DE102005037637A1

DE102005037637A1 - Behälter für Gasspeichertanks in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102005037637A1
Application number: DE200510037637
Authority: DE
Inventors: Uwe Süss; Ludger Laguna Niguel Hilvert
Original assignee: Quantum Fuel Systems LLC; GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: Quantum Fuel Systems LLC; GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2004-08-10
Filing date: 2005-08-09
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2025-08-10
Also published as: US20060032532A1; US7624753B2; DE102005037637B4

Abstract

Ein Behälter für Gasspeichertanks in einem Fahrzeug wird als Teil eines Brennstoffspeichersystems offenbart. Der Behälter ist so bemessen, dass er ein oder mehrere Speichertanks zusammen mit einer Stromsteuervorrichtung wie zum Beispiel einem Druckregler oder einem automatischen Ventil enthält. Der Behälter bildet keine fluiddichte Kapselung um den Speichertank und enthält ein oder mehrere Lüftungsöffnungen, um zu ermöglichen, dass Gas im Behälter daraus entlüftet wird. Es gibt auch ein oder mehrere Ableitungsöffnungen im Behälter, um zu ermöglichen, dass Flüssigkeit im Behälter daraus abgeleitet wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Gasspeichertanks und konkreter auf unter Druck gesetzte Gasspeichertanks in einem mit Brennstoffzellen betriebenen Fahrzeug.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Mit den sich ändernden Emissionsvorgaben für Fahrzeuge (z.B. Automobile, Busse, Lastkraftwagen etc.) werden an den Fahrzeugen alternative Antriebe (z.B. Brennstoffzellensysteme) und/oder Brennstoffe (z.B. Wasserstoff, flüssiges Erdgas, Propan etc.) eingeführt. Um für eine effiziente Speicherung dieser alternativen Brennstoffe zu sorgen, werden die Brennstoffe 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 Brennstoff in einem drucklosen oder geringfügig unter Druck gesetzten Speichertank, der dem Unterboden des Fahrzeugs benachbart angeordnet und so geformt ist, dass er sich nach dem zur Verfügung stehenden Raum des Unterbodens richtet. Da die Speichertanks für flüssigen Brennstoff so geformt werden konnten, dass sie der Ausgestaltung des Unterbodens entsprachen, wurde der Unterboden nicht für eine effiziente oder optimale Nutzung zylindrischer Hochdruckspeichertanks ausgelegt. Außerdem sind die Fahrzeuge und der Unterboden nicht dafür ausgelegt, die Hochdruckspeichertanks gegen die Gefährdungen beim Fahren oder im Fall einer Kollision zu schützen.

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 Montage von ein solches Brennstoffspeichersystem nutzenden Fahrzeugen zu erleichtern, ist es außerdem vorteilhaft, ein Brennstoffspeichersystem zu schaffen, das als modulare Einheit am Fahrzeug angebracht werden kann.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein Brennstoffspeichersystem gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung umfasst einen Behälter, der in ein Fahrzeug eingebaut und unter dem Unterboden des Fahrzeugs oder an einer anderen geeigneten Stelle installiert werden kann. Der Behälter ist dafür eingerichtet, den verfügbaren Raum zum Speichern von Brennstoff an einem Fahrzeug zu maximieren, und schließt Platz für eine Stromsteuervorrichtung ein, die im Behälter enthalten sein soll. Der Behälter weist auch Entlüftungs- und Ableitungsöffnungen auf, um die Entnahme von Gas und Flüssigkeiten aus dem Inneren des Behälters zu ermöglichen.

