《车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶》和关于氢燃料电池汽车储氢系统的标准

1.适用范围与总体概述（感觉可以发表论文了）1.1适用范围GB/T42612-2023：适用于设计和制造公称工作压力35MPa和70MPa、公称容积大于或等于20L且不大于450L、工作温度不低于-40℃且不高于85℃、固定在机动车辆上用于盛装氢气燃料的可重复充装气瓶。氢燃料电池城市轨道交通、氢能船舶、氢能飞行器、氢能发电装置等供氢用气瓶可参照本文件。ISO/TS15869:2009：规定了用于陆地车辆储存高压气态氢或氢混合燃料的轻质可再填充燃料箱的要求，适用于多种材料构造的燃料箱，涵盖Type1（金属燃料箱）、Type2（带金属衬里的环向缠绕复合燃料箱）、Type3（带金属衬里的全缠绕复合燃料箱）和Type4（无金属衬里的全缠绕复合燃料箱）等不同类型设计。1.2总体概述两个标准均紧密围绕车用氢气储存容器展开试验细节规定，但在具体的聚焦点和覆盖面上存在显著差异。GB/T42612-2023高度专注于特定规格的塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶，在各项试验要求中紧密结合该类型气瓶的特性进行规定，从材料性能到试验参数，均体现了对这种特定结构气瓶的精准考量；而ISO/TS15869:2009则以更宏观的视角针对陆地车辆燃料箱，其试验类型、参数设定以及操作流程等方面的规定具有更广泛的通用性和综合性，适用于多种不同结构和设计的燃料箱，旨在为整个陆地车辆氢气燃料箱行业提供一般性的规范和指导原则。2.试验类型与项目对比2.1压力循环试验GB/T42612-2023常温压力循环试验：循环压力下限为2MPa，上限对于A1和B1类气瓶大于或等于1.25倍公称工作压力，对于A2和B2类气瓶按规定计算。压力循环频率小于或等于10次/min。A1类和B1类气瓶在循环次数22000次内，气瓶不应泄漏或破裂，继续循环至44000次或至泄漏，气瓶不应破裂；A2类和B2类气瓶在设计循环次数11000次内，气瓶不应泄漏或破裂，继续循环至22000次或至泄漏，气瓶不应破裂。极限温度压力循环试验：包括高温和低温压力循环试验。高温试验时将气瓶置于温度大于或等于85℃、相对湿度大于或等于90%环境中，压力循环下限为2MPa，上限大于或等于1.25倍公称工作压力，循环4000次；低温试验时置于温度小于或等于-40℃环境中，压力循环下限为2MPa，上限大于或等于0.8倍公称工作压力，循环4000次。试验过程中要保证气瓶表面及瓶内试验介质温度符合相应要求，试验后进行水压爆破试验，爆破压力应大于或等于1.8倍公称工作压力。ISO/TS15869:2009环境温度压力循环测试：压力在不超过2MPa至不低于1.25倍工作压力之间循环，循环速率不超过10次/分钟，燃料箱应能承受规定的填充循环次数（根据不同情况确定，如个人车辆和商用重型车辆有不同要求），若超过此次数，燃料箱应通过泄漏而非破裂失效，若达到3倍规定循环次数未失效，则无需进行泄漏前破裂（LBB）测试。极端温度气体压力循环测试（E.3）：用于替代型式试验，适用于乘用车用燃料箱。循环压力从小于2MPa到不超过1.25倍工作压力，循环次数根据车辆类型（个人车辆不少于500次，商用重型车辆不少于1000次）确定。测试分为四个阶段，在不同温度和湿度条件下进行，包括-40°C、50°C及不同湿度环境，模拟不同季节和使用场景，测试过程中燃料箱不得发生泄漏或破裂。