车载液氢气瓶设计技术的研究进展

郭晋，张耕，陈国华，朱鸣，谭粤，李蔚，夏莉，胡昆

（1 浙江大学工程师学院，浙江 杭州 310029；2 广东省特种设备检测研究院，广东 广州 510000；3 华南理工大学机械与汽车工程学院，广东 广州 510000；4 中国特种设备检测研究院，北京 100010）

对于以氢为能源载体的氢经济来说，储氢问题涉及到氢生产、运输、储存、最终应用等所有环节。许多学者研究了各种高性能、安全的储氢方式，目前氢气储存方式主要有四种：高压气态储氢、低温液态储氢、有机液态储氢、固体材料储氢。其中低压、低温的车载液氢储存可以显著提升安全性和储能密度，液氢燃料电池汽车也可以解决复杂场景、多用途的氢纯度、续航里程、大功率等方面的需求难题。然而，不管采用什么储氢方式，一旦氢能储运装备失效，有可能导致泄漏、燃烧、爆炸，造成重大人员伤亡和财产损失，因此氢能储运装备安全不容忽视。在车载液氢气瓶设计环节存在材料及结构可靠性验证、高性能绝热、增压传热功能实现等技术难题，目前研究报道尚很少见。

兼具高性能与高可靠性的车载液氢气瓶，以攻克车载液氢气瓶的实际应用难题成为了研究热点。本文对现有车载液氢气瓶的发展历程和国内外研究进展进行了详细介绍，总结了车载液氢气瓶的材料、结构、绝热等设计方法，综合比较了各类材料、结构的可靠性，以及不同传热和绝热结构的性能有关的研究进展情况，总结了车载液氢气瓶有关的研究趋势，最后对车载液氢气瓶的设计关键技术研究做出展望。

1 车载液氢气瓶发展历程及设计关键技术

1.1 车载液氢气瓶发展历程

氢气在一定的低温下，会以液态形式存在。因此，可以使用一种深冷的液氢储存技术——低温液态储氢。液氢储运技术是氢能发展的重要支柱，美、日等发达国家以及欧洲在20 世纪初就制定了详细的氢能发展计划，液氢的储存与运输方面形成了完整的规范化体系，并形成相关液氢储运标准[1]。如国际标准化组织（ISO）发布的《液氢-道路车辆燃料罐》《液氢-道路车辆加注系统接口》等，美国压缩气体协会（CGA）执行的《低温氢储存标准》相关标准，欧洲工业气体协会（EIGA）的《储存、处理和分配液氢的安全性》，俄罗斯国家标准《液氢技术条件》。车载液氢气瓶作为随车燃料供给装置，是液氢储存与运输技术发展的必要前提，国外已经进行了大量研究工作。

与空气液化相似，低温液态储氢是先将氢气压缩，在经过节流阀之前进行冷却，经历焦耳-汤姆逊等焓膨胀后，产生一些液体。液体分离后，将其储存在高真空的绝热容器中，气体继续进行上述循环。由于液氢密度为70.78kg/m3，是标况下氢气密度0.083kg/m3的近850 倍，即使将氢气压缩至15MPa，甚至35～70MPa，其单位体积的储存量也比不上液态储存。单从储能密度上考虑，低温液态储氢是一种十分理想的方式。但由于常压下液氢的沸点极低（20.37K），与环境温差极大，对容器的绝热要求很高，且液化过程耗能极大，液化1kg氢需耗电4～10kW·h，增加了储氢和用氢的成本。因此对于大量、远距离的氢气储运，采用低温液态的方式才可能体现出优势。另外，液氢储存容器必须使用超低温用的特殊容器同时需要提高储存容器的绝热性能并且选用优质轻材，由于液氢储存的装料和绝热不完善容易导致较高的蒸发损失，因而其储存成本较贵，安全技术也比较复杂。

