DE102005037636A1

DE102005037636A1 - Modulares Kraftstoffspeichersystem für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102005037636A1
Application number: DE102005037636A
Authority: DE
Inventors: Uwe Süss
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2004-08-10
Filing date: 2005-08-09
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2025-08-10
Also published as: DE102005037636B4; US7270209B2; US20060033322A1

Abstract

Es wird ein System zur Speicherung von gasförmigem Kraftstoff für ein Fahrzeug offenbart. Das Kraftstoffspeichersystem kann als modulare Einheit im Fahrzeug installiert werden. Das Kraftstoffspeichersystem ist in Bezug auf das Fahrzeug schwenkbar, um eine einfache Zugänglichkeit zu den Speichertanks zu ermöglichen, ohne dass die Speichertanks vom Fahrzeug abmontiert werden müssen. Das Kraftstoffspeichersystem sorgt durch die Verwendung von abschirmendem und Energie absorbierendem Material auch für einen Schutz der Speichertanks.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kraftstoffspeichersysteme und insbesondere auf Kraftstoffspeichersysteme für eine mobile Plattform.

Mit den sich ändernden Emissionsvorgaben für Fahrzeuge (z.B. Automobile, Busse, Lastwagen etc.) werden an den Fahrzeugen alternative Antriebe (z.B. Brennstoffzellensysteme) und/oder Kraftstoffe (z.B. Wasserstoff, flüssiges Erdgas, Propan etc.) eingeführt. Um für eine effiziente Speicherung dieser alternativen Kraftstoffe zu sorgen, werden die Kraftstoffe unter erhöhten Drücken gespeichert, um das Gas zu verdichten und mehr Gas in einem gegebenen Raumvolumen unterzubringen. Um das Speichern dieser Gase unter erhöhten Drücken zu erleichtern, werden typischerweise zylindrische oder zylinderartige Speichertanks verwendet.

Heutige Fahrzeuge sind nicht für eine Montage eines Hochdruckspeichertanks an ihnen ausgelegt. Das heißt, heutige Fahrzeuge speichern typischerweise ihren flüssigen Kraftstoff in einem drucklosen oder geringfügig unter Druck gesetzten Speichertank, der dem Unterbau des Fahrzeugs benachbart angeordnet und so geformt ist, dass er sich nach dem zur Verfügung stehenden Raum des Unterbaus richtet. Da die Speichertanks für flüssigen Kraftstoff so geformt werden konnten, dass sie der Ausgestaltung des Unterbaus entsprachen, wurde der Unterbau nicht für eine effiziente oder optimale Nutzung zylindrischer Hochdruckspeichertanks ausgelegt. Außerdem sind die Fahrzeuge und der Unterbau nicht dafür ausgelegt, einen Schutz der Hochdruckspeichertanks gegen die Gefährdungen beim Fahren oder im Fall einer Kollision zu bieten.

Dementsprechend ist es vorteilhaft, ein Kraftstoffspeichersystem zu schaffen, das an einem Fahrzeug angebracht werden kann und einen Hochdruckspeichertank aufnehmen kann. Es wäre vorteilhaft, falls ein solches System einen Schutz für die Hochdruckspeichertanks beinhalten würde, um gegen Gefährdungen aus einer Bewegung des Fahrzeugs und/oder einer Kollision zu schützen. Um die Wartung des Kraftstoffspeichersystems zu erleichtern, wäre es vorteilhaft, falls das Kraftstoffspeichersystem leicht zugänglich wäre und während des Wartungsvorgangs am Fahrzeug montiert bleiben könnte. Um die Montage dieser Fahrzeuge zu erleichtern, ist es außerdem vorteilhaft, ein Kraftstoffspeichersystem zu schaffen, das als modulare Einheit am Fahrzeug angebracht werden kann.

Ein Kraftstoffspeichersystem gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung kann in ein Fahrzeug eingebaut und als modulare Einheit installiert werden. Außerdem ermöglicht das Kraftstoffspeichersystem einen einfachen Zugang zu den Speichertanks, ohne dass die Speichertanks vom Fahrzeug abmontiert werden müssen. Das Kraftstoffspeichersystem sieht durch die Nutzung einer Abschirmung und eines Energie absorbierenden Materials auch einen Schutz für diese Hochdruckspeichertanks vor.

Es wird eine modulare Kraftstoffspeicheranordnung für ein Fahrzeug gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung offenbart. Die modulare Kraftstoffspeicheranordnung umfasst zumindest einen Speichertank, der dazu dient, Kraftstoff zu speichern und gespeicherten Kraftstoff zuzuführen. Es gibt einen Rahmen, der dazu dient, den Speichertank abzustützen. Der Speichertank ist am Rahmen angebracht, und der Rahmen und der angebrachte Speichertank sind zum Einbau in das Fahrzeug als modulare Einheit ausgebildet.

In einem anderen Gesichtspunkt gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung wird eine Kraftstoffspeicheranordnung für ein Fahrzeug offenbart. Die Kraftstoffspeicheranordnung umfasst einen Rahmen, der zwischen einer ersten und zweiten Stellung betätigt werden kann. Es gibt mindestens einen Speichertank, der dazu dient, Kraftstoff zu speichern und gespeicherten Kraftstoff zuzuführen. Der Speichertank ist am Rahmen montiert und bewegt sich mit der Bewegung des Rahmens zwischen der ersten und zweiten Stellung.

Ein Kraftfahrzeug mit einem Kraftstoffspeichersystem gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls offenbart. Das Kraftfahrzeug umfasst eine Karosserie und ein Kraftstoffspeichersystem. Das Kraftstoffspeichersystem umfasst ein Gestell (engl. cradle), das zwischen einer ersten und zweiten Stellung betätigt werden kann. Es gibt ebenfalls mindestens einen Speichertank, der dazu dient, Kraftstoff zu speichern und gespeicherten Kraftstoff zuzuführen. Der Kraftstoffspeichertank ist am Gestell montiert und bewegt sich mit einer Bewegung des Gestells zwischen der ersten und zweiten Stellung.

Ein Verfahren zum Installieren eines modularen Kraftstoffspeichersystems an ein Fahrzeug gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung wird offenbart, worin das modulare Kraftstoffspeichersystem ein Gestell, das zwischen einer ersten und zweiten Stellung betätigt werden kann, und zumindest einen mit dem Gestell gekoppelten Speichertank aufweist. Das Verfahren beinhaltet (1) ein Vormontieren des zumindest einen Speichertanks am Gestell an einer ersten Station, die vom Fahrzeug entfernt ist; und (2) ein Montieren des modularen Kraftstoffspeichersystems an das Fahrzeug an einer zweiten Station.

Außerdem wird ein Verfahren zum Warten eines Kraftstoffspeichersystems gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung an einem Fahrzeug offenbart, worin das Kraftstoffspeichersystem einen Rahmen, der zwischen einer ersten und zweiten Stellung betätigt werden kann, und zumindest einen Speichertank aufweist, der mit dem Rahmen verbunden ist und sich mit der Bewegung des Rahmens zwischen der ersten und zweiten Stellung bewegt. Das Verfahren beinhaltet (1) ein Bewegen des Rahmens von der ersten Stellung zur zweiten Stellung; (2) Warten des Kraftstoffspeichersystems; und (3) Bewegen des Rahmens von der zweiten Stellung zur ersten Stellung.

Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung werden aus der im Folgenden gelieferten detaillierten Beschreibung ersichtlich werden. Es sollte sich verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und spezifischen Beispiele, obgleich sie die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angeben, nur zu Veranschaulichungszwecken und nicht zur Beschränkung des Umfangs der Erfindung gedacht sind.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt/zeigen:
1 eine vereinfachte Aufrissansicht eines Fahrzeugs, das von einem Brennstoffzellensystem gespeist wird und ein Kraftstoffspeichersystem gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung aufweist;
2A – B perspektivische Ansichten eines Kraftstoffspeichersystems gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung, die eine Riemenmontage bzw. Zargenmontage (engl. neck mounting) der Speichertanks am Rahmen veranschaulichen;
3A – B fragmentierte vereinfachte Querschnittansichten des Kraftstoffspeichersystems von 1, das am Fahrzeug installiert ist, in jeweiligen Betriebs- und Wartungsstellungen;
4A – B fragmentierte vereinfachte Querschnittansichten einer alternativen Ausführung eines Kraftstoffspeichersystems gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung, das an einem Fahrzeug installiert ist, in jeweiligen Betriebs- und Wartungsstellungen;
5 eine vereinfachte Aufrissansicht eines Fahrzeugs, das von einem Kraftstoffspeichersystem gespeist wird und eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines Kraftstoffspeichersystems gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung aufweist;
6 eine Querschnittansicht des Kraftstoffspeichersystems von 5;
7 eine auseinandergezogene Ansicht des Kraftstoffspeichersystems von 5; und
8 eine Querschnittansicht einer alternativen Ausführungsform der zweiten bevorzugten Ausführungsform des Kraftstoffspeichersystems von 5.
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen) ist in ihrer Art nur beispielhaft und soll in keiner Weise die Erfindung, ihre Anwendung oder Nutzungen beschränken.
In 1 ist ein Fahrzeug 20, in diesem Fall ein Personenkraftwagen, mit einem Kraftstoffspeichersystem 24 gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung und einem Brennstoffzellensystem 26 veranschaulicht. Das Fahrzeug 20 hat eine Karosserie 28 und einen Unterbau 30, an den das Kraftstoffspeichersystem 24 montiert ist. Das Kraftstoffspeichersystem 24 dient dazu, Kraftstoff zu speichern und gespeicherten Kraftstoff über einen Kraftstoffstrom 32 an ein Brennstoffzellensystem 26 zu liefern, wie unten beschrieben wird. Alternativ dazu kann das Fahrzeug 20 einen (nicht dargestellten) Verbrennungsmotor aufweisen, der einen Kraftstoffstrom 32 von einem Kraftstoffspeichersystem 24 empfängt. Das Brennstoffzellensystem 26 enthält einen Brennstoffzellenstapel 34, der aus mehreren Brennstoffzellen besteht und dazu dient, den Kraftstoffstrom 32 mit einem Oxidationsmittelstrom 36 zur Reaktion zu bringen, um elektrische Leistung zu erzeugen, wie in der Brennstoffzellentechnik gekannt ist. In Brennstoffzellen vom Typ mit Protonenaustauschmembran (PEM) wird Wasserstoff an die Anode der Brennstoffzelle geliefert, und Sauerstoff wird an die Kathode geliefert. Wenn der Brennstoffzellenstapel 34 Brennstoffzellen vom PEM-Typ nutzt, ist demgemäß der Kraftstoffstrom 32 ein wasserstoffhaltiger Strom, und der Oxidationsmittelstrom 36 ist ein sauerstoffhaltiger Strom. PEM-Brennstoffzellen enthalten eine Membranelektrodenanordnung (MEA) mit einer dünnen, protonendurchlässigen, nicht elektrisch leitenden festen Polymerelektrolytmembran mit dem Anodenkatalysator auf einer ihrer Seiten und dem Kathodenkatalysator auf der gegenüberliegenden Seite. Die MEA ist sandwichartig zwischen einem Paar elektrisch leitender Elemente gelegt, die als Stromsammler für die Anode und Kathode dienen und geeignete Kanäle und/oder Öffnungen darin enthalten, um die gasförmigen Reaktanden der Brennstoffzelle über die Oberflächen des jeweiligen Anoden- und Kathodenkatalysators zu verteilen. Eine typische PEM-Brennstoffzelle und ihre MEA sind in den US-Patenten Nr. 5,272,017 und 5,316,871 beschrieben, die am 21. Dezember 1993 bzw. 31. Mai 1994 erteilt und General Motors Corporation übertragen wurden, deren Offenbarungen durch Verweis hier miteinbezogen sind.
Der Ausdruck "Brennstoffzelle" wird typischerweise verwendet, um je nach dem Kontext auf entweder eine einzelne Zelle oder mehrere Zellen zu verweisen. Mehrere einzelne Zellen werden gewöhnlich zusammen gebündelt, um einen Brennstoffzellenstapel zu bilden. Jede Zelle innerhalb des Stapels weist die früher beschriebene MEA auf, und jede derartige MEA liefert ihr Spannungsinkrement. Typische Anordnungen mehrerer Zellen in einem Stapel sind beschrieben in dem US-Patent Nr. 5,763,113, das General Motors Corporation übertragen wurde und durch Verweis hierin einbezogen ist. Obgleich der Brennstoffzellenstapel 34 als ein Typ eines Brennstoffzellenstapels mit Protonenaustauschmembranen beschrieben ist, sollte erkannt werden, dass andere Brennstoffzellenstapel verwendet werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die durch das Brennstoffzellensystem 24 erzeugte elektrische Leistung wird genutzt, um elektrische Leistung an das Fahrzeug 20 zu liefern, die verwendet werden kann, um das Fahrzeug 20 durch die Nutzung von Elektromotoren anzutreiben.
Bezugnehmend nun auf 2A und 3A – B ist eine erste bevorzugte Ausführungsform des Kraftstoffspeichersystems 24 dargestellt. Das Kraftstoffspeichersystem 24 umfasst ein Paar Speichertanks 38 und 40, die über Riemen 44 an einem Rahmen 42 montiert sind. Der Rahmen 42 sorgt für eine bauliche Abstützung für die Speichertanks 38 und 40. Dementsprechend ist der Rahmen 42 ein steifes und kräftiges Material. Der Rahmen 42 ist vorzugsweise metallisch und aus Stahl, Aluminium oder Legierungen davon hergestellt. Die Riemenmontage der Speichertanks 38 und 40 am Rahmen 42 sorgt für eine im Wesentlichen gleichmäßige Traglast, was für größere Speichertanks 38 und 40 besonders wichtig ist. Die Riemenmontage sorgt auch für eine gute Vibrationsdämpfung. Eine Abschirmung oder Außenschicht 46 ist am Rahmen 42 angebracht und bedeckt eine Unterseite des Rahmens 42 und der Speichertanks 38 und 40.
Die Abschirmung 46 ist von der Unterseite der Speichertanks 38 und 40 beabstandet und dient dazu, das Kraftstoffspeichersystem 24 davor zu schützen, beschädigt zu werden, während das Fahrzeug 20 gerade betrieben wird. Die Abschirmung muss keine bauliche Abstützung für die Speichertanks 38 und 40 liefern, da der Rahmen 42 für die bauliche Abstützung sorgt. Die Abschirmung 46 besteht vorzugsweise aus einem Material, das ohne zu brechen verformbar ist und Treffern von Trümmern standhalten kann, während das Fahrzeug 20 sich bewegt. Die Abschirmung 46 ist vorzugsweise metallisch und aus Stahl, Aluminium oder Legierungen davon hergestellt. Es sollte jedoch erkannt werden, dass andere Materialien wie z.B. Kunststoffe für die Abschirmung 46 verwendet werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Abschirmung 46 kann auf eine Vielzahl von Arten am Rahmen 42 angebracht werden. Beispielsweise kann die Abschirmung 46 an den Rahmen 42 geschweißt werden.