Ein Brennstoffspeichersystem gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung weist ein Gehäuse mit einem Innenraum auf. Zumindest ein unter Druck gesetzter Speichertank ist im Inneren des Gehäuses angeordnet. Im Inneren des Gehäuses gibt es eine Stromsteuervorrichtung. Die Stromsteuerung umfasst einen Druckregler, der an dem mindestens einen Speichertank angebracht ist und dazu dient, einen Druck des von dem mindestens einen Speichertank gelieferten Brennstoffs zu regulieren, und/oder ein automatisch gesteuertes Ventil, das dazu dient, einen Brennstoffstrom von dem zumindest einen Speichertank selektiv aus dem Gehäuse zu ermöglichen. Es ist eine Brennstoffleitung vorhanden, die an der Stromsteuervorrichtung angebracht ist und dazu dient, Brennstoff von dem zumindest einen Speichertank zuzuführen. Die Brennstoffleitung erstreckt sich von der Stromsteuervorrichtung aus dem Gehäuse.

Ein anderes Brennstoffspeichersystem für ein Fahrzeug gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls offenbart. Dieses Brennstoffspeichersystem weist ein Gehäuse mit einem Innenraum auf. Es gibt zumindest einen unter Druck gesetzten Speichertank, der im Inneren des Gehäuses angeordnet ist. Eine Brennstoffleitung ist vorhanden, die mit dem Speichertank in Verbindung steht und sich aus dem Gehäuse erstreckt. Im Gehäuse gibt es mindestens eine Entlüftungsöffnung. Die Öffnung dient dazu, Fluid aus dem Inneren des Gehäuses zu entlüften.

In einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftfahrzeug offenbart. Das Kraftfahrzeug enthält ein Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel, der dazu dient, Brennstoff und ein Oxidationsmittel reagieren zu lassen, um elektrische Energie zu erzeugen. Ein Brennstoffspeichersystem ist vorhanden, das dazu dient, den Brennstoff zu speichern und zuzuführen. Das Brennstoffspeichersystem enthält zumindest einen Speichertank. Ein erster Träger ist vorhanden, der einen Teil des zumindest einen Speichertanks umgibt. Ein zweiter Träger umgibt einen anderen Teil des zumindest einen Speichertanks. Der erste und zweite Träger sind zusammen mit dem zumindest einen Speichertank angebracht, der zwischen dem ersten und zweiten Träger angeordnet ist. In einem der Träger gibt es auch mindestens eine Ableitungsöffnung. Die Ableitungsöffnung dient dazu, Fluid aus dem Inneren der Träger abzuleiten.

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 dazu gedacht sind, den Umfang der Erfindung zu beschränken.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen vollständiger verstanden, wobei:
1 eine vereinfachte Aufrissansicht eines Fahrzeugs ist, das von einem Brennstoffzellensystem angetrieben wird und ein Brennstoffspeichersystem gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung aufweist;
2 eine Querschnittansicht des Brennstoffspeichersystems von 1 ist;
3 eine auseinandergezogene Ansicht des Brennstoffspeichersystems von 1 ist; und
4 eine Querschnittansicht einer anderen Ausführung des Brennstoffspeichersystems von 1 ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform 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 Brennstoffspeichersystem 24 gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung und einem Brennstoffzellensystem 26 veranschaulicht. Das Fahrzeug 20 hat eine Karosserie 28 und einen Unterboden 30, an dem das Brennstoffspeichersystem 24 montiert ist. Das Brennstoffspeichersystem 24 dient dazu, Brennstoff zu speichern und gespeicherten Brennstoff über einen Kraftstrom 32, wie im Folgenden beschrieben wird, an ein Brennstoffzellensystem 26 zu liefern. Alternativ dazu kann das Fahrzeug 20 einen (nicht dargestellten) Verbrennungsmotor aufweisen, der den Brennstoffstrom 32 vom Brennstoffspeichersystem 24 empfängt.
