CN101039813A - 一种车辆及用于车辆的燃料存储系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车辆及用于车辆的燃料存储系统。车架形成边框结构，其具有第一和第二末端以及总体上敞开的中心内部，以车体车架分离结构接收多个车体的任意一种。燃料电池组与车架的一个末端相邻，燃料储罐沿车架长度方向置于车架的中心内部。燃料储罐为燃料电池提供燃料源，并且充当一个从车架一端到另一端的燃料输送管道。燃料存储系统可以包括一个用于燃料储罐的非刚性安装结构，从而使燃料储罐实质上独立于车架的运动。

Description

一种车辆及用于车辆的燃料存储系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2004年10月29日提交的序列号为60/623,255的美国临时申请的权益。

技术领域

本发明涉及一种车辆及用于车辆的燃料存储系统。

背景技术

由于非传统的交通工具，如混合动力电动车(hybrid electric vehicles，HEVs)和燃料电池车(fuel cell vehicles，FCVs)，开始得到认可，车辆设计师们正努力使这些新型车辆具有驾驶员期望的与传统车辆一样的一些特征。例如，如果车辆在需要补给燃料之前不能行驶300英里，那么它就可能不会被普通消费者所接受。至于燃料电池车(FCV′s)，设计师已经向提供足够的燃料存储以确保车辆在未补给燃料的情况下能够行驶300英里或以上发起挑战。

在某种程度上来讲，所有的设计需要寻求竞争利益。比如，在车辆的燃料存储系统尺寸增大的情况下，有必要考虑这种增加对乘客空间和舒适度、存储空间的影响。例如2005年7月28日公开的公开号为2005/0161934的莱孚(Rife)等人的美国专利申请公开了一种装配有氢燃料储罐的车体。莱孚等公开了一种车架，其包括一个具有沿车架长度方向延伸的具有中心通道的地板，一个与中心通道结合成整体的燃料储罐。莱孚等说明了底盘强度的增加，其缘于较大的通道，而通道尺寸的增大是为了容纳燃料储罐。

莱孚等描述的车架的局限性之一在于每一种不同车型必须加以改造以产生一个足够大的容纳燃料储罐的通道。这一问题显现于一体式车体结构，在该车体结构中每一车体是为了满足车辆的美观和结构的需要。这与采用车身车架分离式结构(body-on-frame)形成对比，该结构中，车体的许多结构部件可以在底盘里找到，底盘设置成可以容纳大量车体中的任意一个，因此，它可以用于多个车辆平台。莱孚等描述的车架的另一个局限性在于设置通道以容纳储罐时有必要增加车体的强度，这会减少车辆设计师可利用的选择。

因此，需要一种用于包括燃料储罐，具体说是可以存储压缩气体的车辆的燃料存储系统，该存储系统足够大，以使车辆在补给燃料之前可以行驶较长的行程。此外，需要一种无需改变车体就可以安装燃料储罐的燃料存储系统。还需要一种具有不降低车体强度的燃料存储系统的车辆。

发明内容

本发明的一个优点在于提供一种可以适应车架的车辆燃料存储系统，使得大量的不同车体中的任何一种均可以安装到车架上，而车体无需改造以容纳燃料存储系统。这样可以使同一个燃料存储系统安装到一个车架上，并可以用于多个车辆平台。

本发明的另一个优点在于提供一种具有燃料存储系统的车辆，该燃料存储系统包括能够保存压缩氢气的燃料储罐，其中上述车辆在需要补给燃料之前可以行驶超过300英里。

本发明的另一个优点在于提供一种不必增加车体强度的燃料存储系统，从而为车辆设计师在选择机身设计时提供更大的灵活性。

本发明的另一个优点在于提供一种可以利用单个燃料储罐的燃料存储系统，因此与多储罐系统相比其重量减轻。

本发明还提供了一种包括车架的车辆燃料存储系统，上述车架包括第一和第二两个相对纵梁，设置在第一和第二纵梁间的第一和第二横梁。车架设置成接收多个车体中的任何一个，从而形成车身车架分离式车辆结构。单个的，通常为圆柱形的氢燃料储罐沿着车架长度方向位于纵梁之间。一个非刚性的安装结构用来将储罐固定到车架上。安装结构允许储罐移动，从而解决了储罐分别在加压或减压时的扩大和缩小。