Die Speichertank 38 und 40 sind dafür ausgelegt, den Kraftstoff für das Fahrzeug 20 zu speichern. Die Speichertanks 38 und 40 sind dafür ausgelegt, den Kraftstoff unter einem erhöhten Druck zu speichern, um den Kraftstoff zu verdichten und die Kraftstoffspeicherung für den verfügbaren Raum zu maximieren. Um eine Verdichtung des Kraftstoffs zu bewerkstelligen, sind die Speichertanks 38 und 40 vorzugsweise dafür ausgelegt, ei nem Druck von mindestens 70 MPa standhalten können. Es sollte jedoch erkannt werden, dass niedrigere und höhere Drücke genutzt werden können und die Speichertanks 38 und 40 dafür ausgelegt sein können, den niedrigeren und höheren Drücken standzuhalten, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zusätzlich zur Fähigkeit, den Kraftstoff unter diesen hohen Drücken speichern zu können, sollten die Speichertanks 38 und 40 auch dafür ausgelegt sein, im Fall eines zufälligen Kontakts mit einem Fremdkörper wie zum Beispiel im Fall einer Kollision des Fahrzeugs 20 einem Durchstechen standzuhalten. Eine Vielzahl von Speichertanks kann verwendet werden, die die oben angegebenen Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise können die Speichertanks 38 und 40 Speichertanks vom Typ III sein, die eine Metallauskleidung enthalten, oder Speichertanks vom Typ IV, die aus Verbundmaterialien und Kunststoffen wie zum Beispiel hochdichtem Polyethylen und Kohlenstofffaser hergestellt sind. Tanks vom Typ IV vergrößern sich, wenn sie unter Druck gesetzt werden, und demgemäß sind, wenn Tanks vom Typ IV verwendet werden, der Rahmen 42 und die Riemen 44 dafür ausgelegt, der Änderung in den Abmessungen der Speichertanks 38 und 40, während der Druck innerhalb des Speichertanks 38 und 40 variiert, Rechnung zu tragen. Wie dargestellt ist, sind außerdem die Speichertanks 38 und 40 von unterschiedlichen Größen. Die unterschiedlichen Größen werden gewählt, um eine effiziente Speicherung des Kraftstoffs in dem verfügbaren Raum zu bewerkstelligen. Das heißt, die spezifische Größe jedes Speichertanks 38 und 40 wird so gewählt, dass für eine effiziente Speicherung des Kraftstoffs in dem verfügbaren Raum gesorgt wird. Zu diesem Zweck kann zusammen mit dem Einstellen der Größe der Speichertanks die Anzahl Speichertanks, die verwendet werden, ebenfalls variieren. Beispielsweise können drei Speichertanks gleicher oder unterschiedlicher Größen verwendet werden, falls dies für eine effiziente Kraftstoffspeicherung in dem am Fahrzeug 20 zu Verfügung stehenden Raum sorgt. Folglich werden die Größe des Speichertanks 38 und 40 und die Anzahl der Speichertanks sich unterscheiden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Ein Paar Scharniere 48 ist am Rahmen 42 angebracht und wird genutzt, um den Rahmen 42 wie im Folgenden beschrieben mit dem Fahrzeug 20 zu verbinden. Die Scharniere 48 ermöglichen, dass der Rahmen 42 in Bezug auf das Fahrzeug 20 geschwenkt wird, um einen Zugang zum Kraftstoffspeichersystem 24 zu erlauben, wie im Folgenden beschrieben wird und in 3A – B dargestellt ist. Es gibt eine Stromsteuervorrichtung, in diesem Fall in Form eines Paars Druckregler 50 und 52, die an jeweiligen Speichertanks 38 und 40 angebracht sind. Die Druckregler 50 und 52 sind durch eine Kraftstoffleitung 53 miteinander verbunden und dienen dazu, den Druck des von den Speichertanks 38 und 40 zugeführten Kraftstoffs zu steuern. Die Kraftstoffleitung 53 ermöglicht, dass Kraftstoff zwischen den Reglern 50 und 52 und zwischen den Speichertanks 38 und 40 über die Regler 50 und 52 geleitet wird. Eine Kraftstofffüllleitung 54 ist an einem der Regler 50 und 52 angebracht und erlaubt, dass die Speichertanks 38 und 50 mit Kraftstoff gefüllt werden. Die Kraftstofffüllleitung 54 hat ein Anschlussstück 55 an ihrem Ende, das dafür ausgelegt ist, mit einem (nicht dargestellten) komplementären Stecker am Fahrzeug 20 verbunden zu werden, um zu ermöglichen, dass die Speichertanks 38 und 40 von einer geeigneten Stelle am Fahrzeug 20 mit Kraftstoff gefüllt werden. Eine Kraftstoffzufuhrleitung 56 ist mit dem anderen der Regler 50 und 52 verbunden. Die Kraftstoffzufuhrleitung 56 dient dazu, Kraftstoff von den Speichertanks 38 und 40 dem Brennstoffzellensystem 26 als Kraftstoffstrom 32 zuzuführen. Die Kraftstoffzufuhrleitung 56 hat ein Anschlussstück 57, das dafür ausgelegt ist, an einem (nicht dargestellten) komplementären Stecker am Fahrzeug 20 angebracht zu werden, um Kraftstoff an das Brennstoffzellensystem 26 zu liefern. Das Kraftstoffspeichersystem 20 enthält auch Temperatursensoren 58, die die Kraftstofftemperatur im Innern der Tanks 38, 40 messen, und Drucksensoren 59, die den Druck im Innern der Tanks 38, 40 und/oder Kraftstoffleitungen 53, 54, 56 messen. Außerdem kann das Kraftstoffspeichersystem 24 ein oder mehrere elektrisch gesteuerte (nicht dargestellte) Solenoide enthalten, die mit den Druckreglern 50, 52 arbeiten, um den Kraftstoffstrom zwischen den Speichertanks 38, 40 und dem Brennstoffzellenstapel 34 zu steuern. Das Kraftstoffspeichersystem 24 enthält auch ein Erdungskabel 60, das genutzt wird, um die Speichertanks 38, 40 an der Karosserie 28 des Fahrzeugs 20 zu erden. Das Erdungskabel 60 ist zusammen mit dem Rest der elektrischen Zuleitungen für die verschiedenen Komponenten des Kraftstoffspeichersystems 24 gebündelt und wird aus einem Innenraum des Kraftstoffspeichersystems 24 aus dem Kraftstoffsystem 24 nach außen als ein Bündel 61 mit einem Anschlussstück 61a geführt, das an einem (nicht dargestellten) komplementären Stecker am Fahrzeug 20 angebracht werden kann, um dann elektronische Steuerungen und Sensoren des Kraftstoffspeichersystems 24 mit den Steuerungssystemen an Bord des Fahrzeugs 20 zu verbinden. Es sollte erkannt werden, dass der Rahmen 42 und/oder die Abschirmung 46 mit einer (nicht dargestellten) Ausnehmung versehen sind, um zu ermöglichen, dass die Füll- und Zufuhrleitungen 54 und 56 zusammen mit dem Bündel 61 elektrischer Drähte aus einem Innenraum des Kraftstoffspeichersystems 24 aus dem Kraftstoffsystem 24 nach außen durchgehen, so dass sie mit komplementären Steckern am Fahrzeug 20 verbunden werden können.
Bezugnehmend nun auf 2B wird eine alternative Art und Weise der Montage der Speichertanks 38 und 40 am Rahmen 42 dargestellt. In dieser alternativen Ausführungsform sind die Speichertanks 38 und 40 am Rahmen 42 mit Zargen montiert. Das heißt, es gibt ein Paar Halterungen 62, die Teile jedes Endes der Speichertanks 38 und 40 umgeben und mit dem Rahmen 42 verbunden sind. Die Halterungen 62 konzentrieren die sich ergebenden Belastungen an polaren Ansätzen und sind für eine Montage kleinerer Tanks besser geeignet. Die Zargenmontage der Speichertanks 38 am Rahmen 42 mit der Halterung 62 liefert keine so gute Vibrationsdämpfung wie die bevorzugte Nutzung der Riemenmontage. Die Halterungen 62 haben Öffnungen oder Schlitze, die erlauben, dass ohne Beeinträchtigung durch die Halterung 62 die Regler 50 und 52 an einem Ende der Speichertanks 38 und 40 angebracht werden und in der gleichen Weise funktionieren, wie oben mit Verweis auf die Riemenmontage der Speichertanks 38 und 40 im Rahmen 42 beschrieben wurde.
