CN110809692A - 用于车辆的压力容器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的压力容器系统(100)。该系统(100)包括用于容纳燃料的压力容器(110)以及燃料管线，该燃料管线构造用于将燃料从压力容器(110)引至燃料消耗器(101)。此外，系统(100)包括截止单元(115)，其构造用于在初始状态中阻止燃料从压力容器(110)进入燃料管线(112、117)中。系统(100)还包括用于截止单元(115)的控制单元(215)，该控制单元构造用于在电能作用下使截止单元(115)从初始状态转换到激活状态，在激活状态中燃料可从压力容器(110)进入燃料管线。此外，系统(100)还包括连接至车辆的车载电网的导电连接装置(105)，通过该导电连接装置可提供用于控制截止单元(115)的电能。系统(100)还包括访问接口单元(122)，通过其可在没有来自车辆的车载电网的电能可用时由外部电源(134)提供用于控制截止单元(115)的电能。

Description

用于车辆的压力容器系统
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的压力容器系统，其包括一个或多个用于容纳燃料的压力容器。
背景技术
道路车辆可具有燃料电池，该燃料电池基于燃料、如氢产生电能以运行、尤其是驱动车辆。燃料可存储在车辆的一个或多个压力容器或压力罐中。燃料可通过阀从压力容器流到车辆的燃料电池。压力容器可设置在车辆的底部上或底部组件中。
发明内容
在某些情况下、如基于事故，车辆的一个或多个压力容器应转换到安全状态中。本文涉及的技术问题是，提供一种用于车辆的压力容器系统，其允许可靠且有效地将压力容器系统的一个或多个压力容器转换到安全状态中。
所述任务通过独立权利要求的特征解决。有利的实施方式此外在从属权利要求中被描述。应当指出，独立权利要求的从属权利要求的附加技术特征在没有独立权利要求的特征或仅与独立权利要求的部分特征组合的情况下也可构成独立于独立权利要求所有特征组合的独立发明，其可以是独立权利要求、分案申请或后续申请的技术方案。这同样适用于说明书中描述的技术教导，其可形成独立于独立权利要求特征的发明。
根据一方面，描述了一种用于车辆(尤其是用于道路车辆)的压力容器系统。该压力容器系统包括用于容纳燃料(尤其是用于容纳氢)的压力容器。此外，压力容器系统包括燃料管线，该燃料管线构造用于将燃料从压力容器引至燃料消耗器(尤其是燃料电池或燃料电池堆)。压力容器系统可包括多个压力容器，这些压力容器分别构造用于存储用于燃料消耗器的燃料。压力容器中的燃料可相对于大气压具有350bar、700bar或更高的压力。
压力容器系统还包括至少一个截止单元(尤其是阀)，其构造用于在初始状态中阻止燃料从压力容器进入燃料管线中。通常，压力容器系统对于压力容器系统的每个压力容器具有至少一个截止单元。
此外，压力容器系统包括至少一个用于截止单元的控制单元，该控制单元构造用于在电能的作用下使截止单元从初始状态转换到激活状态，在激活状态中燃料可从压力容器进入燃料管线中。截止单元因此可在未通电状态中关闭。此外，截止单元可通过电流打开。例如可借助电流使控制单元中的电磁体产生磁场，以打开截止单元。通过使用截止单元(其在初始状态中(即在没有电能供应时)关闭并且只能通过主动提供电流才能打开)可确保可靠地关闭压力容器系统的所述一个或多个压力容器。
压力容器系统通常包括连接至车辆的车载电网的导电连接装置，通过该导电连接装置可提供用于控制截止单元的电能。截止单元的控制单元可直接通过导电连接装置或通过内部接口单元(如通过车辆内部插塞连接)与车辆的车载电网和/或车辆内部控制单元连接。因此，能够在车辆运行的范围中(例如用于驱动车辆)可靠地控制(即根据需要打开)压力容器的截止单元。
