Fordonsutsläpp bidrar avsevärt till effekterna av den globala uppvärmningen, även om tekniker som hybridfordon och helt eldrivna fordon har introducerats under de senaste åren för att minska fordonsutsläppen. Vätgasdrivna fordon erbjuder också potential att minska skadliga utsläpp. I dessa fordon måste vätgas lagras under högt tryck, vilket kräver lagringstankar som är mekaniskt starka och inte spricker lätt vid en krock. Ph.D. kandidat Ruben Weerts undersökte hur vätgastankar skadas när de utsätts för kontrollerade stötar. Weerts försvarade sin doktorsexamen. avhandling vid institutionen för maskinteknik den 9 september.

Problemet med vätgastankar

Moderna vätgasfordon använder bränsleceller för att producera el som sedan används för att driva fordonet. Dessa bränsleceller omvandlar väte och syre till elektricitet med biprodukterna vattenånga och överskottsvärme. Det erforderliga syret utvinns ur luften och vätgasen lagras i vätgastankar i fordonet.

I dessa tankar lagras väte under ett högt tryck på upp till 700 bar, vilket är mycket högre än en konventionell LPG-tank (flytande petroleumgas). Vätgastankar måste vara starka för att klara detta höga inre tryck samtidigt som de är lätta. Som ett resultat är de gjorda av ett kompositmaterial, kolfiberförstärkt polymer för att vara exakt. För att säkerställa säkerheten för vätgasfordon måste tankarna uppfylla en lång rad krav och tester innan de godkänns för användning i fordon.

Testar vätgastankar

För att ytterligare förbättra säkerheten för vätgasfordon är det viktigt att förstå vad som händer med en vätgastank under en fordonskrasch. Som en del av sin doktorsexamen. forskning, som finansierades av BMW och övervakades av BMW och TU/e, genomförde Ruben Weerts experimentella tester som hjälpte till att avgöra när och på vilket sätt en tank skadas när den utsätts för en stöt.

"Efter kollisionen studerades tankarna sedan med hjälp av CT-skanningar (datortomografi), som gav en visualisering av skadorna som orsakades av sammanstötningen", säger Weerts.

Efter islagstesterna utsattes samma tankar för så kallade sprängtester där det inre trycket i tanken stegvis ökades tills tankens strukturella integritet brister. "Vi jämförde det interna trycket vid vilket en skadad tank spricker med det maximala trycket vid vilket en oskadad, ny tank spricker", säger Weerts. "Typiskt reducerade stöten tankens styrka och sprängtrycket sjönk avsevärt."

Övergå till simuleringar

Dessa experimentella observationer användes sedan för att utveckla simuleringsmodeller, som kunde användas för att förutsäga om och på vilket sätt en tank skadas på grund av en kollision.

"Modellen förutsäger den mekaniska responsen från tankar under kollisionen ganska bra", konstaterar Weerts. "Sådana modeller kan hjälpa till att minska materialkostnaderna och omfattningen av framtida experimentella undersökningar på tankar samtidigt som de hjälper till med fordonets design och utvecklingsprocess. Och naturligtvis kan dessa modeller användas för att ytterligare förbättra den säkra integrationen av vätgastankar in i fordon."