本发明还提供一种包括车架的车辆燃料存储系统，上述车架形成一个具有第一和第二末端、一个总体上敞开的中心内部的边框结构。车架设置成接收多个车体中的任何一个，从而形成车身车架分离式车辆结构。燃料存储系统位于沿车架长度方向的中心内部。储罐包括分别与车架末端相邻的第一和第二末端。储罐的每一末端允许燃料从中通过，因此允许燃料在储罐的一个末端输入，在储罐的另一个末端输出，这样储罐形成一个沿车架长度方向的燃料输送管道。

本发明还提供了一种包括燃料存储系统的车辆。上述车辆包括一个形成边框结构的底盘，其具有第一和第二末端、一个总体上敞开的中心内部。上述底盘设置成接收多个车体中的任何一个，从而形成车身车架分离式车辆结构。燃料电池组与车架的第一末端相邻，可用于接收燃料和输出电能。一个燃料储罐位于沿底盘长度方向的中心内部，用于向燃料电池提供燃料源。储罐包括一个与燃料电池组相邻的燃料出口，和一个与底盘的第二末端相邻的燃料入口。这样，储罐形成一个沿底盘长度方向的燃料输送管道。

附图说明

图1A和图1B分别为根据本发明的车辆的侧视图和俯视图；

图2为根据本发明的燃料存储系统的等轴测视图；

图3为图2所示燃料存储系统的局部等轴测视图，一个车体安装在其上；

图4为燃料储罐前部及燃料存储系统安装结构的局部等轴测视图；

图5为燃料储罐后部及安装结构的局部视图；

图6为图4所示的安装结构的一部分的正视图；

图7为图5所示的安装结构的一部分的正视图；

图8表示根据本发明另一实施例的燃料存储系统，其中燃料储罐牢固地固定在车辆车架上。

具体实施方式

图1A和图1B表示根据本发明一个实施例的车辆10。车辆10为一种利用氢气作为燃料发电以驱动车辆10的燃料电池车。如图1A所示，车辆10包括一种具有大体积，总体上为圆柱形的燃料储罐14的燃料存储系统12。燃料储罐14用于保存压缩氢气，具体地说，燃料储罐14足够大，以存放足够多的气体，以使车辆10在需要补给燃料之前能够行驶超过300英里。储罐14向位于车辆10前部附近的燃料电池组或电池堆16提供氢气。燃料电池堆16利用燃料储罐14提供的氢气产生能够被前后电驱动桥18，20直接利用或存储在电池22中以备后用的电。

预期储罐14足够大，如350-400升，足以存储8-12公斤的压缩氢燃料。具有这种尺寸的储罐有助于确保车辆10在没有补给燃料时至少能够行驶300英里，同时，不会影响后备箱空间、载货容积、后座高度或板件。当然，可以使用不同尺寸的储罐，其存储能力不仅依赖于体积，而且还依赖于压力。例如，压力超过5000磅/平方英寸(psi)时，体积小于350升的储罐也可能存储8-12公斤氢燃料。但是，本发明可使使用相对较大的燃料储罐成为可能，如果需要的话。

车辆10还包括一个压缩机24，其向燃料电池堆16提供空气，有利于燃料电池堆16内的发电反应。换热器26用于冷却燃料电池堆16。如图1B所示，燃料储罐14位于沿车辆10长度方向的中央。传统的车辆中，该空间大量被传动装置和传动轴占用，它们在燃料电池车10中都不存在。通过将储罐14放置在车辆10的中心部位，减小了对客舱空间和座位数的影响。具体地，车辆10仍可以提供三排座位，包括第三排长座椅28，第二排凹背摺椅30、31，和前排凹背摺椅32、34。因此，车辆10具有以下优点：在减小对乘坐空间和货舱空间负面影响的同时，提供一个较大压缩气体储罐以确保较长行驶范围。