Nach 3A und B kann man nun erkennen, dass ein Teil 63 des Rahmens 42 so ausgebildet ist, dass er sich im Wesentlichen nach der Außenform der Speichertanks 38 und 40 richtet, um ein Gestell zu bilden, das die Speichertanks 38 und 40 abstützt. Die Riemen 44 sind am Rahmen 42 den Teilen 63 des Rahmens 42 benachbart angebracht, die die Speichertanks 38 und 40 abstützen. Die Gestellteile 63 des Rahmens 42 können je nach den Abstützerfordernissen der Speichertanks 38 und 40 über die gesamte Länge der Speichertanks 38 und 40 oder nur einen Teile) davon verlaufen. Das Ausbilden der Gestellteile 63 des Rahmens 42, so dass sie entlang einzelnen Abschnitten der Speichertanks 38 und 40 verlaufen, reduziert das Gewicht des Rahmens 42. Außerdem hat der Rahmen 42 mehrere Verstärkungselemente 64, die vom Rahmen 42 ausgehen und die Abschirmung 46 berühren. Die Verstärkungsglieder 64 schaffen eine Struktur, um die Abschirmung 46 zu versteifen und beim Aufnehmen von Energie im Fall einer Kollision des Fahrzeugs 20 oder eines mit der Abschirmung 46 kollidierenden Fremdkörpers zu helfen.
Zwischen dem Rahmen 42 und der Abschirmung 46 ist ein optionales Schaumelement 66 angeordnet. Eine Seite des Schaumelements 66 ist so konturiert, dass es im Wesentlichen zur Kontur der Abschirmung 46 passt, während die gegenüberliegende Seite des Schaumelements 46 so konturiert ist, dass es im Wesentlichen der Form der Außenfläche der Speichertanks 38 und 40 folgt. Das Schaumelement 46 muss nicht dicht an der Abschirmung 46 und/oder an den Speichertanks 38 und 40 sitzen. Das Schaumelement 66 dient als Energie absorbierendes Material, um im Fall einer Kollision des Fahrzeugs 20 und/oder eines mit dem Kraftstoffspeichersystem 24 kollidierenden Gegenstandes Energie zu absorbieren und zu dissipieren. Das Schaumelement 66 ist vorzugsweise ein halbfester Schaum mit geschlossenen Zellen. Eine Vielzahl verschiedener Arten von Schaum kann genutzt werden, um das Schaumelement 66 herzustellen. Beispielsweise kann das Schaumelement 66 aus PU (Polyurethan), Epoxyd-Schaum und PMI (Polymethacrylimid) hergestellt sein. Es sollte jedoch erkannt werden, dass andere Arten von Materialien wie zum Beispiel Schaum mit offenen Zellen oder andere Stöße absorbierende Materialien und Strukturen (zum Beispiel eine Bienenwabenstruktur) ebenfalls verwendet werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Wahlweise kann das Schaumelement 70 auch auf dem Unterbau des Fahrzeugs 20 verwendet werden, um im Fall einer Kollision für eine zusätzliche Energieabsorption zu sorgen. Das Schaumelement 70 hat eine Oberfläche, die so ausgebildet ist, dass sie der Kontur der Unterbaus 30 entspricht, während die gegenüberliegende Oberfläche des Schaumelements 70 so konturiert ist, dass sie im Wesentlichen zur Außenfläche des Speichertanks 38 und 40 passt. Es sollte jedoch erkannt werden, das die Konturführung des Schaumelements 70 nicht exakt zur Außenfläche der Speichertanks 38 und 40 passen muss und dass Spalte zwischen den Speichertanks 38 und 40 und dem Schaumelement 70 akzeptabel sind. Das Schaumelement 70 kann aus dem gleichen Material wie das oben diskutierte Schaumelement 66 hergestellt sein.
Das Kraftstoffspeichersystem 24 ist am Unterbau 30 des Fahrzeugs 20 montiert. Konkret sind die Scharniere 48 an einem Querträger 74 montiert, der quer über einen Teil des Unterbaus 30 des Fahrzeugs 20 verläuft. Die Montage des Kraftstoffspeichersystems 24 am Unterbau 30 mit den Scharnieren 48 erlaubt eine Schwenkbewegung des Rahmens 42 in Bezug auf das Fahrzeug 20. Konkret kann sich der Rahmen 42 zwischen einer geschlossenen oder Betriebsstellung des Kraftstoffspeichersystems 24, wie in 3A gezeigt ist, zu einer offenen oder Wartungsstellung bewegen, um zu ermöglichen, dass das Kraftstoffspeichersystem 24 gewartet wird, wie in 3B gezeigt ist. Diese Fähigkeit des Rahmens 42, sich zwischen diesen beiden Stellungen zu bewegen, erleichtert die Wartung des Kraftstoffspeichersystems 24 am Fahrzeug 20 und erfordert nicht die Abnahme des Kraftstoffspeichersystems 24 vom Fahrzeug 20 für die Wartung. Das heißt, wenn das Kraftstoffspeichersystem 24 eine Wartung benötigt, kann das Fahrzeug 20 angehoben werden, und das Kraftstoffspeichersystem 24 kann zu seiner offenen Stellung bewegt werden. Wenn es in der offenen Stellung ist, hat eine am Kraftstoffspeichersystem 24 arbeitende Person einen bequemen Zugang zu den Speichertanks 38, 40, Reglern 50 und 52, Füll- und Zufuhrleitungen 54 und 56, Sensoren 58, 59 und jeder anderen Komponente des Kraftstoffspeichersystems 24. Dementsprechend erleichtert die Schwenkmontage des Kraftstoffspeichersystems 24 am Fahrzeug 20 die Wartung des Kraftstoffspeichersystems 24, was eine Reduzierung der Zeit und Kosten für die Durchführung der Wartung zur Folge hat. Die Verwendung von Scharnieren, um den Rahmen 42 am Unterbau 30 zu montieren, erleichtert auch die Installation des Kraftstoffspeichersystems 24 am Fahrzeug 20 wie im Folgenden beschrieben wird.
Das Kraftstoffspeichersystem 24 kann in einer geschlossenen Stellung durch die Verwendung eines oder mehrerer (nicht dargestellter) Riegelelemente befestigt werden, die die Seite des Rahmens 42 gegenüber den Scharnieren 48 gegen den anderen Querträger 76 halten, der sich ebenfalls quer über einen Teil des Unterbaus 30 des Fahrzeugs 20 erstreckt. Das Befestigen des Rahmens 42 am Querträger 76 kann durch mechanische Verbindungselemente wie zum Beispiel Schließriegel, Bolzen oder Schrauben durchgeführt werden. Es sollte jedoch erkannt werden, dass andere Verfahren verwendet werden können, um den Rahmen 42 am Querträger 76 zu befestigen, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Das Kraftstoffspeichersystem 24 dient nicht als sekundäre Kapselung im Falle einer Leckage von Kraftstoff aus den Speichertanks 38 und 40 oder irgendwelchen anderen Komponenten des Kraftstoffspeichersystems 24. Da das Kraftstoffspeichersystem 24 nicht als sekundäre Kapselung dient, muss das Kraftstoffspeichersystem 24 keine fluiddichte Abdichtung gegen den Unterbau 30 des Fahrzeugs 20 bilden, während es in der geschlossenen Stellung ist. Aufgrund der umschließenden Beschaffenheit des Kraftstoffspeichersystems kann ein (nicht dargestellter) Kraftstoffsensor wie zum Beispiel ein Wasserstoffsensor entlang dem Unterbau 30 und/oder im Kraftstoffspeichersystem 24 verwendet werden, um das Vorliegen eines Lecks anzuzeigen. Schaumelemente 66 und 70 füllen einen Hauptteil der Hohlräume im Fach, das vom Kraftstoffspeichersystem 24 und Unterbau 30 des Fahrzeugs 20 gebildet wird. Das Füllen dieser Hohlräume hilft dabei, eine Akkumulierung von Wasserstoff oder anderem Kraftstoff zu vermeiden, der aus irgendwelchen Komponenten lecken kann, die das Kraftstoffspeichersystem 24 bilden. Außerdem können die Schaumelemente 66 und 70 mit einer optionalen Barriere wie zum Beispiel einer Metallfolien schicht versehen sein, um die Permeation leckenden Kraftstoffs in die Zellen der Schaumelemente 66 und 70 zu verhindern.
