje nan selil gaz la pandan chaj limyè krwazyèr."Ekip HT a te deja gen yon abèy rechèch ak reamenaje tren propulseur a pou itilize tou de pil ak selil gaz," Yeager te di."Yo te achte tou yon tank CGH2 pou teste transmisyon sa a."
"Ekip mwen an te responsab pou konstwi yon pwototip tank presyon ki ta anfòm, men se pa akòz pwoblèm anbalaj ke yon tank silendrik ta kreye," li eksplike.“Yon tank ki pi plat pa ofri menm rezistans van.Se konsa, ou jwenn pi bon pèfòmans vòl."Dimansyon tank approx.830 x 350 x 173 mm.
Konplètman thermoplastik AFP tank konfòme.Pou pwojè HyDDen, ekip LCC nan TUM te okòmansman eksplore yon apwòch ki sanble ak sa ki Glace te itilize (anwo a), men answit te deplase nan yon apwòch lè l sèvi avèk yon konbinezon plizyè modil estriktirèl, ki te answit itilize AFP (anba a).Kredi imaj: Teknik University of Munich LCC.
"Yon lide sanble ak apwòch Elisabeth [Gleiss la]," Yager di, "pou aplike aparèy tansyon sou miray veso a pou konpanse gwo fòs koube yo.Sepandan, olye pou yo itilize yon pwosesis likidasyon pou fè tank la, nou itilize AFP.Se poutèt sa, nou te panse sou kreye yon seksyon separe nan veso presyon an, nan ki manto yo deja entegre.Apwòch sa a te pèmèt mwen konbine plizyè nan modil entegre sa yo epi aplike yon bouchon pou fèmen tout bagay anvan likidasyon final AFP la.
"Nou ap eseye finalize yon konsèp konsa," li te kontinye, "epi tou kòmanse teste seleksyon an nan materyèl, ki trè enpòtan asire rezistans ki nesesè nan pénétration gaz H2.Pou sa, nou sitou itilize materyèl tèrmoplastik epi yo ap travay sou divès fason materyèl la pral afekte konpòtman pèmeyasyon sa a ak pwosesis nan machin nan AFP.Li enpòtan pou w konprann si tretman an pral gen yon efè epi si nenpòt apre-pwosesis nesesè.Nou vle konnen tou si diferan pil pral afekte pèmeyasyon idwojèn nan veso presyon an.
Tank la pral antyèman te fè nan tèrmoplastik ak bann yo pral apwovizyone pa Teijin Carbon Europe GmbH (Wuppertal, Almay)."Nou pral sèvi ak PPS yo [sulfid polifenilèn], PEEK [ketonn polyetè] ak LM PAEK [polyaryl ketonn k ap fonn ki ba]," Yager te di."Lè sa a, konparezon yo fè pou wè kiyès ki pi bon pou pwoteksyon pénétration ak pwodwi pati ak pi bon pèfòmans."Li espere konplete tès, modèl estriktirèl ak pwosesis ak premye demonstrasyon nan ane kap vini an.
Travay rechèch la te fèt nan modil COMET "Polymers4Hydrogen" (ID 21647053) nan pwogram COMET Ministè Federal pou Chanjman Klima, Anviwònman, Enèji, Mobilite, Inovasyon ak Teknoloji ak Ministè Federal Teknoloji Digital ak Ekonomi..Otè yo remèsye patnè k ap patisipe Polymer Competence Center Leoben GmbH (PCCL, Otrich), Montanuniversitaet Leoben (Fakilte Jeni Polymère ak Syans, Depatman Chimi Materyèl Polymère, Depatman Syans Materyèl ak Tès Polymère), University of Tampere (Fakilte Jeni) Materyèl).) Syans), Peak Technology ak Faurecia kontribye nan travay rechèch sa a.COMET-Modul finanse pa gouvènman an nan Otrich ak gouvènman an nan eta a nan Styria.
Fèy pre-ranfòse pou estrikti chaj-pote gen fib kontinyèl - pa sèlman soti nan vè, men tou, soti nan kabòn ak aramid.
Gen plizyè fason pou fè pati konpoze.Se poutèt sa, chwa nan metòd pou yon pati patikilye pral depann de materyèl la, konsepsyon an nan pati a, ak itilizasyon fen oswa aplikasyon an.Isit la se yon gid seleksyon.
Shocker Composites ak R&M International ap devlope yon chèn ekipman pou fib kabòn resikle ki bay zewo touye, pri ki pi ba pase fib jenn fi epi ki pral evantyèlman ofri longè ki apwoche fib kontinyèl nan pwopriyete estriktirèl.
Tan pòs: Mar-15-2023