2.2爆破试验GB/T42612-2023水压爆破试验：试验过程中加压速率有不同要求，当试验压力大于1.5倍公称工作压力时，升压速率应小于或等于1.4MPa/s；当升压速率小于或等于0.35MPa/s时，可加压直至爆破；当升压速率大于0.35MPa/s且小于1.4MPa/s时，若气瓶处于压力源和测压装置之间，可加压直至爆破，否则应在最小设计爆破压力下保压至少5s后，再继续加压直至爆破。气瓶爆破压力应为0.9-1.1倍最小设计爆破压力，且大于或等于公称工作压力。最小设计爆破压力根据气瓶类别不同有所区别，如A类气瓶不同型号有不同要求，B类气瓶也有相应规定。加速应力破裂试验（与爆破相关）：在温度大于或等于85℃的环境中，将气瓶加水压至1.25倍公称工作压力，并在此温度和压力下静置1000h，再按水压爆破试验规定进行试验，爆破压力应大于或等于1.8倍公称工作压力。ISO/TS15869:2009静水爆破压力测试：对于Type2设计，先对一个衬里进行静水加压至失效，其爆破压力需超过1.25倍工作压力；对于所有类型设计，需对三个燃料箱进行静水加压至失效，每个燃料箱的爆破压力应超过表1规定的最小爆破压力，且不得低于满足应力比要求所需的压力值，同时记录三个燃料箱爆破压力的平均值，作为未来参考（如10.2.2节所述）。残余强度爆破测试（E.7）：在替代型式试验中，燃料箱通过液压加压至爆破，以验证其爆破压力超过90%的9.2.7节静水爆破压力测试中获得的平均爆破压力，确保燃料箱在经过一系列严苛测试后仍具有足够的残余强度，能够承受极端压力条件，保证在极端情况下燃料箱的安全性，防止因残余强度不足导致的破裂危险。2.3其他试验GB/T42612-2023气密性试验：采用水压试验合格后的气瓶，按附录H规定的氮泄漏检测方法进行试验，温度为(15±5)℃，氢气漏率应小于或等于6mL/(h·L)。检测方法包括加压累积法和真空舱法，对试验介质、仪器设备、检测工艺规程等有详细要求，如试验介质应采用干燥、洁净、无油的氮气、氦气、氢气及氦氮混合气，单一气体纯度应大于或等于99.97%；氦检漏仪应满足相应技术要求；检测工艺规程需规定氦检漏仪型号、气瓶表面温度、泄漏标准漏孔型号等内容。层间剪切试验：按附录G规定制备试样，试样在沸水中煮24h，取出冷却至室温，擦干表面水分，再按规定进行试验。缠绕层层间剪切强度应大于或等于34.5MPa。试验时试样两端置于两个支座上并可横向移动，通过位于试样中点的加载头直接施加载荷，试验机应具有恒定试验速度，载荷相对误差小于或等于±1%，加载头和支座有特定尺寸和硬度要求，试验速度为1mm/min，记录载荷-位移数据并计算层间剪切强度。氢气循环试验：采用氢气对安装附件后的气瓶进行试验，循环压力下限为2MPa，上限大于或等于1.25倍公称工作压力。充氢速率小于或等于60g/s，充氢过程中瓶内气体温度小于或等于85℃；放氢速率大于或等于实际使用时气瓶最大放氢速率，放氢过程气瓶表面温度大于或等于-40℃。氢气循环次数为1000次，分两组进行，每组500次，在不同温度环境下进行循环，试验后对气瓶进行气密性试验，解剖检查塑料内胆、塑料内胆与瓶阀座连接处是否有可见损伤，要求在氢气循环过程中，气瓶不应泄漏或破裂，气密性试验氢气漏率符合要求，解剖后无特定损伤。枪击试验：采用氢气或氮气将气瓶加压至公称工作压力，从两种射击方法中任选一种进行射击。