此外，压力容器系统包括访问接口单元，通过该访问接口单元可在没有来自车辆的车载电网的电能可用时由外部电源提供用于控制截止单元的电能。因此，可通过访问接口单元独立于车辆的车载电网来提供电能，以打开压力容器的截止单元。因此，压力容器可独立于车辆车载电网打开，以便将燃料引至燃料管线中并且进一步从压力容器系统引出。因此可实现压力容器系统的可靠且有效的释放(例如在车辆发生事故之后由救援人员进行)。尤其是压力容器系统的一个或多个压力容器可以以可靠且有效的方式转换到安全状态中。
访问接口单元可构造用于与外部接口单元形成插塞连接，以便由外部电源提供电能。外部接口单元可以是泄压单元的一部分，泄压单元包括外部电源，该外部电源可经由外部接口单元耦联到访问接口单元并且耦联到截止单元的控制单元。例如访问接口单元可构造为插座，构造为插头的外部接口单元可插入其中。然后通过插塞连接可以以可靠且有效的方式提供电能，以打开压力容器的截止单元。
访问接口单元可设置在压力容器系统和/或车辆的便于使用者舒服接近的部位处。例如访问接口单元可设置在其中安装有压力容器系统的车辆的车身上。因此可方便地向压力容器的截止单元的控制单元供应电能。
访问接口单元可包括或具有编码。该编码可专用于压力容器系统。尤其是访问接口单元可专门针对压力容器系统标准化。编码例如可通过一个或多个凹槽和/或销钉实现。通过使用专门编码的访问接口单元(其只能与相应编码的外部接口单元形成连接)可确保压力容器的截止单元不会由外部单元以不允许的方式供电并因此打开。
导电连接装置可具有分支和/或转接器，其构造用于将控制单元导电连接至车辆的车载电网(例如通过内部接口单元)和访问接口单元。因此能够在需要时(例如基于事故或维护)以可靠的方式启用车辆外部电源。
压力容器系统可包括开关元件，该开关元件构造用于将访问接口单元与控制单元导电连接或与控制单元分离。尤其是可通过开关元件闭合或断开访问接口单元与控制单元之间的导电连接。开关元件例如可以是继电器和/或半导体开关元件(如MOSFET或IGBT)。
开关元件可构造用于在标准运行状态中将访问接口单元与控制单元分离。因此，在压力容器系统和/或车辆的正常运行中，访问接口元件可与截止单元的控制单元分离。因此能够可靠地避免外部电源对控制单元的不允许的通电。
另一方面，开关元件可构造用于响应于触发信号、尤其是响应于事故信号将访问接口单元与控制单元导电连接。触发信号例如可由其中安装有压力容器系统的车辆的控制单元发出。通过闭合开关元件可确保，在需要时能进行外部供电以打开压力容器的截止单元。
压力容器系统可包括泄压阀，该泄压阀构造用于将燃料从燃料管线引至压力容器系统的周围环境中、尤其是车辆的周围环境中。泄压阀可包括如下阀，其在初始状态中关闭，从而燃料无法从燃料管线进入周围环境。另一方面，泄压阀可打开以使燃料进入周围环境。
此外，压力容器系统可包括联接元件，外部泄压通道可连接到该联接元件上，以便能将燃料从燃料管线排出。泄压通道例如可包括管或软管，通过其可引导燃料。泄压通道可用于仅在距压力容器系统或车辆一定距离处才将燃料释放到大气中。泄压通道例如可通过互补的联接元件固定在压力容器系统的联接元件上，从而在燃料管线和泄压通道之间形成(尤其是相对于燃料)气密的导气连接。
泄压阀通常设置在燃料管线和联接元件之间。此外，联接元件可构造用于在外部泄压通道已连接到联接元件上时打开泄压阀。例如可通过将泄压通道的互补联接元件连接到压力容器系统的联接元件上来打开泄压阀。泄压阀的打开可通过联接元件和泄压阀之间的机械或电连接来实现。
压力容器系统可包括压力转换器，该压力转换器构造用于降低压力容器和燃料消耗器之间的燃料管线中的燃料压力(例如从300bar以上降低到20bar以下)。泄压阀和联接元件可设置在压力转换器和燃料消耗器之间的燃料管线区段上(即在压力容器系统的低压区域中)。因此可允许有效地排出燃料。
作为替代方案，泄压阀和联接元件可设置在压力容器和压力转换器之间的燃料管线区段上(即在压力容器系统的高压区域中)。因此，可允许快速排出燃料。
必要时压力容器系统可分别在高压区域和低压区域中具有联接元件，以便允许根据需要有效且快速地排出燃料。
联接元件(用于排出燃料)和访问接口单元(用于控制压力容器的截止单元)可彼此紧邻设置。例如可在车辆上提供易于使用者接近的泄压部位，联接元件和访问接口单元均设置在该泄压部位处。因此可实现压力容器系统的压力容器的便捷的排出燃料。