Das Brennstoffzellensystem 26 enthält einen Brennstoffzellenstapel 34, der aus mehreren Brennstoffzellen besteht und dazu dient, den Brennstoffstrom 32 mit einem Oxidationsmittelstrom 36 zur Reaktion zu bringen, um elektrische Energie zu erzeugen, wie in der Brennstoffzellentechnik bekannt ist. In Brennstoffzellen vom Typ mit Protonenaustauschmembran (PEM) wird Wasserstoff an die Anode der Brennstoffzelle geliefert, und Sauerstoff wird an die Kathode geliefert. Wenn ein Brennstoffzellenstapel 34 Brennstoffzellen vom PEM-Typ nutzt, ist demgemäß der Brennstoffstrom 32 ein wasserstoffhaltiger Strom, und der Oxidationsmit telstrom 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 angeordnet, die als Stromkollektoren für die Anode und Kathode dienen, die 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 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 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 hier einbezogen ist. Obgleich der Brennstoffzellenstapel 34 als ein Typ eines Brennstoffzellenstapels mit Protonenaustauschmembranen beschrieben ist, sollte festgestellt werden, dass andere Brennstoffzellenstapel verwendet werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die durch das Brennstoffzellensystem 24 erzeugte elektrische Energie wird genutzt, um elektrische Leistung an das Fahrzeug 20 zu liefern, die ver wendet werden kann, um das Fahrzeug 20 durch die Nutzung von Elektromotoren anzutreiben.
In 1 ist nun das Fahrzeug 20 mit der bevorzugten Ausführungsform eines Brennstoffspeichersystems 24 gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Brennstoffspeichersystem 24 nutzt ein Gehäuse 40, das ein Paar Speichertanks 42, 44 umgibt. Das Gehäuse 40 ist am Unterboden 30 des Fahrzeugs 20 angebracht. Das Gehäuse 40 sorgt für einen Schutz des Brennstoffspeichersystems 24 und insbesondere der Speichertanks 42, 44 vor einer Beschädigung, die durch Trümmer oder andere Fremdkörper verursacht wird, die das Brennstoffspeichersystem 24, während das Fahrzeug 20 sich bewegt, und/oder im Fall einer Kollision treffen.
Die Speichertanks 42 und 44 sind dafür ausgelegt, den Brennstoff für das Fahrzeug 20 zu speichern. Die Speichertanks 42 und 44 sind dafür ausgelegt, den Brennstoff unter einem erhöhten Druck zu speichern, um den Brennstoff zu verdichten und die Brennstoffspeicherung für den verfügbaren Raum zu maximieren. Um eine Verdichtung des Brennstoffs zu bewerkstelligen, sind die Speichertank 42 und 44 vorzugsweise dafür ausgelegt, dass sie einem Druck von mindestens 70 MPa standhalten können. Es ist jedoch festzustellen, dass niedrigere und höhere Drücke genutzt werden können und die Speichertanks 42 und 44 dafür ausgelegt sein können, den niedrigeren und höheren Drücken standzuhalten, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zusätzlich zur Fähigkeit, den Brennstoff unter diesen hohen Drücken zu speichern, sollen die Speichertanks 42 und 44 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 Ei genschaften aufweisen. Beispielsweise können die Speichertanks 42 und 44 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 ist, wenn Tanks vom Typ IV verwendet werden, das Gehäuse 40 dafür eingerichtet, die Änderung der Abmessungen der Speichertanks 42 und 44 zu erlauben, während sich der Druck innerhalb der Speichertanks 42 und 44 ändert. Wie dargestellt ist, haben außerdem die Speichertanks 42 und 44 verschiedene Größen. Die unterschiedlichen