目前液氢主要作为低温推进剂用于航天中，对于以液氢为动力的汽车与无人机的液氢气瓶也有一些研究，但到目前为止还没有实质性的进展。美国劳伦斯利弗摩尔国家实验室（LLNL）连续研制几代车载高压低温氢容器，创造了最长行驶里程、最大储氢密度和最长维持时间，同时降低了储氢容器的成本[2]。林德（Linde）公司为城市公交车建造了一个液氢储存系统，质量储氢比约为7.1%，维持时间超过100h，实验结果表明该液氢容器具有较好的绝热性能[3]。宝马（BMW）公司计了一款铝合金液氢气瓶，蒸发率低于3%/d[4]。

液氢储存工艺特别适宜于储存空间有限的运载场合，如航天飞机用的火箭发动机、汽车发动机和洲际飞行运输工具等，汽车主要以气瓶的形式储存液氢。国外液氢气瓶技术的发展说明了液氢气瓶的可行性，但我国需要开展液氢气瓶技术自主研发，打破技术封锁。Aziz 等[5]总结了液氢的特性、液化技术、储运方法以及处理液氢的安全标准，提出液氢使用的主要挑战是极低的温度条件和正仲氢转化技术。Morris 等[6]比较了不同车载储氢方式的储氢密度和纯度的现状，提出了不同车载储氢方式的技术难点和发展方向的预测。

1.2 液氢气瓶材料韧脆转变

液氢气瓶相比于其他低温气瓶，选材需要着重考虑液氢温区材料稳定性和力学性能，因此对制造液氢气瓶的材料性能要求更为严苛[7]，应同时具备较好的韧性、强度及低温稳定性。当前，液氢气瓶常用的低温材料有奥氏体不锈钢、铝合金、钛合金。针对液氢气瓶用材料韧脆转变特性，研究的主要方法包括拉伸实验、Charpy冲击实验等低温力学性能测试，通过分析抗拉强度、伸长率、吸收功等参数，分别得出材料的强度、韧性规律，结合金相。采用SEM等分析手段进行了一定的研究工作，但大多集中在液氮温区，关于液氢温区材料韧脆转变特性的研究工作较少。开展基于材料脆断失效模式的液氢温区材料性能研究对于液氢气瓶设计的第一步选材十分必要，而国内外研究也是逐渐由液氮温区向更低温度的液氢温区过渡。

1991 年法国里尔一大（Universite de Lille Ⅰ）Vogt等[8]研究确定了液氮温度-196℃下316L不锈钢材料的力学性能研究方法。1985 年日本东京大学的Shibata等[9]开展了液氮与液氨温度下的材料力学性能实验。Qiu 等[10]提出材料在液氢环境中的适应性、氢脆特性、力学性能以及液氢温度的热物性等均是影响储运容器的安全可靠设计的关键因素。因此，系统掌握低温材料的种类和性能对液氢储运容器的发展具有重要的现实意义。Gauder等[11]提出了损伤力学模型能够较准确地描述试件的变形和破坏行为，裂纹相互作用行为强烈依赖于温度和裂纹的排列方式。1991年中国西南交通大学党霆等[12]开发了液氮温度-196℃下材料力学性能测试的装置。2010年兰州理工大学李广等[13]进行了材料韧脆转变温区的延伸区宽度变化及韧性陡升的机理研究，提出了韧脆转变温度区临界值与韧脆转变低温度区的线性关系。2018年江苏省钢铁研究院褚峰等[14]通过对奥氏体低温钢开展常温至液氮温区Charpy 冲击实验，得到了船用奥氏体低温钢的韧脆转变温度、脆性断口形貌及晶粒度，为液氮温区金属材料韧脆转变特性实验方法研究提供了参考。新兴能源装备股份有限公司赵翠钗[15]提出了化学成分、变形率、成型温度对奥氏体不锈钢S30408 中铁素体含量的影响规律，为液氮温区深冷容器材料制备技术提供了数据参考。屈莎莎等[16]总结了液氢储运容器常用的低温材料的特点和优势，提出需要对不同成分的低温材料的性能进行系统的研究和深入的分析。不同液氢气瓶常用的低温材料的特点如表1所示。奥氏体不锈钢、铝合金是面心立方结构，在低温下不存在明显的韧脆转变温度，适合在液氢温区下使用的钛合金一般为α钛合金，在低温环境具有较好的韧性。2022 年，中国科学院理化技术研究所谢秀娟[17]指出液氢容器的材料需要保证基本安全技术要求。