从图1A和图1B可以看出，车辆10具有车身车架分离式结构，这样一个单一车架设计可以容纳多个不同的车体。在图2中，表示车辆10的底盘，或车架36与燃料储罐14和存储系统12的其它部件相分离。如图2所示，车架36形成具有第一和第二末端40、42和一个总体上敞开的中心内部44的边框结构38。如图3所示，车架36设置成接收车体46，具体说，车架36可以接收多个不同类型车体的任意一种，因此可以增加车辆10的设计灵活性。返回到图2，表示车架36包括第一和第二相对纵梁48、50和设置在第一和第二纵梁48、50之间的多个横梁，横梁包括第一和第二横梁52、54。

参照图2和图3，车辆10的前部56和后部58总体上与车架36的第一和第二末端40，42相对应。储罐14可以用许多不同的方式紧固到车架36上。例如，如图2所示的实施例，燃料存储系统12包括一个非刚性安装结构56。如图4-7中更详细所示，安装结构56使储罐14柔性固定在车架36上从而紧固储罐14，还可以在储罐14加压和减压时伸长和缩短。弹性安装结构56同样允许储罐14在车辆10处于运行状态时实质上独立于车架36的弯曲和扭转运动。

图4表示储罐14的一部分，具体说是朝向车辆10前方56的部分。储罐14包括一个沿储罐14大部分长度的方向总体上具有恒定直径的中部58。储罐14包括一个形成第一颈部60的第一末端，其直径远小于中部58的直径。参照图5，同样可以看出在储罐14的后部为第二颈部62，其直径也远小于储罐14的中部58的直径。因为燃料电池堆16(参见图1A和图1B)朝向车辆10的方56，所以燃料输送系统64安装在储罐14的前末端。

燃料输送系统与燃料电池堆16固定连接，并可以计量燃料电池堆16所需的压缩氢气。同样地，如图5所示，燃料接收系统66位于储罐14的后部。燃料接收系统66可将燃料源的压缩氢气补给到储罐14中。由于储罐14具有可供气体通过的两个末端，储罐14充当着沿车辆10长度方向上的燃料输送管道。这种结构有助于减少额外的燃料管线和/或管道，如果储罐14较短或者只能通过一个末端进出储罐14内部时，额外的燃料管线和/或管道将是必要的。

如图4和图5所示，安装结构56包括分别位于储罐14前部和后部的第一和第二部分68，70。图6表示与储罐14分离的安装结构56的第一部分68。如图6所示，安装结构56的第一部分68包括一圆环状部分或安装环72，其被设置成环绕第一颈部60(参见图4)。

安装环72设置为一开口环夹，具有槽74。这种结构可使安装环72紧固环绕储罐14的颈部60。螺钉76，78和各自的螺母80，82，不仅将安装环72保持在支架84上，而且旋紧螺钉78和螺母82还可以使安装环72紧固环绕储罐14的颈部60。如上所述，安装结构56为非刚性安装结构。为了便于安装这种附件，第一部分68，具体说是支架84，包括一对从安装环72的侧面向外延伸的伸出部或延长部件86，88。每一延长部件86，88通过各自的弹性安装结构90，92安装在车架36的一部分上。

弹性安装结构90，92可以包括弹性材料或其他柔性材料，当车架36弯曲和扭曲时，其可以使支架84保持相对固定。每一个弹性安装结构90，92可通过与安装环72上所使用类似的螺母和螺钉结构安装到车架36上，。由于安装环72紧固锁定在第一颈部60周围，支架84固定在车架36上，所以用于安装结构56的第一部分68的这样一个安装结构的结果是限制了储罐14靠近前端的纵向移动，。因为储罐14在加压时可能沿周向和纵向膨胀，所以安装结构56的第二部分70与第一部分68具有不同的结构。

转向图7，可以看出安装结构56的第二部分70也包括圆环部分或安装环94。安装环94接收储罐14的第二颈部62。不同于夹子72，安装环94不是弹性安装到第二颈部62。更准确地说，第二颈部62仅通过孔96刚刚凸出，孔大小足以使第二颈部62纵向移动。因而，利用安装结构56的第二部分70，螺钉98，100和螺母102，104仅仅将安装环94保持在支架106上；它们不是刚性夹紧第二颈部62。