根据另一方面，描述了一种车辆、尤其是道路车辆、如轿车、货车或巴士，其包括本文中描述的压力容器系统。
根据另一方面，描述了一种用于压力容器系统的泄压单元。压力容器系统可如本文中所描述那样构造。泄压单元包括(外部)接口单元(即相对于压力容器系统而言的外部)，该接口单元构造用于与压力容器系统的访问接口单元连接。尤其是泄压单元的(外部)接口单元可与压力容器系统的访问接口单元形成导电的插塞连接。
此外，压力容器系统包括(外部)电源(如12V或48V电源)，其构造用于通过外部接口单元向压力容器系统的控制单元提供电能，以使压力容器系统的压力容器的截止单元从初始状态转换到激活状态。
此外，泄压单元可包括控制单元，该控制单元构造用于生成控制信号并且提供给外部接口单元，以使控制单元将截止单元转换到激活状态。在此，控制单元可构造用于尤其是借助脉冲宽度调制来调制用于控制单元的电流以生成控制信号。通过调制电流来打开截止单元还可避免控制单元的过载(如电磁体的过载)。
通过提供相对于压力容器系统位于外部或相对于其中安装有压力容器系统的车辆位于外部的泄压单元，可实现压力容器系统的压力容器的有效且可靠的排出燃料。
应指出，本文中所描述的方法、装置和系统不仅可单独，而且也可结合其它本文中所描述的方法、装置和系统来使用。另外，本文中所描述的方法、装置和系统的任何方面可以以多种方式相互组合。尤其是权利要求的特征可以以多种方式相互组合。
附图说明
下面参考实施例详细阐述本发明。附图如下：
图1和2示出用于车辆的示例性压力容器系统；并且
图3示出用于将压力容器转换到安全状态的示例性方法的流程图。
具体实施方式
如上所述，本文涉及用于机动车的压力容器系统，尤其是压缩氢存储系统(＝CHS系统)。压力容器系统用于存储在环境条件下为气态的燃料。压力容器系统例如可用在借助压缩天然气(CNG)或液化天然气(LNG)或氢气运行的机动车中。
这种压力容器系统包括至少一个压力容器或压力罐。压力容器例如可以是低温压力容器(＝CcH2)或高压气体容器(＝CGH2)。
高压气体容器构造用于大致在环境温度下以约350barg(＝相对于大气压力的过压)、更优选约700barg或更大的标称运行压力(NWP)持久存储燃料。低温压力容器适用于在远低于机动车运行温度的温度下以上述运行压力存储燃料。
图1示出具有压力罐或压力容器110的示例性压力容器系统100，该压力罐或压力容器可用于向车辆的燃料消耗器(如燃料电池)101提供燃料(尤其是氢)。压力容器110通过燃料管线112、117与燃料消耗器101连接。
压力容器110可在端面上具有端部件111，这些端部件可在制造压力容器110时用于保持压力容器110。此外，可在端部件111上设置开口，燃料可通过该开口被引出压力容器110(例如经由阀115被引至管线112)。在压力容器110的开口处也可设置泄压装置(未示出)，该泄压装置可在存在特定触发条件时(如在存在特定温度时)触发，以便将压力容器110中的燃料排放到压力容器110的周围环境中，以减小压力容器110中的压力。
压力容器110的一个或多个阀115(通常称为截止单元)通常在初始状态中关闭，使得没有燃料可通过一个或多个阀115从压力容器110逸出。压力容器110的阀115可通过一条或多条电线105与控制器102连接，该控制器102构造用于将阀115与电流源和/或电压源(如车辆的12V车载电网)连接，以使阀115从关闭的初始状态转换到打开的激活状态。在此只要阀115与电流源和/或电压源耦联，阀115就可保持在打开的激活状态中。另一方面，一旦阀115与电流源和/或电压源断开，则阀115可自动返回初始状态。控制器102可通过具有接口单元103、104(如插头和插座)的(内部)插塞连接103、104与阀115连接。
压力罐110可通过加燃料口114(如通过罐嘴)加燃料。燃料尤其可通过加燃料口114从加燃料桩经由燃料管线112被输送到压力罐110中。在此在加燃料口114和燃料管线112之间通常设有止回阀201(参见图2)，该止回阀可阻止燃料从压力罐110回流到加燃料口114。
