[发明专利]用于压力储气容器的应力检测组件、压力储气容器

说明书

本申请属于压力储气装置技术领域，尤其涉及一种用于压力储气容器的应力检测组件，以及一种压力储气容器。本申请提供的应力检测组件包括：碳纳米管薄膜传感元件，其缠绕在压力储气容器的表面，处于所述压力储气容器本体和所述碳纤维层之间，用于检测所述压力储气容器的内部应力，且所述碳纳米管薄膜传感元件包括碳纳米管薄膜；信号处理单元，与所述碳纳米管薄膜传感元件连接，用于检测所述碳纳米管薄膜传感元件的电阻变化；连接件，用于连接所述碳纳米管薄膜传感元件和所述信号处理单元。本申请提供的用于压力储气容器的应力检测组件，可以在不降低压力储气瓶的疲劳强度的情况下，对压力储气容器实施原位的应力状况的实时健康检测。

技术领域

本申请属于压力储气装置技术领域，尤其涉及一种用于压力储气容器的应力检测组件，以及一种压力储气容器。

背景技术

储氢组件是燃料电池组件的核心部件之一，其包含高压储氢瓶，安全阀，以及管路等。其中，高压储氢瓶主要负责储存高压气态氢气，其工作状态以及健康情况决定了整个燃料电池车的安全性以及使用寿命。塑料内胆、碳纤维全缠绕的四型高压储氢瓶，由于重量轻，储气密度高，成型相较金属制内胆较容易等优势，被市场广泛期待。目前，四型高压储氢瓶主要应用在对重量较为敏感的燃料电池乘用车上。

由于四型高压储氢瓶的树脂内胆不提供强度支持，因此，碳纤维耐压层的健全性直接决定了储氢瓶的性能以及安全性。特别是在金属封头段，该部位既是碳纤维铺层中立体结构最复杂的部位，而且金属封头和树脂内胆在此相结合，形成巨大的弹性模量差距，此外，该部位还是碳纤维铺层工艺造成的树脂堆积部位。这些原因使得金属封头段成为极易发生局部应力集中的部位。具体的，当金属封头段承受外部的冲击时，非常容易发生树脂崩裂，碳纤维铺层内的层间剥离，或者纤维破断等内部缺陷，进而影响整个储氢瓶的疲劳强度，甚至有储氢瓶破裂的风险。

因此对于金属封头段的应力状况的实时健康监测以及对外部冲击的监测对于四型储氢瓶是十分重要的。但对于高压储氢瓶而言，其碳纤维铺层内的应力随厚度梯度分布：容器内侧的应力最大，随着厚度的减薄，应力逐渐减小。同时，由于碳纤维铺层的空间立体结构，铺层内应力分布并不是均匀的。如果仅仅通过在高压储氢瓶的表面贴附传感器的方式，无法得知容器内部的应力状况，从而不能对高压储氢瓶的实时健康监测。

目前可行的实施健康监测方式，是将传感器嵌入高压储氢瓶的内层，如碳纤维铺层内，或者碳纤维铺层与树脂内胆之间。但这种方式需要考虑传感器的厚度，是否可以贴合容器的表面以及信号的引出方式，即导线的直径，是否会对容器强度产生影响等。目前有将光纤传感器预埋至复合材料内的原位检测技术，主要是应用的光纤传感器包括强度调制型，偏振调制型以及频率调制型光纤传感器。上述几种光纤传感器都具有传感元件结构简单且体积小(直径可以达到50微米)，灵敏度高的特点。但是，这些传感器嵌入碳纤维铺层内部(应变片贴在高压储氢瓶的表面，则无法探知内胆以及碳纤维铺层内层的应力分布状况)时，由于应变片或导线厚度大，导致应力集中，影响整个容器的疲劳强度，增加材料失效氢气泄漏，甚至容器破坏的风险。目前尚无搭载光纤传感器至高压储氢瓶内进行实时健康监测的相关技术。

发明内容

本发明要解决的问题

本申请的目的在于提供一种用于压力储气容器的应力检测组件、压力储气容器，旨在解决现有的用于四型高压储氢瓶的传感器厚度较厚，导致应力集中，从而影响整个容器的疲劳强度，增加材料失效氢气泄漏，甚至容器破坏的风险的问题。

解决问题的方法

为实现上述发明目的，本申请采用的技术方案如下：

本申请第一方面提供一种用于压力储气容器的应力检测组件，所述压力储气容器包括压力储气容器本体，以及设置在所述压力储气容器本体表面的碳纤维层，所述应力检测组件包括：