支架106还包括两个从安装环94的侧面向外延伸的伸出部或延长部件108，110。对照图6和图7可以看出，支架84，106的结构有微小差异。因为车架36设置的方式，两个支架84，106之间的差异增加了整个包装和保存空间的利用率。返回图7，可以看出支架106还包括弹性安装结构112，114。同第一部分68中与其对应的部件一样，第二部分70上的弹性安装结构112，114可以由弹性材料或其它柔性材料制成，当车架36扭曲和弯曲时，其可以使支座106保持相对固定。支架106同样也可以通过螺钉和螺母或其它扣件，通过弹性安装结构112，114固定在车架36的一部分上。如图3所示，安装结构56不包括环绕储罐14中部58的圆环状附加装置。向储罐14加压时，这种附加装置便于其径向移动或周向膨胀。

图8表示本发明的另一实施例，包括车辆底盘或车架36′的局部分解图。车架36′与图2所示的车架36类似设置；因此，车架36′的特征用使用带撇符号(′)的数字来表示相似的部件。车架36′形成边框结构38′，图8中没有给出边框结构38′的末端。车架36′包括其中放置有燃料储罐14′的总体敞开的中心内部44′。与车架36一样，车架36′作为车身车架分离式结构的一部分，这样，多个不同车体的任意一个都可以固定在车架36′上。

图2所示的燃料存储系统12与图8所示的燃料存储系统12′之间的一个明显的差异是燃料储罐14，14′的固定。具体说，储罐14′使用包括多个箍带116，118，120的刚性固定结构固定到车架36′上。箍带紧固到储罐14′上，它还被固定在车架36′上，因而充当了附加的横梁。当然，箍环116，118，120中的每一个箍环允许储罐14′在加压时产生径向膨胀。使用图8所示类型的安装结构可增加车架，比如车架36′的强度。这种增大的强度在某些情形下会是一个优点；然而，如上所述和其它附图所示，本发明还预期提供一种不会对车架的刚性产生一点影响的非刚性安装结构。因此，本发明提供了有关燃料存储系统和车辆的灵活性。

虽然已对实施本发明的最佳方式进行了详细说明，然而本发明所属技术领域的技术人员还是可以认识到用于实现权利要求所限定的本发明的各种可选设计和实施例。

Claims (21)

1.一种用于车辆的燃料存储系统，包含：

车架，包括第一和第二相对的纵梁，位于第一和第二纵梁之间的第一和第二横梁，该车架设置成用于接收多个车体中的任意一个，从而形成车身车架分离式车辆结构；

一个单个的，总体上为圆柱形的氢燃料储罐，其沿着车架长度方向位于纵梁之间；以及

用于将储罐安装到车架上非刚性的安装结构，该安装结构允许储罐移动，从而解决了储罐分别在加压或减压时的扩大和缩小。

2.根据权利要求1所述的燃料存储系统，其特征在于储罐包括第一和第二端部，储罐每一端部的直径比储罐中部的直径小，从而分别成为第一和第二颈部，以及

安装结构包括用于将第一颈部安装到车架上的第一部分和用于将第二颈部安装车架上的第二部分。

3.根据权利要求2所述的燃料存储系统，其特征在于安装结构的第一部分限制储罐纵向的移动，安装结构的第二部分便于储罐的纵向移动。

4.根据权利要求3所述的燃料存储系统，其特征在于安装结构的第一部分包括环绕第一颈部的圆环形部分，安装结构的第二部分包括环绕第二颈部的环行部分，安装结构不包括环绕储罐中部的圆环形附加装置，从而便于储罐的径向移动。

5.根据权利要求4所述的燃料存储系统，其特征在于安装结构的第一和第二部分分别包括一对从其各自的圆环形部分的侧面向外延伸的延长部件，每一延长部件安装到车架的一部分上。