燃料电池101通常以相对低的压力(例如在10-20bar范围内)运行，燃料电池101的低压大多显著低于燃料管线112和压力罐110中的高压(例如在700bar范围内)。因此可在压力罐110和燃料电池101之间设置压力转换器116(尤其是压力调节器)，其构造用于将来自高压燃料管线112(具有相对高的压力)的燃料转移到低压燃料管线117(具有相对低的压力)中。然后燃料通过低压燃料管线117被引至燃料电池101。
图2示出用于车辆的、具有多个压力容器110的压力容器系统100。此外，图2示出用于各个压力容器110的压力容器阀115的控制单元215。控制单元215例如可分别具有电磁体，通过该电磁体可在通电时产生用于打开阀115的磁场。
因此，车辆的压力容器系统100的压力容器110通常通过一个或多个阀115(尤其是通过一个或多个过热阀(OTV))连接至压力转换器116。为了从压力容器110获取燃料，所述一个或多个罐阀115必须经由车辆的车载电网通电并因此打开。如果没有车载电网供电(例如在发生事故或技术故障之后)，罐阀115通常不能排空，因为无法控制电操作的罐截止阀115。因此，在这种情况下压力容器110不能排空或泄压。
压力容器110的所述一个或多个阀115可通过导电信号线105与访问接口单元122导电耦联。访问接口单元122可设置在车辆中使用者(如事故发生后的救援人员)易于接近的位置处。访问接口单元122可相应于连接控制器102的内部接口单元104而构造。
访问接口单元122允许使用者通过车辆外部接口单元132将车辆外部电源134与访问接口单元122并且因此与阀115的控制单元201耦联。车辆外部电源134可构造用于(例如与外部控制单元202组合)控制阀115的控制单元201，以使阀115从关闭的初始状态转换为打开的激活状态(例如与阀控制器102类似)。因此，即使在由车辆车载电网的供电被中断时，也能以可靠的方式实现压力容器110中的压力降低。
因此，描述了一种用于自给激活车辆中的压力容器110(尤其是CGH2和/或CCH2压力容器)的排出燃料的装置。为此目的，在车辆的阀控制器102与压力容器110的一个或多个截止单元(尤其是阀)115之间的一条或多条控制线105被引至车辆的一个或多个可安全接近的位置处(如车辆内部的高压救援隔离点旁)。因此可通过可分离的插塞连接或具有访问插头的转接器(即通过访问接口单元122)提供对所述一条或多条控制线105的外部访问。
访问接口单元122可具有特定编码(如相应于连接阀控制器102的车辆内部接口单元104)。编码例如可通过一个或多个(不导电的)凹槽和/或销钉来实现。通过编码可确保在访问接口单元122和车辆外部接口单元132之间的正确连接。此外，可避免使用不允许的车辆外部接口单元132。
可提供车辆外部自给装置132、134(在本文中也称为泄压单元)，通过该装置可提供相应于车载电网电压(如12V电池)的电源，以便从外部为电操作的一个或多个截止单元115通电。车辆外部装置132、134包括车辆外部接口单元132(如必要时编码的接线插头)，其构造用于与访问接口单元122形成插塞连接。另外，车辆外部装置132、134包括电源134和控制单元或调制单元202，该控制单元或调制单元相应于车辆侧控制器102生成用于激活一个或多个电截止单元115的控制信号(如PWM信号)。
压力容器110的一个或多个阀115因此可在外部被通电。为此可通过访问接口单元(如插座)122施加外部电流源和/或电压源。一个或多个阀115的布线可在访问接口单元122和一个或多个阀115之间的该电流路径中通过一个或多个安全或开关元件、如通过碰撞信号触发的常开触点来保护以防止滥用。
通过打开一个或多个压力容器110的一个或多个截止单元115，一个或多个压力容器110中的燃料可进入燃料管线112、117中。压力容器系统100可包括泄压阀231，通过该泄压阀231燃料可从燃料管线112被排放到压力容器系统100的周围环境中、尤其是车辆的周围环境中。尤其是车辆外部泄压软管133可通过联接装置131、121与泄压阀231连接。通过耦联泄压软管133可打开泄压阀231，从而燃料可从压力容器系统100排出。