表1 不同的液氢气瓶常用低温材料的特点

1.3 车载液氢气瓶静动力学分析

液氢气瓶主要由内胆、外壳、绝热系统、内胆与外壳之间的连接件、阀门管路系统、保护阀门管路系统的保护装置、底座等组成。在液氢气瓶材料可靠性得到验证的情况下，根据液氢燃料电池汽车的环境使用要求，车载液氢气瓶需满足在复杂路况条件和极端条件下正常可靠工作。因液氢介质泄漏扩散后爆炸可能性高、危害后果严重，车载液氢气瓶需实现本质安全及较高结构可靠性。而基于失效模式的低温气瓶设计方法国内外研究较少，国内外已有的少量对于车载低温气瓶的静动力学分析的研究无法满足车载液氢气瓶的结构设计和结构安全可靠性的要求。

当前，关于低温气瓶静动力学分析的方法主要以数值模拟为主，以不同工况的气瓶实验为补充，研究复杂和极端工况下的气瓶应力应变、位移、振动加速度等动力学规律。Islam 等[24]总结了目前工程静力学分析的方法，为本文开展车载液氢气瓶的静力学研究提供了较好的借鉴意义。北京航天实验技术研究院妙丛等[25]基于车载LNG气瓶提出了未来车载液氢气瓶结构组成的设想，总结了车载低温气瓶的经典工艺系统流程以及基本工作原理和常用的增压方式和安全系统的设置。目前在车载低温绝热气瓶动力学特性方面已开展一定的研究工作。西南交通大学鲁丽等[26]采用有限元模型作为变压器在运输过程中承受路面振动下的随机振动分析以及受冲击载荷作用下的瞬态分析，给出了变压器各构件的应力分布情况，并采用第三强度理论校核。Chung等[27]结合运输船舶用C型储罐运输液化氢各种参数的影响与液氢介质（-253℃）超低的温度影响，伴随介质晃动和热流动，对晃动流动通过数值方法进行分析，通过仿真测量了液舱内部的晃荡冲击压力，并定量评估了晃动流动对安装在C型罐（加筋环和斜置舱壁）内部附体的影响。提出在低温条件下长时间反复经历这种晃荡冲击力，必须从疲劳和脆性破坏的角度分析液舱和附件的行为。合肥工业大学杜明广[28]采用有限元方法对LNG气瓶进行静力学及动力学分析，对气瓶不同破坏形式进行了模拟，动力特性方面计算了气瓶的固有频率，对其振动特性进行了探索，并与汽车振动频率进行了对比。大连理工大学刘培启团队[29-31]对车载LNG气瓶采用数值模拟及实验的方法，对不同类型、不同容积、不同长径比的LNG 气瓶进行了研究，优化了颈管支撑结构、颈管长度和外壳前封头开孔连接结构。同时采集重型卡车行驶在不同等级路面谱激励，分析了不同路面谱激励下车载气瓶的应力分布、位移振幅以及加速度动态响应。最后提出一种新型防晃结构，强化了气瓶刚度，能够有效降低液体对壁面的冲击力。天津大学李佳[32]将随机疲劳与结构的动力特性相结合，重点对基于结构动力特性的随机疲劳寿命估算进行分析。兰州理工大学刘德玉[33]对车载LNG 气瓶进行了静力学及动力学分析，用等效密度法将瓶内LNG 的质量等效到气瓶内胆壳体，研究了气瓶内胆及支撑整体结构在紧急刹车、路面凹坑等工况下的应力分布，分析了不同液位高度下气瓶内胆的固有频率和模态振型，结果表明随着储液量的增加，气瓶内胆固有频率逐渐降低。