一种是采用直径为7.62mm的穿甲弹以850m/s的速度射击气瓶，射击距离小于或等于45m；另一种是采用维氏硬度（HV）大于或等于870、直径为6.08-7.62mm质量为3.8-9.75g的锥形钢制弹头（锥角为45°）以850m/s的速度射击气瓶，射击能量大于或等于3300J。子弹应以90°射击气瓶一侧瓶壁，要求气瓶不应破裂。常温渗透试验：将安装附件后的气瓶置于温度为(15±5)℃的密闭容器中，缓慢充氢至公称工作压力，并在此压力下静置至少12h后测量1次氢气渗透量。之后每隔12h以上测量1次氢气渗透量，至少连续测量3次，直至两次测量值之差小于或等于前一次测量值的±10%，结束试验，记录气瓶氢气渗透量随时间变化曲线。稳定状态下氢气漏率（含气瓶及其附件的泄漏）应小于或等于6mL/(h·L)。耐久性试验和使用性能试验：耐久性试验包括水压试验、跌落试验、表面损伤试验、环境试验、加速应力破裂试验、极限温度压力循环试验和常温静压试验等一系列试验，按规定顺序进行，在各试验过程中，气瓶不应泄漏或破裂，在剩余强度液压爆破试验中，气瓶爆破压力应大于或等于0.8倍最小设计爆破压力。使用性能试验也包含多种试验项目，如水压试验、常温和极限温度气压循环试验、极限温度渗透试验和常温静压试验等，试验顺序和条件有详细规定，在各试验过程中对气瓶泄漏、破裂及渗透等情况有相应要求，如在极限温度渗透试验中，渗透达稳定状态时间、氢气漏率等有具体指标。ISO/TS15869:2009泄漏前破裂（LBB）测试：所有类型设计的三个燃料箱需进行此项测试（附录B.8），燃料箱在液压压力循环（从不超过2MPa至不低于1.5倍工作压力，最大速率10次/分钟）过程中，应通过泄漏或超过规定填充循环次数（4.5节），以验证燃料箱在压力作用下的安全性能。篝火测试（附录B.9）：所有类型设计的一个或两个燃料箱需进行篝火测试，测试旨在验证燃料箱在模拟火灾条件下的安全性。燃料箱应按照规定放置在火源上方，通过非重闭式热激活压力释放装置排气，不得破裂，同时需监测温度和压力变化，记录相关数据，如排气时间、最大压力和降压时间等，确保燃料箱在火灾场景下能够有效释放压力，避免破裂引发危险。渗透测试（附录B.16）：仅Type4设计的一个燃料箱需进行渗透测试，测试燃料箱在工作压力下填充压缩氢气后，在密封室中放置500小时，监测氢气渗透流量，其稳态渗透速率应低于规定值（根据工作压力不同有所区别，如35MPa时小于2.00cm³/h·L水容量，70MPa时小于2.8cm³/h·L水容量），对于特殊应用，制造商可规定其他渗透限值，但需确保氢气渗透不会引发安全危害。扭矩测试（附录B.17）：对于Type4设计，需对燃料箱进行老板扭矩测试，测试时限制燃料箱体旋转，对燃料箱两端的老板施加规定扭矩（先拧紧、再松开、最后再次拧紧方向），然后进行泄漏测试（附录B.21）和爆破测试（附录B.6），以评估燃料箱在扭矩作用下的密封性能和结构完整性。氢气循环测试（附录B.18）：对于Type4设计，一个燃料箱需进行氢气循环测试，测试前需确保同设计的燃料箱已通过静水爆破压力测试（附录B.6）、环境温度压力循环测试（附录B.7）和渗透测试（附录B.16），且待测试燃料箱已通过液压测试（附录B.20）。测试时使用压缩氢气在规定压力范围内循环1000次或按规定填充循环次数进行，充氢和放氢速率有相应要求，每100次循环有24小时在工作压力下的保持期，测试过程中需监测温度，测试后进行泄漏测试和解剖检查，以评估燃料箱在氢气循环条件下的性能和耐久性，特别是对塑料内胆、内胆与端盖连接处等部位的影响。3.