Das Kraftstoffspeichersystem 24 wird als modulare Einheit im Fahrzeug 20 installiert. Das heißt, der Rahmen 42, die Speichertanks 38 und 40, die Riemen 44, die Abschirmung 76, die Regler 50 und 52, die Füll- und Zufuhrleitungen 54 und 70, die Sensoren 58, 59, das Erdungskabel 60, das Bündel 61 und das Schaumelement 66 werden in einer separaten Einrichtung oder einer statischen Station vorzugsweise mit der nach unten gewandten Außenfläche der Abschirmung 46 vormontiert. Das Kraftstoffspeichersystem 24 wird dann am Unterbau 30 des Fahrzeugs 20 als modulare Einheit auf dem möglicherweise beweglichen Montageband installiert. Um das modulare Kraftstoffspeichersystem 24 zu installieren, werden die Scharniere 48 mit der geeigneten Stelle auf dem Querträger 74 ausgerichtet und dann daran angebracht. Die Scharniere 48 werden vorzugsweise mit Bolzen am Querträger 74 angebracht. Es sollte jedoch verstanden werden, dass andere Mittel zum Anbringen der Scharniere 48 am Querträger 74 alternativ dazu verwendet werden können. Beispielsweise können die Scharniere 48, falls dies gewünscht ist, am Querträger 74 angeschweißt werden.
Nach Anbringen der Scharniere 48 am Querträger 74 kann eine Füllleitung 54 über ein Anschlussstück 55 an einem komplementären Stecker am Fahrzeug 20 angebracht werden. Desgleichen kann die Zufuhrleitung 56 über ein Anschlussstück 58 und ein über ein Anschlussstück 61a verbundenes Bündel 61 mit komplementären Steckern am Fahrzeug 20 verbunden werden. Etwaige andere zusätzliche Verbindungen wie z.B. elektrische Verbindungen oder (nicht dargestellte) Instrumentierungsverbindungen können überdies ebenfalls zu dieser Zeit verbunden werden. Das Kraftstoffspeichersystem 24 kann dann so geschwenkt werden, dass die Seite des Rahmens 42, die den Scharnieren 48 gegenüberliegt, den Querträgern 76 benachbart ist. Der Rahmen 42 kann dann am Querträger 76 befestigt werden. Der Rahmen 42 wird vorzugsweise mit Schrauben am Querträger 76 befestigt.
Bezugnehmend auf 4A und B ist eine alternative Ausführung für das Kraftstoffspeichersystem 24 veranschaulicht. Die alternative Ausführung für das Kraftstoffspeichersystem 24' ist im Wesentlichen die gleiche wie die in 3A – 3B offenbarte. Die Hauptunterschiede bestehen darin, dass der Rahmen 42' so ausgebildet ist, dass (nicht dargestellte) Mittellinien in Längsrichtung der Speichertanks 38' und 40' auf der gleichen horizontalen Ebene ausgerichtet sind, um für eine effiziente Speicherung von Kraftstoff für die spezifische Ausführung des Unterbaus 30' zu sorgen. Außerdem enthält der Rahmen 42' keine Verstärkungselemente 64, die in Kontakt mit der Abschirmung 46' nach unten verlaufen. Überdies hat die Abschirmung 46' eine andere Ausführung, die durch die Ausgestaltung des Unterbaus 30' und durch die Notwendigkeit, das Kraftstoffspeichersystem 24' vor Beschädigung abzuschirmen, vorgeschrieben wird.
Bezugnehmend nun auf 5 ist ein Fahrzeug 20 mit einer zweiten Ausführungsform eines Kraftstoffspeichersystems 84 gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Kraftstoffspeichersystem 84 nutzt ein Gehäuse 86, das ein Paar Speichertanks 88, 90 umgibt. Die Speichertanks 88, 90 sind die gleichen wie die Speichertanks 30, 40, die oben diskutiert wurden. Das Gehäuse 86 ist an dem Unterbau 30 des Fahrzeugs 20 angebracht. Das Gehäuse 86 sorgt für einen Schutz des Kraftstoffspeichersystems 84 und insbesondere der Speichertanks 88, 90 vor einer Beschädigung, die durch Trümmer oder andere Fremdstoffe verursacht wird, die das Kraftstoffspeichersystem 84 treffen, während das Fahrzeug 20 sich bewegt, und/oder im Fall einer Kollision.
Das Gehäuse 86 besteht aus einem ersten oder oberen Teil 96, der so ausgebildet ist, dass er einen Teil der Speichertanks 88, 90 umgibt, und einem zweiten oder unteren Teil 98, der so ausgebildet ist, dass er den verbleibenden Teil des Speichertanks 88, 90 umgibt. Der obere und untere Teil 96 und 98 sind aneinander angebracht, um das Gehäuse 86 zu bilden, welches die Speichertanks 88, 90 schützt. Der obere und untere Teil 96, 98 können auf eine Vielzahl von Arten aneinander angebracht werden. Zum Beispiel werden, wie in 6 und 7 gezeigt ist, Bolzen 102 und komplementäre Muttern 104 verwendet, um den oberen und unteren Teil 96 und 98 aneinander zu befestigen. Alternativ dazu können Schrauben, Klemmen, Gelenke bzw. Scharniere oder andere mechanische Verbindungselemente verwendet werden. Der obere und untere Teil 96, 98 müssen nicht fluiddicht aneinander angebracht werden, da das Gehäuse 86 nicht als sekundäre Kapselung für die Kraftstoffspeichertanks 88, 90 dient.
Die äußere Gestalt des oberen und unteren Teils 96 und 98 kann so variieren, dass sie zu der Stelle am Fahrzeug 20 passt, an der sich das Kraftstoffspeichersystem 84 befindet. Das heißt, wie in 6 gezeigt ist, haben der obere und untere Teil 96 und 98 eine Außenfläche, die sich im Verlauf zwischen den gegenüberliegenden Seiten ändert. Die äußere Ausgestaltung ist so konturiert, dass sie zu ihrer Kontur des Unterbaus 30 des Fahrzeugs 20 komplementär ist. Im Gegensatz dazu kann, wie in 8 gezeigt ist (die eine alternative Ausführungsform des Kraftstoffspeichersystems 84 ist), die äußere Ausgestaltung des oberen und unteren Teils 96, 98 im Wesentlichen einheitlich sein und für eine rechtwinklige Umschließung sorgen, wenn die Ausgestaltung des Unterbaus 30 eine derartige Ausgestaltung für den oberen und/oder unteren Teil 96 und 98 ermöglicht. Somit kann sich die äußere Ausgestaltung des Gehäuses 86 unter scheiden und kundenspezifisch so angepasst werden, dass sie zum verfügbaren Raum am Fahrzeug 20 passt, in dem das Kraftstoffspeichersystem 84 angeordnet ist. Die äußere Ausgestaltung des Gehäuses 86 ist vorzugsweise so ausgeführt, dass sie den verfügbaren Raum im Fahrzeug 20 effizient nutzt, in dem das Kraftstoffspeichersystem 86 untergebracht ist.
Zusätzlich zur kundenspezifischen Anpassung der äußeren Ausgestaltung des Gehäuses 86 anzupassen, um den verfügbaren Raum im Fahrzeug 20 effizient zu nutzen, werden die Größe und Zahl der Speichertanks 88, 90, die verwendet werden, ebenfalls so gewählt, dass der verfügbare Raum effizient genutzt wird. Mit anderen Worten kann es, wie man in 6 erkennen kann, vorteilhaft sein, die Speichertanks 88, 90 unterschiedlicher Größen zu verwenden, wenn der verfügbare Raum im Fahrzeug 20 nicht gleichmäßig ist. Wo es einen geringeren, zur Verfügung stehenden Raum gibt, wird konkret ein Speichertank 88 mit kleinerem Durchmesser verwendet, und wo ein größerer Raum zur Verfügung steht, wird ein Speichertank 90 mit größerem Durchmesser genutzt. Wenn der zur Verfügung stehende Raum im Wesentlichen gleichmäßig ist, können die Speichertanks 88, 90 gleicher Größe genutzt werden, wie in 8 gezeigt ist. Außerdem sollte erkannt werden, dass ein einzelner Speichertank verwendet werden kann oder mehr als zwei Speichertanks genutzt werden können, um den zur Verfügung stehenden Raum innerhalb des Fahrzeugs 20, in welchem das Kraftstoffspeichersystem 84 untergebracht ist, effizient zu nutzen, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Folglich können die Zahl und Größe der Speichertanks 88, 90 so gewählt werden, dass der zur Verfügung stehende Raum, in dem das Kraftstoffspeichersystem 84 untergebracht werden soll, am Fahrzeug 20 effizient genutzt wird.
