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成果報告書詳細
管理番号20180000000417
タイトル平成25年度ー平成29年度成果報告書 水素利用技術研究開発事業 燃料電池自動車及び水素供給インフラの国内規制適正化、国際基準調和・国際標準化に関する研究開発 自動車用圧縮水素容器の基準整備・国際基準調和に関する研究開発
公開日2018/6/26
報告書年度2013 - 2017
委託先名一般財団法人日本自動車研究所 国立大学法人茨城大学 株式会社UACJ 日本軽金属株式会社 株式会社神戸製鋼所 サムテック株式会社
プロジェクト番号P13002
部署名次世代電池・水素部
和文要約水素・燃料電池自動車の世界統一技術基準GTR13が2013年6月のUN/ECE/WP29(自動車基準調和世界フォーラム)で採択されたが、各国合意が得られなかった項目については審議が先送りされ、Phase2で審議することとされた。本事業では、GTR13 Phase2の高圧ガス保安法関連領域(容器および附属品)についての3つの課題(容器破裂圧力の適正化、金属材料の水素適合性試験法作成、アルミニウム合金の腐食試験法作成)に対して、適正なデータを取得し、国内・国際審議を推進することで、国内合意した試験法案をGTR13 Phase2に提案することを目的とする。

(1)課題A:圧縮水素容器の破裂圧力適正化
70 MPa-Type 4容器2種類を用いて、初期とEnd-of-Life(EOL)の破裂圧力データ(n=10以上)を取得した。初期破裂圧力のばらつきは±10%以内であった。EOLの破裂圧力は初期から約5%低下し、ばらつきは下側のみ増加した。FEM解析結果から、表面傷付けによる4ー5%の破裂圧力低下が予測された。X線CT撮影による落下影響調査の結果、落下試験によって、鏡部(垂直落下で衝撃を受ける側)に層間剥離が発生し、一部の剥離が圧力サイクルによって進展することがわかった。よって、直胴部は表面傷付けが、鏡部は落下試験が破裂圧力低下の主要因であると考えれらる。破裂圧力適正化のための試験法修正案として、初期の最小破裂圧力を225%NWPから200%NWPへ変更する修正案を作成した。

(2)課題B:金属材料の水素適合性試験法の作成
水素適合性試験法の審議に資するデータとして、SUS304, 316, 316Lを用いて、大気中と水素中の、室温,-45℃,-80℃のSSRT試験データおよび疲労試験データを取得した。金属材料の水素適合性に関するメカニズム検討の結果、水素の影響による亀裂進展は、水素誘起継続亀裂進展(HISCG)機構であることを特定した。HISCG発生とひずみ量の分析から、伸び(10%程度)による材料判定を提言した。材料試験データおよびメカニズム解析結果に基づき、使用される温度範囲の高圧水素中において、大気中と比較して疲労限が低下しないことを確認し、大気中の疲労限より低い応力レベルで使用するコンセプトで、水素適合性試験法案を作成した。

(3)課題C:アルミニウム系材料の材料評価および試験法開発
荷重漸増試験および定変位試験により、アルミニウム合金の湿潤ガス応力腐食割れ(HG-SCC)特性の評価を実施した。HG-SCC試験規格案を作成し、その実証試験により圧縮水素容器材料の腐食適合性を有効に評価できると判断した。日本高圧力技術協会規格化(HPIS E 103)した。

(4)国際基準調和
国内審議推進:試験法作成のための各TFおよび上位審議体の企画WGで前述の各課題検討状況を継続的に審議し、最終的に、HFCV用容器検討委員会での承認を得た。
GTR13 Phase2審議推進:(課題A:容器破裂圧力適正化)第2回Informal WGで破裂圧力適正化のための初期とEnd-of-Life(EOL)の破裂圧力データを報告した。(課題B:水素適合性試験法)第1回IWGでSAEでの活動を紹介し、日本案を織り込んだSAE J2579案をベースに審議が開始された。第2回IWGでSSRT試験データおよび疲労試験データを報告した。(課題C:腐食試験法)第1回IWGで、HG-SCC試験法を紹介し、審議課題として国際共有した。第2回IWGでHG-SCC実証試験結果の報告およびHPIS規格化したHG-SCC試験法を提案した。
英文要約GTR13(HFCV) was adopted in UN/ECE/WP29 in June, 2013. However, with regard to the items for which agreement was not reached, they will be deliberated in the Phase 2 of GTR13. The purpose of this project is to propose a domestically-agreed draft of the testing method for the following three issues in the Phase 2, by acquiring adequate data on these issues and promoting deliberation domestically and internationally.

(1) Issue A: Optimization of burst pressure for compressed hydrogen containers
The initial and End-of-Life (EOL) burst pressure data were acquired using two kinds of 70 MPa-Type 4 containers. The EOL burst pressure has decreased about 5% from the initial and the variation increased slightly. A draft amendment to change the initial minimum burst pressure from 225%NWP to 200%NWP was created.

(2) Issue B: Creation of hydrogen-compatibility testing method for metallic materials
SSRT and fatigue test data were acquired using SUS304, 316, 316L in the atmosphere and in hydrogen at the room temperature, -45C, and -80C. It was confirmed that the fatigue limit does not decrease in high-pressure hydrogen, compared to that in the atmosphere. A draft of hydrogen-compatibility testing method was created with the concept of using containers at a lower stress level than the fatigue limit in the atmosphere.

(3) Issue C: Material assessment for aluminum-based materials and development of testing method
A draft of standard for humid gas stress corrosion cracking (HG-SCC) was created and was adopted as the HPIS E 103. HG-SCC characteristics of aluminum alloy were assessed. HG-SCC demonstration test was conducted and it was judged that corrosion compatibility for compressed hydrogen container material can be effectively assessed.

(4) Harmonization of International Standards
Domestic meetings: Each draft of the testing methods for these issues were finally approved.
GTR13 Phase2: The initial and EOL burst pressure data for optimization of burst pressure was reported in the second Informal WG. SAE activities about hydrogen-compatibility test method, which incorporates Japan's proposals, were presented in the first IWG. The SSRT and fatigue test data was reported in the second IWG. HG-SCC testing method was presented in the first IWG and it was shared internationally as an issue to be deliberated. The result of HG-SCC demonstration test was reported and HPI-standardized HG-SCC testing method was presented in the second IWG.
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