试验参数与条件差异3.1压力参数GB/T42612-2023水压试验压力为1.5倍公称工作压力（另有特殊规定情况）。不同类型气瓶在各种压力循环试验中的压力上下限根据类别和试验类型有明确规定，如常温压力循环试验上限对于不同类别气瓶有不同计算方式，极限温度压力循环试验高温和低温时的上限也不同。爆破试验中对升压速率在不同范围有不同处理方式，且爆破压力与公称工作压力和最小设计爆破压力有明确的数值关系。ISO/TS15869:2009制造期间最小测试压力为工作压力的1倍。压力循环试验中的压力范围和速率有规定，如环境温度压力循环测试压力范围在不超过2MPa至不低于1.25倍工作压力之间，速率不超10次/分钟；极端温度气体压力循环测试压力范围从小于2MPa到不超过1.25倍工作压力。爆破压力要求根据燃料箱类型不同，最小爆破压力有不同数值，且与工作压力和应力比相关，如Type1全金属燃料箱最小实际爆破压力有特定要求，复合燃料箱需满足最小应力比要求下的爆破压力计算。3.2温度参数GB/T42612-2023工作温度范围为-40℃至85℃，在多种试验中需控制气瓶温度在此范围内或达到特定温度要求，如极限温度压力循环试验的高温和低温环境温度要求，氢气循环试验中充放氢过程对气瓶表面温度的要求等。某些试验对温度波动范围有限制，如在气密性试验中检测过程中气瓶温度波动范围不应超过相关仪器、仪表、气瓶、瓶阀等允许温度。ISO/TS15869:2009燃料箱设计需适应-40℃至85℃的材料温度范围，但在极端温度气体压力循环测试等试验中，温度变化范围更广，如涉及-40°C、50°C及不同湿度环境下的温度控制，模拟不同季节和使用场景下的温度变化对燃料箱的影响。3.3试验时间与循环次数GB/T42612-2023不同试验的循环次数根据气瓶类别有明确规定，如常温压力循环试验A1、B1类和A2、B2类气瓶循环次数要求不同，极限温度压力循环试验高温和低温阶段各循环4000次，氢气循环试验共1000次分两组进行。一些试验对保压时间、静置时间等有具体要求，如加速应力破裂试验需在1.25倍公称工作压力和85℃下静置1000h，常温静压试验在1.8倍公称工作压力下保压4min等。渗透试验需测量氢气渗透量直至达到稳定状态，对稳定状态的判定有时间和测量值变化要求。ISO/TS15869:2009压力循环测试的循环次数根据车辆类型（个人车辆和商用重型车辆）在不同试验中有不同要求，如环境温度压力循环测试根据规定的填充循环次数进行，极端温度气体压力循环测试个人车辆不少于500次，商用重型车辆不少于1000次。渗透测试需将燃料箱在密封室中放置500小时监测氢气渗透流量。3.4试验介质与环境GB/T42612-2023气密性试验采用特定纯度的氮气、氦气、氢气及氦氮混合气进行，对混合气中氦气浓度有要求，且根据试验方法不同有不同操作要求，如加压累积法和真空舱法。氢气循环试验使用氢气作为循环介质，对充氢和放氢速率、氢气温度及气瓶表面温度有控制要求。枪击试验使用氢气或氮气将气瓶加压，射击试验有特定的环境条件（虽未详细提及特殊环境要求，但一般在常温常压等常规条件下进行，主要关注射击对气瓶的影响）。ISO/TS15869:2009压力循环测试、爆破测试等多采用液体（如水）作为加压介质（部分测试如氢气循环测试等使用气体介质）。篝火测试需在特定火源布置和环境条件下进行，使用液化石油气（LPG）或压缩天然气（CNG）作为燃料，火源尺寸、喷嘴间距及尺寸等有详细规定，同时需考虑防风措施，模拟实际火灾场景对燃料箱进行测试。来源：气瓶设计的小工程师