Der untere Teil 98 hat ein Paar Klammern (engl. braces) 106, die zwischen Seiten des unteren Teils 98 quer zur Ausrichtung des Speichertanks 88, 90 verlaufen. Die Klammern 106 sind zur äußeren Ausgestaltung der Tanks 88, 90 komplementär und bilden ein Gestell, auf welchem die Tanks 88, 90 ruhen. Die Klammern 106 können mehrere Klammern sein, die entlang der Länge des Gehäuses 86 wie dargestellt beabstandet sind, oder können eine einzige Klammer sein, die sich über einen Teil oder die gesamte Länge des unteren Teils 98 des Gehäuses 86 erstreckt. Die Tanks 88, 90 sind an den Klammern 106 und dem unteren Teil 98 vorzugsweise mit Riemen 107 riemenmontiert. Alternativ dazu können die Tanks 88, 90 in einer Weise, ähnlich der beim Kraftstoffspeichersystem 24 verwendeten und in 2B gezeigten Weise, mit Zargen montiert sein.
Der obere und untere Teil 96 und 98 weisen jeweilige Schaumelemente 110, 112 auf. Die Schaumelemente 110, 112 sind so bemessen, dass sie zum Innenraum des oberen und unteren Teils 96 und 98, den Klammern 106, den Riemen 107 und der äußeren Gestalt der Speichertanks 88, 90 komplementär sind. Außerdem sind die Schaumelemente 110, 112 so bemessen, dass sie einen Raum für etwaige Rohrleitungshardware, elektrische Hardware und andere Komponenten zulassen, die mit Speichertanks 88, 90 verbunden sind. In einer alternativen Ausführungsform werden, wie in 8 gezeigt ist, die Tanks 88, 90 durch das untere Schaumelement 112 und den unteren Teil 98 des Gehäuses 86 abgestützt. Diese Ausführungsform kann genutzt werden, wenn das Gewicht der Tanks 88, 90 gering genug ist, so dass die Tanks 88, 90 durch das untere Schaumelement 112 und den unteren Teil 98 des Gehäuses 86 ohne Bedarf an Klammern 106 sicher abgestützt werden können. In dieser Ausführungsform stehen die Schaumelemente 110, 112 mit den Innenwänden des jeweiligen oberen und unteren Teils 96 und 98 in direktem Kontakt, so dass die Schaumelemente 110, 112 sich in Bezug auf den oberen und unteren Teil 96 und 98 nicht bewegen. Jedes Schaumelement 110, 112 ist so konturiert, dass es zu einer Außenkontur der Speichertanks 88, 90 komplementär ist, so dass die Speichertanks 88, 90 zwischen den Schaumelementen 110, 112 befestigt sind, wenn der obere und untere Teil 96 und 98 aneinander angebracht sind. Die Schaumelemente 110, 112 sind in direktem Kontakt mit dem Äußeren der Speichertanks 88, 90 ausgebildet, so dass die Tanks 88, 90 ausreichend abgestützt sind und eine geringe Bewegung der Tanks 88, 90 in Bezug auf das Gehäuse 86 möglich ist. Die Speichertanks 88, 90 können folglich durch die Klammern 106 und/oder Schaumelemente 110, 112 abgestützt werden.
Zusätzlich zum Vorsehen einer Abstützung für die Speichertanks 88, 90 sorgen die Schaumelemente 110, 112 auch für eine Energieabsorption im Fall einer Kollision des Fahrzeugs 20 oder des Kraftstoffspeichersystems 84 mit einem Fremdkörper. Die Energie absorbierenden Eigenschaften der Schaumelemente 110, 112 dienen dazu, während einer Kollision übertragende Energie zu dissipieren, so dass die Speichertanks 88, 90 und die zugeordneten Komponenten weniger wahrscheinlich beschädigt werden. Um die Energie absorbierenden Eigenschaften zu liefern, sind die Schaumelemente 110, 112 vorzugsweise aus Schaum mit geschlossenen Zellen wie z.B. PU (Polyurethan), Epoxyd-Schaum und PME (Polymethacrylimid) hergestellt. Es sollte jedoch erkannt werden, dass andere Arten von Materialien wie zum Beispiel Schaum mit offenen Zellen oder andere Stösse absorbierende Materialien und Strukturen (zum Beispiel eine Bienenwabenstruktur) genutzt werden können, um die Schaumelemente 110, 112 herzustellen, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Folglich können die Schaumelemente 110, 112 für die duale Funktionalität der Abstützung von Speichertanks 88, 90 und des Schutzes des Kraftstoffspeichersystems 84 im Fall eines Unfalls sorgen.
Wie oben festgestellt wurde, sind die Schaumelemente 110, 112 so ausgebildet, dass sie dafür sorgen, dass der Raum für die verschiedenen Komponenten des Kraftstoffspeichersystems 84 in das Gehäuse 86 passt.
Konkret umfasst das Kraftstoffspeichersystem 84 eine Stromsteuervorrichtung, in diesem Fall in Form eines Paars Druckregler 113, die an den jeweiligen Speichertanks 88, 90 angebracht sind, und automatisch gesteuerter Ventile oder Solenoide 114. Die Druckregler 113 sind mit einer Kraftstoffleitung 115 verbunden und dienen dazu, den Druck des von den Speichertanks 88, 90 zugeführten Kraftstoffs zu steuern. Die Kraftstoffleitung 115 und eines der Ventile 114 ermöglichen, dass Kraftstoff zwischen den Reglern 113 und zwischen den Speichertanks 88, 90 über die Regler 113 geleitet wird. Eine Kraftstofffüllleitung 116 ist an einem der Regler 113 angebracht, der ermöglicht, dass die Speichertanks 88, 90 mit Kraftstoff gefüllt werden. Die Kraftstofffüllleitung 116 hat ein Anschlussstück 117 an seinem Ende, das so ausgebildet ist, dass es mit einem (nicht dargestellten) komplementären Stecker am Fahrzeug 20 verbunden wird, um zu ermöglichen, dass die Speichertanks 88, 90 von einer zweckmäßigen Stelle am Fahrzeug 20 aus mit Kraftstoff gefüllt werden. Eine Kraftstoffzufuhrleitung 118 ist mit dem anderen der Regler 113 verbunden. Die Kraftstoffzufuhrleitung 118 dient dazu, Kraftstoff von den Speichertanks 88, 90 an einen (nicht dargestellten) Verbrennungsmotor oder ein Brennstoffzellensystem 26 als Kraftstoffstrom 32 zuzuführen. Die Kraftstoffzufuhrleitung 118 hat ein Anschlussstück 119, das so ausgebildet ist, dass es an einem (nicht dargestellten) komplementären Stecker am Fahrzeug 20 angebracht werden kann, um dem Brennstoffzellensystem 26 Kraftstoff zuzuführen. Das Kraftstoffspeichersystem 84 umfasst auch Temperatursensoren 120, die die Kraftstofftemperatur im Innern der Tanks 88, 90 messen, und Drucksensoren 121, die den Druck im Innern der Tanks 88, 90 und/oder Kraftstoffleitungen 115, 116 und 118 messen. Das Kraftstoffspeichersystem 84 enthält auch ein Erdungskabel 120, das genutzt wird, um die Speichertanks 88, 90 an der Karosserie des Fahrzeugs 20 zu erden. Das Erdungskabel 122 ist zusammen mit dem Rest der elektrischen Zuleitungen für die verschiedenen Komponenten des Kraftstoffspeichersystems 84 gebündelt und wird aus dem Gehäuse 86 als ein Bündel 123 mit einem Anschlussstück 124 geführt, das an einem (nicht dargestellten) komplementären Anschlussstück am Fahrzeug 20 angebracht werden kann, um die elektronischen Steuerungen und Sensoren des Kraftstoffspeichersystems 84 mit den Steuerungssystemen an Bord des Fahrzeugs 20 zu verbinden. In der bevorzugten Ausführungsform sind somit die Druckregler 113, die Ventile 114 und Temperatur- und Drucksensoren 120 und 121 innerhalb des Gehäuses 86 enthalten, und die Schaumelemente 110, 112 sind so ausgebildet, dass sie darin Ausnehmungen vorsehen, um diese Komponenten des Kraftstoffspeichersystems 84 unterzubringen.