压力容器系统100的联接元件121(如泄压通道133的接口)可位于使用者、如救援人员容易接近的车辆部位处。例如可在车辆上提供泄压点230，联接元件121和访问接口单元122均设置在该泄压点处，必要时联接元件121和/或访问接口单元122可紧邻加燃料口设置。
泄压阀231和/或联接元件121优选可与低压燃料管线117耦联(如图1和2所示)。因此可以以受控的方式排出燃料。作为替代方案，泄压阀231和/或联接元件121可与高压燃料管线112耦联，从而允许加速排出燃料。
因此，在中央快速联接装置121、131上可连接泄压管或泄压软管133(概括为泄压通道)，以便从压力容器系统100排出燃料。泄压阀231的触发可通过联接装置121、131进行，该联接装置通过插塞而机械地打开泄压阀231或具有用于打开泄压阀231的液压或电动操作机构。
因此，描述了一种中央泄压装置，其例如允许救援人员紧急排空压力容器系统100。通过提供访问接口单元122，可在不依赖于车辆的电源和总线系统的情况下根据需要启动压力容器110的快速、简单且可标准化或标准化的紧急泄压。因此，压力容器110(例如在事故之后)可以可靠且有效地转换到安全状态。有利的是，可标准化用于控制压力容器110截止单元115的插塞装置和控制信号，以允许救援人员和修理厂使用通用车辆外部泄压单元132、134来释放压力容器110。
图3示出用于释放压力容器系统100的示例性方法300的流程图。该方法300包括将压力容器系统100的访问接口单元122与外部电源134耦联301。因此，可向压力容器系统100的一个或多个压力容器110的一个或多个截止单元115提供电能(即使在车辆车载电网的供电中断时)，以打开一个或多个截止单元115并由此将一个或多个压力容器110中的燃料排放到压力容器系统100的燃料管线112、117中。
此外，该方法300包括打开302燃料管线112、117的泄压阀231，以便将燃料从燃料管线112、117排放到压力容器系统100的周围环境中。例如可通过将泄压通道133(如软管)经由联接元件121连接到压力容器系统100、尤其是燃料管线112、117上来打开泄压阀231。
因此，描述了一种用于自给激活车辆中的气体-压力容器110(如CGH2+CCH2)的排出燃料的装置或系统(例如当车辆的车载电网不起作用时)。在此将连接至压力容器110截止单元115的一根或多根电线105布线至可安全接近的接点处(即访问接口单元122)。该接点例如可设置在车辆内部的HV(高压)救援隔离点旁。
借助外部自给泄压单元可提供相应于车载电网电压(如12V电池)的电源，以便对压力容器110的电操作的截止单元115进行外部通电。在此，外部电源134可经由接线插头132与访问接口单元122耦联，接线插头132相应于访问接口单元122编码。借助控制或调制单元202，可相应于车辆侧控制器102(例如通过PWM调制)生成用于激活截止单元115的控制信号。随后燃料可经由车辆的维修口/加燃料口121从压力容器系统100排出。
此外，本发明不限于所显示的实施例。尤其是应注意，说明书和附图仅旨在说明所提出的方法、装置和系统的原理。
附图标记列表
100 压力容器系统
101 燃料消耗器
102 控制器
103、104 接口单元
105 控制线
110 压力容器
111 端部件
112、117 燃料管线
114 加燃料口
115 截止单元(阀)
116 压力转换器
121、131 联接元件
122 访问接口单元
132 系统外部接口单元
133 泄压通道
134 系统外部电源
201 止回阀
202 系统外部控制单元
215 控制单元
230 泄压接口
231 泄压阀
300 用于释放压力容器系统的方法
301、302 方法步骤

Claims (12)

1.用于车辆的压力容器系统(100)，其包括：
用于容纳燃料的压力容器(110)；
燃料管线(112)，该燃料管线构造用于将燃料从压力容器(110)引至燃料消耗器(101)；
截止单元(115)，该截止单元构造用于在初始状态中阻止燃料从压力容器(110)进入燃料管线(112、117)中；