6.根据权利要求5所述的燃料存储系统，其特征在于安装结构的每一个第一和第二部分的至少一个延长部件包括与车架的各自部分的弹性连接，从而使储罐实质上独立于车架的弯曲和扭转运动。

7.一种用于车辆的燃料存储系统，包含：

车架，其形成具有第一和第二末端以及总体上敞开的中心内部的边框结构，上述车架可以接收多个车体中的任意一个，从而形成车身车架分离式车辆结构；以及

位于中心内部沿车架长度方向的燃料储罐，上述储罐包括分别与车架末端相邻的第一和第二末端，储罐的每一个末端允许燃料从中通过，从而允许燃料从一个末端输入而在另一个末端输出，这样一个形成沿车架长度方向的燃料输送管路。

8.根据权利要求7所述的燃料存储系统，还包含用于将储罐安装到车架的安装结构，上述安装结构包括分别将第一和第二储罐末端安装到车架的第一和第二部分。

9.根据权利要求8所述的燃料存储系统，其特征在于安装结构包括第一和第二部分，每一第一和第二部分分别包括一个安装环和一对从各安装环向外延伸的延长部件，每一个延长部件安装到车架的一部分上。

10.根据权利要求9的燃料存储系统，其特征在于其中的一个安装环限制储罐的横向移动，另一个安装环便于储罐的横向移动。

11.根据权利要求10的燃料存储系统，其特征在于安装结构的每一第一和第二部分的至少一个延长部件包括与车架的弹性连接，从而使储罐实质上独立于车架的弯曲和扭转运动。

12.根据权利要求11所述的燃料存储系统，其特征在于储罐包括介于其两个末端之间的中部，并且

安装结构仅仅包括第一和第二部分，因此便于储罐中部的径向膨胀和收缩。

13.根据权利要求7所述的燃料存储系统，还包含一个用于将储罐安装到车架上的刚性安装结构，这样储罐增强了车架的刚性。

14.一种包括燃料存储系统的车辆，上述车辆包括：

底盘，其形成具有第一和第二末端、一个总体上敞开的中心内部的边框结构，上述底盘设置成接收多个车体中的任意一个，从而形成车身车架分离式车辆结构；

与底盘的第一末端相邻的燃料电池组，燃料电池组用于接收燃料和输出电能；以及

底盘长度方向位于中心内部部用于向燃料电池提供燃料源的燃料储罐，该储罐包括一个与燃料电池组相邻的燃料出口，一个与底盘的第二末端相邻的燃料入口，储罐形成一个沿底盘长度方向的燃料输送管道。

15.根据权利要求14所述的车辆，其特征在于储罐总体上为圆柱形，车辆还包含用于将储罐安装到底盘的非刚性安装结构，安装结构允许储罐的纵向和径向移动，从而解决了储罐分别在加压或减压时的扩大和缩小。

16.根据权利要求15所述的车辆，其特征在于储罐包括第一和第二末端，每一个储罐末端的直径小于储罐中部的直径，从而分别形成第一和第二颈部，并且

安装结构包括一个用于将第一颈部安装到底盘的第一部分和用于将第二颈部安装到底盘的第二部分。

17.根据权利要求16所述的车辆，其特征在于安装结构的第一部分限制储罐的纵向移动，安装结构的第二部分便于储罐的纵向移动。

18.根据权利要求17所述的车辆，其特征在于安装结构的第一部分包括环绕第一颈部的圆环形部分，安装结构的第二部分包括环绕第二颈部的圆环形部分，安装结构不包括环绕储罐中部的圆环形附加装置，从而便于储罐的径向移动。

19.根据权利要求18所述的车辆，其特征在于上述安装结构的第一和第二部分分别包括一对从其各自的圆环部分的侧面向外延伸的延长部件，每一个延长部件安装到底盘的一部分上。

20.根据权利要求19所述的车辆，其特征在于安装结构的每一个第一和第二部分的至少一个延长部件包括与底盘的各自部分的弹性连接，从而使储罐实质上独立于底盘的弯曲和扭转运动。

21.根据权利要求14所述的车辆，还包含一个用于将储罐安装到底盘的刚性安装结构，这样储罐增强了底盘的刚性。

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