铝胆全缠绕碳纤维储氢气瓶开发可行性分析

铝内胆全缠绕碳纤维储氢气瓶开发可行性分析
氢能作为二次能源以其资源丰富、燃烧值高、经济性好、可再生等优点被认为是21世纪最具发展潜力的清洁能源。

铝内胆纤维全缠绕高压氢气瓶（以下简称铝胆缠绕氢气瓶）具有承压能力高、质量轻、耐腐蚀性强等优良性能，在氢能利用系统中具有广阔的应用前景。

目前，氢能在轿车、客车、摩托车和商业船等交通工具上的应用已经成为焦点，对解决国际上所面临的“能源短缺”和“环境污染”这两大难题有重要意义。

采用铝内胆全缠绕气瓶已成为学术界和工业界在高压储氢气瓶领域的主要研究方向。

一、铝胆全缠绕氢气瓶的市场可行性分析
自2009年以来，我国持续成为全球最大汽车产销国。

为缓解汽车保有量持续攀升带来的能源及环境压力，我国政府出台相关政策大力发展清洁能源汽车。

早在“十五”期间我国就开始了储氢气瓶的研究，而国家“十一五”863计划“技能与新能源汽车”重大项目研究方向又提出了“车载高压供氢系统研究开发”，这其中就规定了高压储氢气瓶的研究方向，即“铝内胆碳纤维全缠绕结构，工作压力35MPa”奠定了高压储氢气瓶的研究基础。

在全力支持发展新能源此车的同时，政府对清洁能源汽车发展还提出了明确的目标——到2020年，清洁能源汽车生产能力达200万辆、累计产销量超过500万辆。

作为国家重点发展的氢能汽车必将获得更快更好的发展，氢能汽车的发展势必带动车用高压储氢气瓶的快速发展。

储氢气瓶的发展已有50多年的历史，表明这一产品一直备受关注，从钢瓶到复合气瓶的研制成功，实现了向产品结构合理、质量轻的巨大转变，储氢气瓶生产技术日益成熟。

目前，国内众多气瓶生产厂家已着手开发或已经成功开发铝胆全缠绕氢气瓶，力图加快清洁能源产品开发，抢占市场竞争制高点。

因此，研究开发车用铝胆缠绕储氢气瓶是非常必要的且具有良好的市场前景。

二、铝胆全缠绕氢气瓶的工艺技术可行性
++++气瓶简介
铝胆全缠绕氢气瓶由内胆+碳纤维缠绕层组成。

其主要生产工艺如下：
说明：
1）冲压—拔伸：铝合金板材或铝棒，经冲压拔伸形成内胆筒体和内胆底部椭球形曲面，内胆肩部球形曲面和瓶嘴由筒形坯料经正旋+反旋收口形成。

2）旋压收底—收口：铝合金无缝管材经旋压收底—收口形成。

3）热处理：内胆经旋压成型后进行固溶+时效热处理。

4）表面处理：内胆表面进行阳极氧化处理已提高内胆抗腐蚀的能力。

5）缠绕：高强度碳纤维经树脂基体浸渍后对铝内胆进行环向及螺旋交替缠绕。

在铝内胆全缠绕氢气瓶的制造过程中，冲压、收底、收口、缠绕是关键及技术难点，必须至少明确以下问题：
冲压：模具设计合理，确保内胆底部厚度、形状满足标准或其他要求；规范合理的坯料加热温度，保证冲压变形完全；模具对中性良好确保内胆筒体壁厚均匀。

收底、收口：明确加热长度、时间、温度确保底部、肩部、瓶口的外观及内部融合状况满足要求，同时进行合理的旋压程序设计保证内胆肩部到瓶口、底部过渡段到瓶底实现厚度渐变，各点厚度满足要求。

缠绕：通过合理选择环向、螺旋缠绕的交替方式及纤维层厚度和螺旋缠绕角，使气瓶质量减小到最小，而却能承受较大的内压载荷，产生较小的变形；科学的张力制度以实现内压递增防止内胆屈曲，保证任何内部纤维层的变形都最小；铝内胆封头为整体旋压无开口，缠绕时为方便挂纱、防止纱线滑落堆积可在其尾部中间粘尾顶，合理设计气瓶封头及封头与筒体过渡段纤维缠绕工艺避免封头成为整个容器最薄弱的地方。

经过X0多年的发展，公司技术部已形成一个完整的产品研发、技术服务、操作为一体的产品实现团队。

公司技术人员具有过硬的专业知识及丰富的实践经验，能够高效、及时处理生产过程可能出现的问题，确保研发过程顺利进行。

三、铝胆全缠绕氢气瓶开发预算
铝胆全缠绕氢气瓶的开发主要涉及原材料购买、工装模具设计制作、生产设备改造调整或新设备购买、试验设备购买、工艺试验、产品试制、开发取证、人工等方面的资金投入。

四、铝胆全缠绕氢气瓶开发风险及不确定分析
氢能的利用主要包括氢的生产、储存和运输、应用等多方面。

氢能利用系统中的其他环节技术滞后或其发展速度慢于铝胆全缠绕氢气瓶的发展将限制氢能源的大规模应用，因此，在公司成功研发铝胆全缠绕氢气瓶后的短时间内可能出现该气瓶销售不力的情况。

五、铝胆全缠绕氢气瓶社会影响效果分析
铝胆全缠绕氢气瓶是国家重点提倡发展的清洁能源产品，符合地区经济发展，同时也符合国家发展清洁能源的产业政策，推动了国家清洁能源汽车的发展，并在低碳、节能减排领域发挥重要的作用。

在氢能利用系统中，储氢技术的滞后一直是制约氢能利用的重要因素，特别是在各类交通工具上的应用，铝胆全缠绕氢气瓶研发成功后，不仅能帮助公司赢得市场带来直接经济利益，还能推动整个气瓶行业、氢能利用行业以及国家“技能与新能源汽车”重大项目开发计划的发展，具有重大的社会经济效益。

六、总结
通过上述分析，研发铝内胆全缠绕碳纤维储氢气瓶具有重要的意义，是可行的。