1.4 车载液氢气瓶疲劳寿命

振动疲劳失效问题存在于航空航天、机械电子、能源化工等各行业，即使振动过程中应力幅值远小于材料的许用应力，但在长时间的载荷作用下使得结构极易引起疲劳破坏。在设备的失效事故中，疲劳失效约占60%～80%，实际工程中的振动疲劳失效问题存在较多难点，如研究方法较少、理论不完善，实际振动工况更加复杂，并且涉及机械振动、有限元、结构动力学等多学科。针对本文研究的车载液氢气瓶，如何防止由于车体振动与气瓶振动相耦合产生的自振激励对瓶体自身造成的危害，合理预测气瓶的振动疲劳寿命是当前车载液氢气瓶亟需解决的问题。

随机振动一般具有随机性，不能用特定的函数描述载荷值的大小，但其仍然具有一定的统计学规律，只能采用概率统计的方法描述载荷值并计算结构的疲劳寿命，因此从20 世纪50 年代起就对随机振动疲劳开始了相应的研究工作。大连市锅炉压力容器检验研究院古海波等[34]总结了振动过程中车用LNG气瓶的失效模式，并分析了失效原因。Bhuyan等[35]实验研究了气瓶静水压实验对后续裂纹扩展的滞止效应的影响规律，提出滞止期取决于裂纹尺寸，裂纹尺寸越小，裂纹扩展滞止期越大。广东省特种设备检测研究院杨树斌等[36]分析了目前已有的对振动和冲击载荷作用下车载LNG 气瓶失效研究存在的不足之处，以及车载LNG 气瓶失效模式，针对失效模式提出风险应对措施。Zhang 等[37]提出了一种新的基于机器学习的三维裂纹试件疲劳寿命预测方法，考察了不同的神经单元数和层数对训练好的神经网络有效性的影响，并与其他回归模型进行了比较。德阳中科先进制造数字化设计服务中心杨兴[38]提出了一种基于疲劳损伤理论的气瓶寿命的计算方法，再针对车用钢制天然气气瓶使用过程中会对气瓶强度产生影响的因素进行探讨，最后在某型车用气瓶强度分析的基础上依据损伤理论以及计算方法给出了该型气瓶的使用寿命情况，同时也系统地分析了一些使用因素对气瓶寿命的影响。大连理工大学李伟[39]提出车载低温绝热气瓶在使用中会随着行驶路面不平度影响而发生没有规律的随机振动，这种随机振动会导致气瓶产生裂纹，影响气瓶的疲劳寿命。并模拟了扁长型车载低温气瓶的振动规律，可为随机振动条件下车载低温绝热气瓶的设计提供参考。

1.5 使用过程及真空丧失后的绝热性能

移动式低温绝热气瓶相比于固定式压力容器，需要额外承受来自地面以及机器的振动激励载荷，因此移动式低温绝热气瓶内胆及支撑应满足较高的强度要求，同时还应具有较好的抗冲击性能。针对移动式低温绝热气瓶，许多学者采用有限元分析方法进行了较多的研究工作，但大多集中在LNG 气瓶方面，关于液氢气瓶的研究工作较少。结合液氢高效存储、利用对低温高性能绝热的需求，车载液氢气瓶高性能绝热的研究成为了设计环节的关键难题。同时，由于氢燃料电池汽车使用条件复杂、社会影响较大，基于车载液氢气瓶失效模式，存在由内漏、外漏等导致的真空失效的风险，真空丧失后绝热性能的好坏直接影响了事故处理时间和后果的严重度，故开展此极端条件下的绝热性能研究更是保障车载气瓶安全、高效利用的关键科学问题。

