氢燃料电池汽车检测与维修技术 课件 第7章高压储氢系统故障检测与维修

高压储氢系统故障检测与维修CONTENTS目录PARTONE高压储氢瓶PARTTWO高压阀门及减压阀PARTTHREE温度压力传感器PARTFOUR维修实训高压储氢瓶1添加相关标题文字添加相关标题文字添加相关标题文字添加相关标题文字ONE高压储氢瓶本章概述本章将系统阐述氢燃料电池汽车车载高压储氢系统的组成、工作原理、关键部件检测及故障维修方法。高压储氢系统是车载供氢系统的源头，功能上可划分为储氢、加氢、输氢及监控四部分，部件上主要包括高压储氢瓶、各类阀门及监控元件。本章将详细讲解储氢瓶分类、阀门结构与功能、传感器原理，并聚焦于高压管路系统的常见故障诊断、检修流程及安全操作规范。ONE高压储氢瓶高压储氢瓶核心作用：高压储氢瓶是车载供氢系统的核心储氢部件，常用工作压力为35MPa和70MPa。其性能直接影响车辆的续驶里程。国内现状：当前国内III型瓶35MPa的储氢质量密度约4.0%-4.5%，70MPa的约4.0%，技术水平仍在发展中。规格与认证：储氢瓶需按GB/T35544-2017完成强检，70MPa气瓶还需完成氢循环试验。生产企业需具备相应资质。型号分类：根据结构材料，车载高压储氢瓶主要分为I型（全金属）、II型（金属内胆纤维环向缠绕）、III型（金属内胆纤维全缠绕）和IV型（非金属内胆纤维全缠绕）四种。其中，III型和IV型因重容比小，是当前车用主流。ONE高压储氢瓶III型与IV型储氢瓶内胆材料对比III型瓶（金属内胆）：内胆材料：通常为铝合金，采用旋压成型，结构无缝隙。优点：防渗漏性好，可长期储气；缠绕层预应力使内胆承压能力高，循环寿命长；温度稳定性与抗损伤能力强。缺点：成本较高，新规格研发周期长。IV型瓶（非金属内胆）：内胆材料：通常为高密度聚乙烯。优点：成本较低；高压循环寿命长（可达10万次以上）；更耐腐蚀。缺点：易在金属/塑料接口处发生氢气泄漏；抗外力能力低；对温度敏感；内胆刚度低，制造变形大。ONE高压储氢瓶典型高压储氢瓶结构分层：以丰田Mirai为例，高压储氢瓶从内到外依次为：塑料内衬、承受高压的碳纤维增强树脂层、承受冲击的玻璃纤维强化树脂层，以及最外层的耐火/耐冲击聚氨酯保护层。两端装有铝法兰用于安装阀门。CFRP缠绕工艺：为优化强度与重量，CFRP层采用组合缠绕方法：环向缠绕：增强储氢瓶中心区域。小角度螺旋缠绕：增强圆顶区域。大角度螺旋缠绕：加强边界区域，在中心区增强效果有限。设计目标：通过改进CFRP层结构和减少材料用量，实现储氢瓶的轻量化。高压阀门及减压阀2添加相关标题文字添加相关标题文字添加相关标题文字添加相关标题文字TWO高压阀门及减压阀高压阀门及减压阀构成系统组成：高压储氢系统包含多种阀门，共同实现储氢、加注、输送、安全与控制功能。主要阀门列表：瓶口阀：组合阀，集成于瓶口。瓶尾阀：安装在瓶尾，集成温控泄放装置。加氢口：连接外部气源的端口。过滤器：过滤介质中的杂质。限流阀：防止管路压力或流量过大。单向阀：防止介质倒流。针型截止阀/球阀：用于切断或分配介质。安全阀：超压时自动泄放。减压阀：将高压氢气调节至稳定低压。TWO高压阀门及减压阀阀门介绍-瓶口阀定义与安装：瓶口阀为组合式阀门，安装在高压储氢瓶的瓶口，用于控制气体进出。集成功能：通常集成电磁阀、应急截止阀、限流阀、温控泄放装置、温度传感器，并预留压力传感器接口。工作流程：加氢时，气体经进气口、应急截止阀、电磁阀进入瓶内；行驶时，电磁阀开启，氢气流向燃料电池。安全功能：应急截止：紧急时可用专用工具手动关闭。TPRD：当瓶内温度达110±5℃时，感温介质使泄放装置密封失效，氢气安全排放，避免爆燃。TWO高压阀门及减压阀阀门介绍–其他阀门瓶尾阀：安装在瓶尾，集成TPRD，功能与瓶口阀上的TPRD相同，提供双重热安全防护。加氢口：与加氢枪匹配，包含止回和过滤功能。连接后顶开阀芯实现流通，断开后自动密封。过滤器：过滤管路及介质中过大杂质，保护下游阀门与设备，通常安装在加氢口后端及减压阀后端。限流阀：防止管道压力或流量过大，通过特殊阀芯结构在流量超标时减小流通面积，一般安装在储氢瓶前端。单向阀：依靠介质本身力与弹簧力自动启闭，防止介质倒流，常安装在加氢口后端。TWO高压阀门及减压阀阀门介绍–截止阀、安全阀与减压阀针型截止阀与球阀：用于切断、分配介质。球阀开关迅速、流阻小；针阀开关慢、流阻大、成本低，常用于放空管路。安全阀：一种自动阀门，当系统压力超过预定安全值时自动开启排放额定数量流体，压力恢复正常后自动关闭。