Wie oben bemerkt wurde, ist das Kraftstoffspeichersystem 84 nicht als eine sekundäre Kapselung für den Kraftstoff ausgelegt, der im Innern der Speichertanks 88, 90 enthalten ist. Vielmehr ist das Kraftstoffspeichersystem 84 dafür ausgelegt, dass etwaiges Gas, das im Inneren des Gehäuses 86 auftreten kann, zusammen mit etwaiger Feuchtigkeit oder anderen Flüssigkeiten, die ihren Weg in das Innere des Gehäuses 86 finden können, daraus entfernt werden kann. Um dies zu erreichen, nutzt das Kraftstoffspeichersystem 84 die natürliche Lüftung, worin es mehrere Öffnungen 134 gibt, die auf der Oberseite des oberen Teils 96 des Gehäuses 86 liegen. Die Öffnungen 134 haben wie gezeigt vorzugsweise die Form von Lüftungsschlitzen, die dafür sorgen, dass etwaige Gase, die akkumuliert wurden oder innerhalb des Gehäuses 86 auftreten, daraus entlüftet werden können. Die Lüftungsschlitze 134 liegen auf der Oberseite des oberen Teils 96, weil Wasserstoff leichter als Luft ist und zur Oberseite des Innenraums des Gehäuses 86 steigen wird. Die Lüftungsschlitze 134 sind zu sammen mit dem Unterbau 30 des Fahrzeugs 20 so ausgebildet, dass sie einen Venturi-Effekt liefern, bei dem ein niedriger Druck unmittelbar außerhalb der Lüftungsschlitze 134 auftritt, so dass Gas innerhalb des Gehäuses 86 durch die Lüftungsschlitze 134 leicht zur Außenseite des Gehäuses 86 strömen wird. Zusätzlich zu den Lüftungsschlitzen 134 hat das Gehäuse 86 auch ein oder mehrere Ableitungslöcher oder -öffnungen 136. Die Ableitungsöffnungen 136 befinden sich am Boden des unteren Teils 98 des Gehäuses 86. Die Ableitungsöffnungen 136 ermöglichen, dass etwaige Flüssigkeit, die innerhalb des Gehäuses 86 auftritt, von dort abgeleitet wird. Die Ableitungsöffnungen 136 haben einen Deflektor oder eine Blende, um zu erschweren und/oder zu vermeiden, dass Flüssigkeiten oder andere Verunreinigungen hochspritzen oder über die Ableitungsöffnungen 136 in das Gehäuse 86 eindringen. Um die Lüftungsöffnungen 134 und Ableitungsöffnungen 136 und deren Funktion zu ermöglichen, weisen die Schaumelemente 110, 112 durchgehende komplementäre Öffnungen oder Kanäle auf, um den Strom der Gase und Flüssigkeiten aus dem Gehäuse 86 durch die Lüftungsschlitze 134 und Ableitungsöffnungen 136 zu ermöglichen. Außerdem können die Schaumelemente 110, 112 mit einer optionalen Barriere wie zum Beispiel einer Metallfolienschicht versehen sein, um die Permeation von leckendem Fluid in die Zellen der Schaumelemente 110, 112 zu hemmen, falls ein Leck in dem Kraftstoffspeichersystem 84 auftritt.
Das Kraftstoffspeichersystem 84 kann am Unterbau 30 des Fahrzeugs 20 auf viele verschiedene Arten montiert werden. Beispielsweise kann, wie in 5 – 7 gezeigt ist, der untere Teil 98 mehrere Flansche 142 aufweisen, die vom unteren Teil 98 nach außen verlaufen. Die Flansche 142 sind mit Querträgern 146 am Unterbau 30 des Fahrzeugs 20 ausgerichtet und mit Bolzen 150 oder anderen mechanischen Verbindungselementen wie Schrauben, Klemmen oder dergleichen an den Querträgern 146 befestigt.
Wie in 8 gezeigt ist, können alternativ dazu ein oder mehrere Riemen 154 an den Querträgern 146 mit Bolzen 150 befestigt werden, um das Gehäuse 86 am Unterbau 30 des Fahrzeugs 20 aufzuhängen. Die Riemen 154 können vorgeformt werden, so dass sie der äußeren Ausgestaltung des Gehäuses 86 und der Lage der Querträger 146 im Wesentlichen entsprechen, oder können so biegsam sein, dass die Riemen 154 mit einer Vielzahl von Gehäusen 86 mit verschiedenen äußeren Ausführungen genutzt werden können.
Das Kraftstoffspeichersystem 84 wird im Fahrzeug 20 als modulare Einheit installiert. Das heißt, das Gehäuse 86, die Speichertanks 88, 90, die Druckregler 113, 114 und die Kraftstoffleitungen 115, 116 und 118, Sensoren 120, 121, das Erdungskabel 122 und die zugeordneten elektrischen Drähte 123 werden in einer separaten Einrichtung oder einer stationären Station vormontiert. Das modulare Kraftstoffspeichersystem 84 wird dann am Unterbau 30 des Fahrzeugs 20 als modulare Einheit auf dem Montageband installiert, das sich bewegen kann. Um das modulare Kraftstoffspeichersystem 84 zu installieren, werden die Flansche 142 mit den Querträgern 146 ausgerichtet, und danach werden Bolzen 150 verwendet, um die Flansche 142 an den Querträgern 146 zu befestigen. Alternativ dazu wird das modulare Kraftstoffspeichersystem 84 dem Unterbau 30 benachbart angeordnet, und ein oder mehrere Streifen 154 werden unter dem Gehäuse 86 angeordnet und mit Querträgern 146 ausgerichtet, so dass die Bolzen 150 genutzt werden können, um die Riemen 154 am Unterbau 30 zu installieren und dadurch das modulare Kraftstoffspeichersystem 84 am Unterbau 30 aufzuhängen. Die Anschlussstücke 117, 119 an den jeweiligen Kraftstofffüll- und Zufuhrleitungen 116 und 118 und das Anschlussstück 124 am Bündel 123 können dann mit komplementären Steckern am Fahrzeug 20 verbunden werden.
Es sollte erkannt werden, dass, obgleich die Speichertanks 38, 40, 80, 90 als zylindrisch oder zylinderförmig dargestellt sind, andere Formen einschließlich nichtzylindrischer und asymmetrischer Formen für die Speichertanks 38, 40, 88, 90 verwendet werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Außerdem kann das Kraftstoffspeichersystem 24 und 84 an anderen Stellen am Fahrzeug 20 als dem Unterbau 30 benachbart montiert werden. Beispielsweise können die Kraftstoffspeichersysteme 24 und 84 in einem Innenfach des Fahrzeugs 20 montiert werden, das vom Fahrgastraum getrennt ist, wie zum Beispiel unter einem vorderen Teil des Fahrzeugs 20, der einem (nicht dargestellten) Verbrennungsmotor oder dem Brennstoffzellensystem 26 benachbart ist. Außerdem sollte erkannt werden, dass, obgleich die Kraftstoffspeichersysteme 24 und 84 an einen Personenkraftwagen installiert dargestellt sind, die Kraftstoffspeichersysteme 24 und 84 an anderen Arten von Fahrzeugen wie zum Beispiel Bussen, Lastwagen und dergleichen verwendet werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Außerdem kann ein Kraftstoffsensor wie zum Beispiel ein Wasserstoffsensor im Kraftstoffspeichersystem 84 genutzt werden, um in dem Fall, dass ein Kraftstoffleck auftritt, Alarm zu geben.
Die Beschreibung der Erfindung ist in ihrer Art nur beispielhaft, und folglich sollen Variationen, die nicht vom Wesen der Erfindung abweichen, innerhalb des Umfangs der Erfindung eingeschlossen sein. Solche Variationen werden nicht als Abweichung vom Geist und Umfang der Erfindung betrachtet.
Zusammengefasst ist ein System zur Speicherung von gasförmigem Kraftstoff für ein Fahrzeug offenbart. Das Kraftstoffspeichersystem kann als modulare Einheit im Fahrzeug installiert werden. Das Kraftstoffspeichersystem ist in Bezug auf das Fahrzeug schwenkbar, um eine einfache Zu gänglichkeit zu den Speichertanks zu ermöglichen, ohne dass die Speichertanks vom Fahrzeug abmontiert werden müssen. Das Kraftstoffspeichersystem sorgt durch die Verwendung von abschirmendem und Energie absorbierendem Material auch für einen Schutz der Speichertanks.