Größen werden gewählt, um eine effiziente Speicherung des Brennstoffs in dem verfügbaren Raum zu bewerkstelligen. Das heißt, die spezifische Größe jedes Speichertanks 42 und 44 wird so gewählt, dass für eine effiziente Speicherung des Brennstoffs im verfügbaren Raum gesorgt wird. Zu diesem Zweck kann zusammen mit dem Einstellen der Größe der Speichertanks die Anzahl der Speichertanks, die verwendet werden, ebenfalls variieren. Beispielsweise können, wie in 4 gezeigt ist, zwei Speichertanks der gleichen Größe verwendet werden. Außerdem können drei Speichertanks gleicher oder unterschiedlicher Größen verwendet werden, falls dies für eine effiziente Speicherung von Brennstoff im am Fahrzeug 20 verfügbaren Raum sorgt. Die Größe der Speichertanks 42 und 44 und die Anzahl der Speichertanks wird somit variieren, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Das Gehäuse 40 besteht aus einem ersten oder oberen Teil 46, der so ausgeführt ist, dass er einen Teil der Speichertanks 42, 44 umgibt, und einem zweiten oder unteren Teil 48, der so ausgeführt ist, dass er den verbleibenden Teil der Speichertanks 42, 44 umgibt. Der obere und untere Teil 46 und 48 sind so aneinander angebracht, dass sie ein Gehäuse 40 bilden, das die Speichertanks 42, 44 schützt. Der obere und untere Teil 46 und 48 können auf eine Vielzahl von Arten aneinander angebracht werden. Zum Beispiel werden, wie in 2 und 3 gezeigt ist, Bolzen 52 und komplementäre Muttern 54 verwendet, um den oberen und unteren Teil 46 und 48 aneinander zu befestigen. Alternativ dazu können Schrauben, Klemmen, Gelenke oder andere mechanische Verbindungselemente verwendet werden. Der obere und untere Teil 46 und 48 müssen nicht fluiddicht aneinander angebracht werden, da das Gehäuse 40 nicht als sekundäre Kapselung für den Brennstoff in den Tanks 42, 44 dienen soll.
Die äußere Form des oberen und unteren Teils 46 und 48 kann so variieren, dass sie sich an den Ort im Fahrzeug 20 anpasst, an dem sich das Brennstoffspeichersystem 24 befindet. Das heißt, wie in 2 gezeigt ist, weisen der obere und untere Teil 46 und 48 eine Außenfläche auf, die sich im Verlauf zwischen gegenüberliegenden Seiten ändert. Diese äußere Ausführung ist so konturiert, dass sie zu einer Kontur des Unterbodens 30 des Fahrzeugs 20 komplementär ist. Im Gegensatz dazu kann, wie in 4 gezeigt ist (die eine alternative Ausführungsform des Brennstoffspeichersystems 24 ist), die äußere Ausführung des oberen und unteren Teils 46 und 48 im Allgemeinen einheitlich sein und für eine rechtwinklige Umhüllung sorgen, wenn die Ausführung des Unterbodens 30 eine derartige Ausführung für den oberen und/oder unteren Teil 46 und 48 ermöglicht. Folglich kann sich die äußere Ausführung des Gehäuses 40 unterscheiden und kundenspezifisch ausgeführt sein, so dass sie dem verfügbaren Raum am Fahrzeug 20 entspricht, in dem das Brennstoffspeichersystem 24 angeordnet ist. Die äußere Ausgestaltung des Gehäuses 40 ist vorzugsweise so ausgeführt, dass der verfügbare Raum im Fahrzeug 20, in dem das Brennstoffspeichersystem 24 angeordnet ist, effizient genutzt wird. Zusätzlich zur kundenspezifischen bzw. individuellen Anpassung der externen Ausführung des Gehäuses 40, um den verfügbaren Raum im Fahrzeug 20 effizient zu nutzen, werden die Größen und Anzahl der Spei chertanks 42 und 44, die verwendet werden, ebenfalls so gewählt, dass der verfügbare Raum effizient genutzt wird.