Jiang 等[40]利用CFD 软件VOF 方法模拟了液氢罐内的介质相变过程，提出了液位和夹层真空度差异对气液两相界面稳定性的影响规律。Jiang 等[41]建立了瞬态仿真模型，发现MLI/VCS 绝缘材料的瞬态传热特性有助于优化液氢储存的操作参数，为液氢装置绝热设计提供了参考依据。2014 年韩国Jewoo 公司[42]通过常规设计结构及有限元方法，对支撑杆不同内径、外径以及容器内部结构尺寸进行计算，以优化LNG 气瓶的整体结构设计。同时采用了MSC/MARC 程序评估了支撑结构的温度分布和热应力，开发的LNG 气瓶满足标准设计要求，通过了振动测试和热性能测试。2012 年上海交通大学李阳[43]建立低温绝热气瓶传热与热力耦合模型，采用实验和数值模拟的方法，分析了稳态导热与共轭传热模型的误差。同时探究了不同颈管尺寸、高径比、冲击载荷下低温绝热气瓶的应力分布，找出最优尺寸参数，探讨了颈管开孔补强的重要性，对低温绝热气瓶颈管的结构设计提供了理论依据。2015年北京航空航天大学[44-45]设计了一种机载液氢储罐的新型绝热支撑，通过氧化锆陶瓷小球与内胆点接触，降低支撑接触面积，解决了传统支撑结构热流量过大的问题。同时通过赫兹接触理论与有限元数值模拟方法对绝热支撑进行应力分析，验证了该支撑结构的可行性，得到点接触式支撑的应力远大于常规支撑结构，但其应力满足强度要求。2016年荷兰德尔夫特理工大学Tapeinos等[46]提出一种由相交球壳组成的可增压车载液氢储罐。该液氢储罐采用塑料内衬，内衬材料与罐壁存在较大热膨胀系数，从而导致了结构的变形及热应力过大，因此需使内衬材料能够灵活地压在罐壁表面以传递压力载荷。通过有限元方法分析了绝热材料在内衬及罐壁不同部位的传热现象，同时在不同热应力下对壳体应力及应变进行分析，得到球形结构的应力比较均匀，在膜交叉存在局部应力集中，比较后发现在内衬和复合材料之间使用隔热材料，液氢储罐的结构完整性得到了增强。2022 年韩国科学技术研究所Choi等[47]研究了重型卡车液氢燃料储罐设计相关规范和标准，提出设计原则和设计程序。按照设计规范和程序提出540马力级重力卡车液氢罐模型，采用了强度重量比高、热导率低的环氧玻璃钢作为支撑材料，选用高真空多层绝热作为绝热材料，在正常行驶、垂直及加速的8种组合载荷工况下，对液氢储罐的传热及应力进行分析。传热结果显示液氢储罐的日蒸发率为2.51%/d，其中支撑部位漏热占总漏热量的82%，应力结果表明结构具有足够的安全系数。Yao和Yang[48]模拟了多种低温绝热型式对液氮、液氢和液化天然气介质的保温效果，通过实验和不同的热力学模型预测了低温装置的无损储存时间和漏热量。中国计量大学计量测试工程学院高云飞等[49]以真空多层材料为主要研究内容，总结了液氢温区真空多层材料的绝热性能测试数据，为液氢温区绝热设计提供了一定的参考依据。

浙江大学罗若尹等[50]提出了真空丧失作为低温装备的典型失效模式，针对特定的LNG 罐箱开展了真空完全丧失的测试实验，得到了维持时间及罐内压力、充满率、液相温度随时间变化的数据，对LNG 罐式集装箱的安全使用与应急处理有重要的实用价值。中国石油大学杨帆等[51]开展了液化天然气（LNG）低温储罐夹层真空丧失后，内壳应力-应变及裂纹尖端原子变化规律研究，揭示了该状态下低温容器内壳微裂纹扩展的微观机制。上海交通大学谢高峰[52]在原有真空丧失后验证设备安全性和绝热性能指标的基础上，系统地开展了高真空多层绝热低温容器真空丧失实验和传热机理研究，为全面了解发生完全真空丧失事故对高真空多层绝热低温容器绝热夹层绝热及低温液体贮存过程的影响规律积累了研究经验。