Claims

Modulare Kraftstoffspeicheranordnung für ein Fahrzeug, mit: zumindest einem Gasspeichertank, der dazu dient, gasförmigen Kraftstoff zu speichern und den gespeicherten gasförmigen Kraftstoff zuzuführen; einem Rahmen, der dazu dient, den Speichertank abzustützen; und wobei der Speichertank am Rahmen angebracht ist und der Rahmen und der angebrachte Speichertank zum Einbau in das Fahrzeug als modulare Einheit ausgebildet sind.
Modulare Kraftstoffspeicheranordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Abschirmung, die am Rahmen angebracht ist und einen Teil des Rahmens abdeckt.
Modulare Kraftstoffspeicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen schwenkbar mit dem Fahrzeug verbunden ist.
Modulare Kraftstoffspeicheranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen zwischen offenen und geschlossenen Stellungen betätigt werden kann.
Modulare Kraftstoffspeicheranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen mit zumindest einem Scharnier mit dem Fahrzeug schwenkbar verbunden ist.
Modulare Kraftstoffspeicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speichertank am Rahmen mit Zargen montiert ist.
Modulare Kraftstoffspeicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speichertank am Rahmen mit Riemen montiert ist.
Modulare Kraftstoffspeicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Speichertank mindestens zwei Speichertanks umfasst.
Modulare Kraftstoffspeicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen und der angebrachte Speichertank dafür eingerichtet sind, an einem Unterbau des Fahrzeugs als modulare Einheit installiert zu werden.
Modulare Kraftstoffspeicheranordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: zumindest einen Druckregler, der dazu dient, den Druck des gespeicherten, dem Fahrzeug zugeführten Kraftstoffs zu regulieren; zumindest eine Kraftstoffleitung, die mit dem Regler verbunden ist und dazu dient, den gespeicherten Kraftstoff dem Fahrzeug zuzuführen; und wobei der Druckregler und die zumindest eine Kraftstoffleitung mit der modularen Einheit verbunden sind und im Fahrzeug als Teil der modularen Einheit installiert werden.
Kraftstoffspeicheranordnung für ein Fahrzeug, mit: einem Rahmen, der zwischen ersten und zweiten Stellungen betätigt werden kann; und zumindest einem Speichertank, der dazu dient, Kraftstoff zu speichern und gespeicherten Kraftstoff zuzuführen, wobei der Speichertank am Rahmen montiert ist und sich mit der Bewegung des Rahmens zwischen der ersten und zweiten Stellung bewegt.
Kraftstoffspeicheranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen mit einem Fahrzeug schwenkbar verbunden ist und zwischen der ersten und zweiten Stellung schwenkt.
Kraftstoffspeicheranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen mit zumindest einem Scharnier mit dem Fahrzeug schwenkbar verbunden ist.
Kraftstoffspeicheranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stellung dem den Speichertank in einer Betriebsstellung abstützenden Rahmen entspricht und die zweite Stellung dem den Speichertank in einer Wartungsstellung abstützenden Rahmen entspricht.
Kraftstoffspeicheranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stellung dem den Speichertank abstützenden, einem Unterbau eines Fahrzeugs benachbarten Rahmen entspricht und die zweite Stellung dem den Speichertank abstützenden, vom Unterbau des Fahrzeugs entfernten und Zugang zum Speichertank gewährenden Rahmen entspricht.
Kraftstoffspeicheranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Speichertank am Rahmen mit Zargen montiert ist.
Kraftstoffspeicheranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Speichertank am Rahmen mit Riemen montiert ist.
Kraftstoffspeicheranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Speichertank zwei Speichertanks umfasst.
Kraftstoffspeicheranordnung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Abschirmung, die am Rahmen angebracht ist und einen Teil des Rahmens abdeckt.
Kraftfahrzeug, mit: einer Karosserie; und einem Kraftstoffspeichersystem, wobei das Kraftstoffspeichersystem umfasst: ein Gestell, das zwischen ersten und zweiten Stellungen betätigt werden kann; zumindest einen Speichertank, der dazu dient, Kraftstoff zu speichern und gespeicherten Kraftstoff zuzuführen, wobei der Speichertank am Gestell montiert ist und sich mit einer Bewegung des Gestells zwischen der ersten und zweiten Stellung bewegt.
Fahrzeug nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch einen Unterbau, und dadurch, dass das Gestell am Unterbau schwenkbar montiert ist.
Fahrzeug nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterbau komplementär zum Äußeren des zumindest einen Speichertanks ausgebildet ist.
Fahrzeug nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestell zwischen der ersten und zweiten Stellung schwenkt.
Fahrzeug nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestell an zumindest einem Scharnier angebracht ist und das Gestell um das zumindest eine Scharnier schwenkt, wenn es sich zwischen der ersten und zweiten Stellung bewegt.
Fahrzeug nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch ein Brennstoffzellensystem, das einen Brennstoffzellenstapel enthält, der dazu dient, im Speichertank gespeicherten Kraftstoff zur Reaktion zu bringen, um elektrische Leistung zu erzeugen.
Fahrzeug nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stellung einer Betriebsstellung des Kraftstoffspeichersystems entspricht und die zweite Stellung einer Wartungsstellung des Kraftstoffspeichersystems entspricht.
Verfahren zum Installieren eines modularen Kraftstoffspeichersystems an einem Fahrzeug, wobei das modulare Kraftstoffspeichersystem ein Gestell, das zwischen einer ersten und zweiten Stellung betätigt werden kann, und zumindest einen, mit dem Gestell gekoppelten Speichertank aufweist, mit den Schritten: (a) Vormontieren des zumindest einen Speichertanks am Gestell an einer vom Fahrzeug entfernten ersten Station; und (b) Montieren des modularen Kraftstoffspeichersystems an das Fahrzeug an einer zweiten Station.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Montieren ferner ein schwenkbares Koppeln des Gestells mit dem Fahrzeug einschließt.
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass ein Montieren ferner ein schwenkbares Koppeln des Gestells am Fahrzeug mit zumindest einem Scharnier einschließt.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Vormontieren ferner ein Vormontieren eines Druckreglers und einer Kraftstoffleitung an den zumindest einen Speichertank einschließt.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Montieren ferner ein Verbinden der Kraftstoffleitung mit einer komplementären Kraftstoffleitung am Fahrzeug einschließt.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Vormontieren ferner eine Riemenmontage des Speichertanks am Gestell und/oder Zargenmontage des Speichertanks am Gestell einschließt.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vormontieren ferner ein Anbringen einer Abschirmung am Gestell einschließt.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vormontieren ferner ein Vormontieren von zumindest zwei Speichertanks an das Gestell einschließt.
Verfahren nach Anspruch 27, worin ein Vormontieren ferner ein Testen des modularen Kraftstoffspeichersystems einschließt.
Verfahren zum Warten eines Kraftstoffspeichersystems an einem Fahrzeug, wobei das Kraftstoffspeichersystem einen Rahmen, der zwischen einer ersten und zweiten Stellung betätigt werden kann, und zumindest einen Speichertank umfasst, der mit dem Rahmen verbunden ist und sich mit einer Bewegung des Rahmens zwischen der ersten und zweiten Stellung bewegt, mit den Schritten: (a) Bewegen des Rahmens von der ersten Stellung zu der zweiten Stellung; (b) Warten des Kraftstoffspeichersystems; und (c) Bewegen des Rahmens von der zweiten Stellung zur ersten Stellung.
Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegen des Rahmens von der ersten Stellung zur zweiten Stellung ein Schwenken des Rahmens von der ersten Stellung zur zweiten Stellung einschließt.
Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bewegen des Rahmens von der ersten Stellung zu der zwei ten Stellung ein Bewegen des Rahmens von einer Stellung, in der der zumindest eine Kraftstoffspeichertank dem Fahrzeug benachbart angeordnet ist, zu einer Stellung einschließt, in der der zumindest eine Kraftstoffspeichertank vom Fahrzeug entfernt angeordnet ist.