Der untere Teil 48 hat ein Paar Klammern 56, die sich zwischen den Seiten des unteren Teils 48 quer zur Ausrichtung der Speichertanks 42, 44 erstrecken. Die Klammern 56 sind zur äußeren Ausführung der Tanks 42, 44 komplementär und bilden ein Gestell, auf dem die Tanks 42, 44 ruhen. Die Klammern 56 können mehrere Klammern sein, die wie gezeigt entlang der Länge des Gehäuses 40 beabstandet sind, oder können eine einzige Klammer sein, die sich über einen Abschnitt oder eine gesamte Länge des unteren Teils 48 des Gehäuses 40 erstreckt. Die Tanks 42, 44 sind an den Klammern 56 und dem unteren Teil 48 vorzugsweise mit Riemen 58 angeschnallt. Alternativ dazu können die Tanks 42, 44 am unteren Teil 48 mit Zargen montiert sein, wie in der Technik bekannt ist.
Der obere und untere Teil 46 und 48 weisen jeweilige Schaumelemente 60, 62 auf. Die Schaumelemente 60, 62 sind so bemessen, dass sie zum Innenraum des oberen und unteren Teils 46 und 48, den Klammern 56, Riemen 58 und der äußeren Gestalt der Speichertanks 42, 44 komplementär sind. Außerdem sind die Schaumelemente 60, 62 so bemessen, dass sie für etwaige Rohrleitungshardware, elektrische Hardware und andere Komponenten Platz lassen, die mit den Speichertanks 42, 44 verbunden sind. In einer alternativen Ausführungsform werden, wie in 4 gezeigt ist, die Tanks 42, 44 durch das untere Schaumelement 62 und den unteren Teil 48 des Gehäuses 40 abgestützt. Diese Ausführungsform kann genutzt werden, wenn das Gewicht der Tanks 42, 44 gering genug ist, so dass die Tanks 42, 44 durch das untere Schaumelement 62 und den unteren Teil 48 des Gehäuses 40 ohne Bedarf an Klammern 56 sicher abgestützt werden können. In dieser Ausführungsform stehen die Schaumelemente 60, 62 mit den Innenwänden des jeweiligen oberen und unteren Teils 46 und 48 in direktem Kontakt, so dass die Schaumelemente 60, 62 sich in Bezug auf den oberen und unteren Teil 46 und 48 nicht bewegen. Jedes Schaumelement 60, 62 ist so konturiert, dass es zu einer Außenkontur der Speichertanks 42, 44 komplementär ist, so dass die Speichertanks 42, 44 zwischen den Schaumelementen 60, 62 befestigt sind, wenn der obere und untere Teil 46 und 48 aneinander angebracht sind. Die Schaumelemente 60, 62 sind in direktem Kontakt mit dem Äußeren der Speichertanks 42, 44 so ausgebildet, dass die Tanks 42, 44 ausreichend abgestützt sind und eine geringfügige Bewegung der Tanks 42, 44 in Bezug auf das Gehäuse 40 möglich ist. Die Speichertanks 42, 44 können folglich durch die Klammer 56 und/oder Schaumelemente 60, 62 abgestützt werden.
Zusätzlich zum Vorsehen eines Trägers für die Speichertanks 42, 44 sorgen die Schaumelemente 60, 62 im Fall einer Kollision des Fahrzeugs 20 oder des Brennstoffspeichersystems 24 mit einem Fremdkörper auch für eine Energieabsorption. Die energieabsorbierenden Eigenschaften der Schaumelemente 60, 62 dienen dazu, während einer Kollision übertragene Energie zu dissipieren, so dass die Speichertanks 42, 44 und die zugeordneten Komponenten weniger wahrscheinlich beschädigt werden. Um die energieabsorbierenden Eigenschaften zu liefern, sind die Schaumelemente 60, 62 vorzugsweise aus Schaum mit geschlossenen Zellen wie zum Beispiel PU (Polyurethan), Epoxid-Schaum und PMI (Polymethacrylimid) hergestellt. Es ist jedoch festzustellen, dass andere Arten von Materialien wie zum Beispiel Schaum mit offenen Zellen oder andere Stöße absorbierende Materialien und Strukturen (zum Beispiel Bienenwabenstrukturen) genutzt werden können, um die Schaumelemente 60, 62 herzustellen, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Schaumelemente 60, 62 können daher die duale Funktionalität der Abstützung der Speichertanks 42, 44 und des Schutzes des Brennstoffspeichersystems 24 im Fall eines Unfalls liefern.