1.6 车载液氢气瓶增压设计和增压传热

有别于传统车载低温气瓶，车载液氢气瓶可靠性和性能要求更为严苛。针对基于疲劳失效的车载液氢气瓶结构设计，结合在役车载低温气瓶失效规律，现有增压方式无论是发动机冷却水和电加热联合增压、热气回流增压、真空压力控制增压方式均无法满足车载液氢气瓶的结构可靠性以及燃料电池供氢条件温度、压力和流量的需求。如何实现车载液氢气瓶稳定、高效的增压汽化及结构安全可靠，如何预测车载液氢气瓶的增压传热性能，国内外均处于研究起步阶段，这也是目前车载液氢气瓶最棘手的技术瓶颈。

20 世纪90 年代开始，国外就已经开始了对液氢燃料电池汽车的供氢方式的研究工作，其中车载液氢气瓶稳定增压传热技术难以满足规模生产的需求[53-55]。但随着LNG汽车和高压氢燃料电池汽车的规模应用和持续研究，车载液氢气瓶的增压传热设计有了新的思路和突破。Wang 等[56]基于燃料电池用氢条件，模拟了高压储氢气瓶的供氢规律，提出了压力、流量控制的方法。上海交通大学齐超等[57]通过CFD 方法对长期在轨运行的新型液氧燃料箱的压力、温度、气液相界面进行了模拟，建立了均相模型和低温燃料箱性能预测规律。兰州理工大学金树峰等[58]提出了气瓶稳定供气的条件，并建立了稳定供气过程中空温式汽化器汽化量与发动机燃料流量的关系式，为LNG 汽车自增压系统设计提供了参考。中国航天科技集团公司赵康[59]从传热学、热力学和流体力学的角度，对车载液态储氢供氢系统中的汽化器开展了理论和实验研究，提出了适合不同换热区的换热关联式和汽化器设计计算方法，得到了该形式的外置汽化器在不同供气流量和循环水流量下流体温度、流动压降和管壁最低温度等参数，得到了车载液氢汽化器换热规律。增压设计和增压传热研究的核心是供氢过程中的温度、压力和流量变化规律，通过实验与模拟得出适用性强的经验模型，进而指导设计。

2 存在的问题

2.1 液氢气瓶材料韧脆转变

根据以上相关研究发现，液氮温区材料力学性能研究和韧脆转变特性研究已经比较成熟。但对于液氢气瓶所用材料的研究仍存在较多难点，主要表现为液氢温区材料力学性能数据严重缺乏，材料成分与韧脆转变温度之间的关系不明确，低温装备设计选材时未考虑韧脆转变特性。未来只有积累足够的基础数据，形成液氢温区材料行为退化和组织演变规律，得到基于材料脆断失效的材料行为预测方法和力学性能数据库，才能实现液氢环境选材的可靠策略和材料的本质安全。

2.2 车载液氢气瓶静动力学分析

目前研究领域大多是对低温绝热气瓶动力学特性的研究，针对车载液氢气瓶的静动力学分析较少，主要以模态分析为主来确定结构的固有频率和振型，防止与环境激励相近而产生较大共振现象。液氢气瓶的存储温度越低，对内胆、外壳以及绝热支撑的要求也就越高。后续对车载液氢气瓶的强度计算、静力学分析具有较为迫切的需求，同时在静态结构应力的基础上进行动力学特性分析十分必要。

2.3 车载液氢气瓶疲劳寿命

目前振动特性的研究仅针对车载LNG 气瓶，疲劳寿命的研究仅在少量高压化工机械中有所研究，缺乏针对车载液氢气瓶的振动特性的理论和实验研究经验，与车载液氢气瓶实际失效模式和可靠性高度相关的疲劳寿命缺乏有效的预测手段。液氢气瓶的振动破坏是实际行驶过程中主要破坏方式之一，建立车载液氢气瓶的疲劳寿命预测方法，掌握气瓶实际行为规律，进一步优化气瓶结构，提高液氢气瓶的抗疲劳破坏能力。