减压阀：核心作用：将储氢端高压调节至燃料电池所需的稳定低压，是供氢系统的关键调压部件。分级：按减压舱数量分为单级、双级、多级。多级减压输出更稳定，成本更高。集成设计：常集成过滤器、压力传感器、手动泄放阀、安全阀等，以节省空间与成本。TWO高压阀门及减压阀阀门的故障及主要检修方法故障分类：阀门故障主要分为内漏、外漏和其他故障。外漏：指介质泄漏到外界环境中，产生安全隐患。可发生在所有阀门的连接处、阀体盖处或阀杆填料处。本质是连接密封失效。内漏：指阀门内部密封不严，介质无法完全截断。发生在具有截断功能的阀门内部，本质是密封件损坏或附着杂质。其他故障：如开关力矩异常、流阻变大、电磁阀无法动作等。通用检修逻辑：定位泄漏点（肥皂水或氢气检漏仪）。根据密封形式确定维修方式：紧固连接件、更换密封件或更换阀门。对于内漏：需吹扫管路清除杂质，或更换内部密封件/阀门。TWO高压阀门及减压阀阀门的故障及主要检修方法-瓶口阀、加氢口和减压阀瓶口阀故障（详见表7-2）：阀体与气瓶连接处泄漏：排空后重新紧固；检查密封面与密封圈。应急截止阀内/外漏：吹扫管路，拆卸检查密封面与密封圈。电磁阀通电无法打开：确认接线无误后，需更换瓶口阀（需先放空气体）。TPRD密封失效：排空后拆卸检查更换。温度传感异常：检查接插件与线路，或更换瓶口阀。加氢口故障（详见表7-3）：外漏：分为加氢前/中/后泄漏，根据不同情况采取重新紧固、更换密封件或整阀。流阻过大：通常为滤芯堵塞，需清洗或更换。减压阀故障（详见表7-4）：外漏：连接处泄漏或活塞呼吸孔泄漏，可重新紧固或更换密封件/阀门。内漏（阀后压力无法稳压）：需更换内部密封件或整个减压阀。温度压力传感器3添加相关标题文字添加相关标题文字添加相关标题文字添加相关标题文字THREE温度压力传感器温度压力传感器概述传感器概述：用于监测储氢系统压力与温度，是控制与安全的基础。常用压力传感器包括陶瓷压敏电容式和扩散硅压敏电阻式；温度传感器主要包括NTC热敏电阻和铂电阻。陶瓷压敏电容式：原理：由固定基座电极与可动陶瓷膜片电极构成可变电容。压力变化使膜片变形，电容量变化，经调理芯片输出信号。特点：干式传感器，温度影响小，无需温度补偿；成本适中，长期稳定性好。扩散硅压敏电阻式：原理：压力使不锈钢膜片产生微位移，引发内部单晶硅的压阻效应（电阻率剧变），通过电路检测变化并输出信号。特点：灵敏度高；精度高；可靠性高，无磨损；但需温度补偿；过载易损坏。THREE温度压力传感器温度压力传感器概述NTC热敏电阻：原理与材料：以锰、钴、镍等金属氧化物采用陶瓷工艺制成。温度升高，载流子数目增加，电阻值降低（负温度系数）。特点：室温阻值范围宽（100Ω-1MΩ），温度系数-6.5%~-2%。铂电阻：原理与材料：利用铂的电阻值随温度呈基本线性变化的特性。薄膜工艺将铂溅射在陶瓷基片上。特点：稳定性好、测量范围宽（-200~850℃）、精度高。常用Pt100（0℃时100Ω）。关键特性参数：包括测量范围、量程、准确度、重复性、迟滞、零点漂移、过载、稳定性、可靠性等。维修实训4添加相关标题文字添加相关标题文字添加相关标题文字添加相关标题文字FOUR维修实训减压阀故障故障现象1：减压阀不减压（进出口压力接近）故障原因：主阀芯或阀体孔沉割槽有毛刺、卡有污物，或因形位公差超差产生卡紧，将主阀芯卡死在最大开度位置。处理方法：拆下减压阀，进行去毛刺、清洗，或修复阀孔与阀芯的精度。故障现象2：压力自行升高故障原因：弹簧变形或卡滞、弹簧太软；阻尼孔堵塞；固态杂质卡住阀芯。处理方法：更换弹簧；清理阻尼孔；拆开阀体，调整或清理阀芯。FOUR维修实训卡套连接外漏处理判断方式：大量泄漏：可听见“嘶嘶”声，测漏液涂抹处有明显鼓泡。微量泄漏：需使用测漏液（肥皂水）涂抹观测。处理步骤：安全准备：必须将管道内气体完全排空。拆卸：使用扳手将泄漏处的卡套螺母松开。检查与处理：检查卡套及管道是否有划伤。如有划伤，需将管道隔断后重新安装。重装与测试：重新安装并拧紧卡套，通气后使用便携式氢气检漏仪进行测试。严禁事项：禁止在卡套上缠绕生料带或使用胶水。禁止进行带压操作。FOUR维修实训管路试验-试压与吹扫试压压力定义（以70MPa系统为例）：最大工作压力PT：实际工作压力。设计压力PE：1.1~1.5倍PT。耐压试验压力PS：1.05~1.1倍PE。安全阀起跳压力：介于PT与PE之间。吹扫作业：目的：清除管路内杂质。介质：纯度≥99.5%的氮气。参数：压力0.1~0.3MPa，流速20m/s。合格判定：出口处放置白色油漆板，10分钟内无铁锈、颗粒等杂质。FOUR维修实训管路试验-置换与压力曲线置换作业：