水素自動車が衝突したら、水素タンクはどうなるのか?

水素自動車が衝突したら、水素タンクはどうなるのか?テクノロジー

自動車の排出ガスは地球温暖化の影響に大きく寄与していますが、近年、ハイブリッド車や完全電気自動車などの技術が導入され、自動車の排出ガスを削減することができるようになりました。また、水素を燃料とする自動車も、有害な排出ガスを削減できる可能性があります。このような自動車では、水素を高圧で貯蔵する必要があり、機械的強度が高く、衝突時にも簡単に破裂しない貯蔵タンクが必要となります。博士号取得者のRuben Weerts氏は、制御された衝撃を受けたときに水素タンクがどのように損傷するかを調査しました。9月9日、機械工学科で博士論文の発表が行われました。

水素タンクの問題

最新の水素自動車は、燃料電池を使って電気を作り、それを自動車の動力源としています。この燃料電池は、水素と酸素を電気に変換し、副産物として水蒸気と廃熱を発生させます。必要な酸素は空気中から取り出し、水素は車内の水素タンクに貯蔵します。

水素タンクには、従来のLPG(液化石油ガス)タンクよりもはるかに高い700気圧の高圧で水素が貯蔵されています。水素タンクには、この高い内圧に耐える強度と、軽量化が求められます。そのため、水素タンクは炭素繊維強化ポリマーという複合材料で作られています。また、水素自動車の安全性を確保するために、水素タンクには多くの要求事項と試験が課せられています。

水素タンクの試験

水素自動車の安全性をさらに高めるためには、自動車の衝突時に水素タンクがどうなるかを理解することが重要です。BMWから資金提供を受け、BMWとTU/e(アイントホーフェン工科大学)が指導した博士課程の研究の一環として、Ruben Weerts氏は実験的なテストを行い、衝撃を受けたときにタンクがいつ、どのような形で損傷するかを調べました。

「衝撃を受けたタンクは、CT(コンピュータ断層撮影)スキャンによって、衝撃による損傷を視覚化して調べられました。」

衝撃試験の後、同じタンクを用いて、タンクの内圧を徐々に上げていき、タンクの構造上の完全性が失われるまで行う、いわゆるバースト試験を行いました。「損傷を受けたタンクが破裂するときの内圧と、損傷を受けていない新品のタンクが破裂するときの最大圧力を比較しました」とWeerts氏は言います。「一般的には、衝撃によってタンクの強度が低下し、破裂圧力が大幅に低下しました。」

シミュレーションの活用

これらの実験結果をもとに、衝撃によってタンクがどのように破損するかを予測するためのシミュレーションモデルを開発しました。

「このモデルは、衝撃を受けたときのタンクの機械的な反応を非常によく予測しています。このようなモデルは、材料費の削減や将来のタンクに関する実験的調査の範囲の縮小に役立つと同時に、車両の設計・開発プロセスにも役立ちます。そしてもちろん、これらのモデルは、水素タンクの車両への安全な組み込みをさらに改善するためにも使用できます。」

BMWとのコラボレーション

すべてのシミュレーションと実験は、BMWが実施または資金提供を行いました。プロジェクト期間中の日常的な監督はBMWで行われ、学術的な監督はTU/eで行われました。

詳細はこちらよりダウンロードできます。The impact of thick-walled composite-overwrapped pressure vessels.

Published by Eindhoven University of Technology. The impact behavior of thick-walled composite-overwrapped pressure vessels. research.tue.nl/en/publication … -overwrapped-pressur
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