2.4 车载液氢气瓶使用过程及真空丧失后的绝热性能

针对低温绝热气瓶、低温绝热容器的绝热性能研究已经比较成熟。但研究车载液氢气瓶仍存在较多难点，主要表现为液氢瓶更加注重使用中的安全性能，包括过载、振动、真空失效、火烧、撞击、枪击等测试工作，这就决定了液氢瓶的绝热形式以及性能与常规低温绝热气瓶有所差异。建立车载液氢气瓶的绝热设计方法，得到真实介质下及真空丧失后的车载液氢气瓶绝热性能影响规律，才能解决车载液氢气瓶实际工程应用环节的关键难题。

2.5 车载液氢气瓶增压设计和增压传热

现阶段关于车载低温气瓶增压性能的研究，主要研究对象为液化天然气气瓶的外置气化器增压工艺。虽然车载液氢气瓶属于车载低温气瓶，但其气化潜热、介质温度更低，结构型式和以前的车载低温气瓶有较大差别。由于氢燃料电池进气条件对于气体流量、压力、温度有更高的要求，进一步改进增压设计，掌握车载液氢气瓶增压传热规律，车载液氢气瓶才能满足实际工程应用的要求。

综上可知，在液氢气瓶材料韧脆转变性、车载液氢气瓶静动力学分析、车载液氢气瓶疲劳寿命、车载液氢气瓶使用过程及真空丧失后的绝热性能、车载液氢气瓶增压设计和增压传热等方面，高性能的液氢材料选择、运行中液氢气瓶的稳定性、液氢气瓶的抗疲劳性能、极端工况下的液氢气瓶绝热性能维持时间、液氢气瓶的增压设计准则等将为液氢气瓶更加安全、可靠地满足使用要求提供前期基础。

3 结语

近年来，氢能源发展十分迅猛，低温液氢气瓶具备便于利用、储氢密度高、无损储存时间长的特点，目前已成为国内外热门的研究方向。作为一种既需要结构本质安全又需要良好的绝热保温性能的新型气瓶，其储用过程的真空稳定性、绝热平衡性能、使用过程中状态参数变化规律均尚未探明。只有在现有基础上，把各个技术难题攻克才能真正推动液氢上车的民用进程。

现阶段一些文献对低温液氢气瓶存储性能开展了初步的研究，也取得了一些进展和技术积累，但仍然存在一些问题。

（1）国内外对低温绝热气瓶的储存性能和结构强度开展了理论与实验研究，但对低温液氢气瓶储用过程中性能缺乏基础实验研究，实际性能与理论匹配程度上缺乏实验数据支撑。尤其对于新型车载液氢气瓶，其材料可靠性、结构本质安全、超低温高性能绝热、增压传热特性等关键设计环节存在较大的研究空白。

（2）尽管欧美等国提出了车载液氢气瓶的设计和制造思路，并开展了一些存储性能的研究，但还主要集中在理论模型上。对于该类气瓶，储用过程中的性能规律研究处于起步阶段，尚未形成相应实验装置，实验方法和评价指标更是基本空白，相应数据和经验非常缺乏。

未来基于车载液氢气瓶低温脆断、疲劳失效、真空丧失等典型失效模式，从材料韧脆转变特性、结构安全可靠性、绝热性能、增压设计及增压传热特性等方面，开展车载液氢气瓶设计关键技术的研究具有十分重要的研究价值。只有攻克这类设计关键问题，不仅可以为车载液氢气瓶的高性能安全使用打下良好的基础，也对车载液氢气瓶的进一步发展完善有实际的指导意义。未来随着研究和产业化的进程，车载低温气瓶形式的液氢储存方式在节能、安全方面具有明显的优势，相关研究的发展健全更是具有重要的科学意义、普遍的现实需要和广泛的应用前景。