用于截止单元(115)的控制单元(215)，该控制单元构造用于在电能的作用下使截止单元(115)从初始状态转换到激活状态，在激活状态中燃料能从压力容器(110)进入燃料管线中；
连接至车辆的车载电网的导电连接装置(105)，通过该导电连接装置能提供用于控制截止单元(115)的电能；和
访问接口单元(122)，通过该访问接口单元能在没有来自车辆的车载电网的电能可用时由外部电源(134)提供用于控制截止单元(115)的电能。
2.根据权利要求1所述的压力容器系统(100)，其中，所述访问接口单元(122)构造用于与外部接口单元(132)形成插塞连接，以便由外部电源(134)提供电能。
3.根据权利要求2所述的压力容器系统(100)，其中，所述访问接口单元(122)具有编码。
4.根据前述权利要求中任一项所述的压力容器系统(100)，其中，所述导电连接装置(105)具有分支和/或转接器，所述分支和/或转接器构造用于将控制单元(215)导电连接至车辆的车载电网和访问接口单元(122)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的压力容器系统(100)，其中，所述压力容器系统(100)包括内部接口单元(104)，该内部接口单元构造用于将导电连接装置(105)与车辆的车载电网连接。
6.根据前述权利要求中任一项所述的压力容器系统(100)，其中，
所述压力容器系统(100)包括开关元件，该开关元件构造用于将访问接口单元(122)与控制单元(215)导电连接或与控制单元(215)分离；
该开关元件构造用于在标准运行状态中将访问接口单元(122)与控制单元(215)分离；并且
该开关元件构造用于响应于触发信号、尤其是响应于事故信号将访问接口单元(122)与控制单元(215)导电连接。
7.根据前述权利要求中任一项所述的压力容器系统(100)，其中，
压力容器系统(100)包括泄压阀(231)，该泄压阀构造用于将燃料从燃料管线(112、117)引至压力容器系统(100)的周围环境中；
压力容器系统(100)包括联接元件(121)，外部泄压通道(133)能连接到该联接元件上，以便将燃料从燃料管线(112、117)排出；
泄压阀(231)设置在燃料管线(112、117)和联接元件(121)之间；并且
联接元件(121)构造用于在外部泄压通道(133)已连接到联接元件(121)上时打开泄压阀(231)。
8.根据权利要求7所述的压力容器系统(100)，其中，
压力容器系统(100)包括压力转换器(116)，该压力转换器构造用于降低压力容器(110)和燃料消耗器(101)之间的燃料管线(112、117)中的燃料压力；并且
泄压阀(231)和联接元件(121)设置在压力转换器(116)和燃料消耗器(101)之间的燃料管线(112、117)区段上；或
泄压阀(231)和联接元件(121)设置在压力容器(110)和压力转换器(116)之间的燃料管线(112、117)区段上。
9.根据权利要求7至8中任一项所述的压力容器系统(100)，其中，所述联接元件(121)和访问接口单元(122)彼此紧邻设置。
10.用于根据前述权利要求中任一项所述的压力容器系统(100)的泄压单元，其中，所述泄压单元包括：
外部接口单元(132)，该外部接口单元构造用于与压力容器系统(100)的访问接口单元(122)连接；和
外部电源(134)，该外部电源构造用于通过外部接口单元(132)向压力容器系统(100)的控制单元(215)提供电能，以使压力容器系统(100)的压力容器(110)的截止单元(115)从初始状态转换到激活状态。
11.根据权利要求10所述的泄压单元，其中，所述泄压单元包括控制单元(202)，该控制单元构造用于生成控制信号并且提供给外部接口单元(132)，以使控制单元(215)将截止单元(115)转换到激活状态。
12.根据权利要求11所述的泄压单元，其中，所述控制单元(202)构造用于尤其是借助脉冲宽度调制来调制用于控制单元(215)的电流以生成控制信号。
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