Hvad sker der med en brinttank under en kollision?

Køretøjers emissioner bidrager væsentligt til den globale opvarmningseffekt, selvom teknologier som hybridbiler og fuldt elektriske køretøjer er blevet introduceret i de seneste år for at reducere køretøjers emissioner. Brintdrevne køretøjer tilbyder også potentiale til at reducere skadelige emissioner. I disse køretøjer skal brint opbevares under højt tryk, hvilket kræver lagertanke, der er mekanisk stærke og ikke så let går i stykker under et styrt. Ph.D. kandidat Ruben Weerts undersøgte, hvordan brinttanke beskadiges, når de udsættes for kontrollerede påvirkninger. Weerts forsvarede sin ph.d. speciale ved Institut for Maskinteknik den 9. september.

Problemet med brinttanke

Moderne brintbiler bruger brændselsceller til at producere elektricitet, som derefter bruges til at drive køretøjet. Disse brændselsceller omdanner brint og ilt til elektricitet, hvor biprodukterne er vanddamp og overskudsvarme. Den nødvendige ilt trækkes ud af luften, og brinten opbevares i brinttanke i køretøjet.

I disse tanke lagres brint under et højt tryk på op til 700 bar, hvilket er meget højere end en konventionel LPG-tank (flydende petroleumsgas). Brinttanke skal være stærke for at modstå dette høje indre tryk og samtidig være lette. Som et resultat er de lavet af et kompositmateriale, kulfiberforstærket polymer for at være præcis. For at sikre sikkerheden af ​​brintkøretøjer skal tankene opfylde en lang række krav og test, før de godkendes til brug i køretøjer.

Test af brinttanke

For yderligere at forbedre sikkerheden for brintkøretøjer er det vigtigt at forstå, hvad der sker med en brinttank under et køretøjsulykke. Som en del af hans ph.d. forskning, som var finansieret af BMW og overvåget af BMW og TU/e, udførte Ruben Weerts eksperimentelle test, som hjalp med at bestemme, hvornår og på hvilken måde en tank bliver beskadiget, når den udsættes for en påvirkning.

"Efter sammenstødet blev tankene derefter undersøgt ved hjælp af CT-scanninger (computertomografi), som gav en visualisering af skaden forårsaget af sammenstødet," siger Weerts.

Efter slagtestene blev de samme tanke udsat for såkaldte sprængtests, hvor det indre tryk i tanken gradvist blev øget, indtil tankens strukturelle integritet svigter. "Vi sammenlignede det indre tryk, hvorved en beskadiget tank sprænger, med det maksimale tryk, hvorved en ubeskadiget, ny tank sprænger," siger Weerts. "Slaget reducerede typisk tankens styrke, og sprængtrykket faldt betydeligt."

Gå til simuleringer

Disse eksperimentelle observationer blev derefter brugt til at udvikle simuleringsmodeller, som kunne bruges til at forudsige, om og på hvilken måde en tank er beskadiget på grund af et stød.

"Modellen forudsiger den mekaniske reaktion af tanke under påvirkning ganske godt," bemærker Weerts. "Sådanne modeller kan hjælpe med at reducere materialeomkostningerne og omfanget af fremtidige eksperimentelle undersøgelser på tanke, samtidig med at de hjælper med køretøjets design og udviklingsproces. Og selvfølgelig kan disse modeller bruges til yderligere at forbedre den sikre integration af brinttanke ind i køretøjer."