Wie oben festgestellt wurde, sind die Schaumelemente 60, 62 so ausgebildet, dass sie Platz vorsehen, damit die verschiedenen Komponenten des Brennstoffspeichersystems 24 in das Gehäuse 40 passen. Konkret umfasst das Brennstoffspeichersystem 24 eine Stromsteuervorrichtung, in diesem Fall in Form eines Paars Druckregler 64, die an den jeweiligen Speichertanks 42, 44 angebracht sind, und automatisch gesteuerte Ventile oder Solenoide 66. Die Druckregler 64 sind durch eine Brennstoffleitung 68 miteinander verbunden und dienen dazu, den Druck des von den Speichertanks 42, 44 zugeführten Brennstoffs zu steuern. Die Brennstoffleitung 68 und eines der Ventile 66 ermöglichen, dass Brennstoff zwischen den Reglern 64 und zwischen den Speichertanks 42, 44 über die Regler 64 geleitet wird. Die Ventile 66 arbeiten mit den Reglern 64, um den Brennstoffstrom zwischen den Speichertanks 42, 44 und den Brennstoffstrom 32 zu steuern. An einem der Regler 64 ist eine Brennstofffüllleitung 70 angebracht, die ermöglicht, dass die Speichertanks 42, 44 mit Brennstoff gefüllt werden. Die Brennstofffüllleitung 70 weist an ihrem Ende ein Anschlussstück 72 auf, das so ausgebildet ist, dass es mit einem (nicht dargestellten) komplementären Stecker am Fahrzeug 20 verbunden wird, um zu ermöglichen, dass die Speichertanks 42, 44 von einer günstigen Stelle am Fahrzeug 20 aus mit Brennstoff gefüllt werden. Eine Brennstoffzufuhrleitung 74 ist mit dem anderen der Regler 64 verbunden. Die Brennstoffzufuhrleitung 74 dient dazu, Brennstoff von den Speichertanks 42, 44 einem (nicht dargestellten) Verbrennungsmotor oder Brennstoffzellensystem 26 als Brennstoffstrom 32 zuzuführen. Die Brennstoffzufuhrleitung 74 weist ein Anschlussstück 76 auf, das so ausgebildet ist, dass es an einem (nicht dargestellten) komplementären Stecker am Fahrzeug 20 angebracht wird, um Brennstoff an das Brennstoffzellensystem 26 zu liefern. Das Brennstoffspeichersystem 24 weist auch Temperatursensoren 78 auf, die die Brennstofftemperatur in den Tanks 42, 44 messen, und Drucksensoren 80, die den Druck in den Tanks 42, 44 und/oder Brennstoffleitungen 68, 70 und 74 messen. Das Brennstoffspeichersystem 24 enthält auch ein Erdungskabel 82, das genutzt wird, um die Speichertanks 42, 44 an der Karosserie 28 des Fahrzeugs 20 zu erden. Das Erdungskabel 82 ist zusammen mit dem Rest der elektrischen Zuleitungen für die verschiedenen Komponenten des Brennstoffspeichersystems 24 gebündelt und wird aus dem Gehäuse 40 als ein Bündel 84 mit einem Anschlussstück 86 geführt, das an einem (nicht dargestellten) komplementären Anschlussstück am Fahrzeug 20 angebracht werden kann, um die elektronischen Steuerungen und Sensoren des Brennstoffspeichersystems 24 mit den Steuerungssystemen an Bord des Fahrzeugs 20 zu verbinden. In der bevorzugten Ausführungsform sind folglich die Druckregler 64, Ventile 66 und Temperatur- und Drucksensoren 78 und 80 im Gehäuse 40 enthalten, und die Schaumelemente 60, 62 sind so ausgebildet, dass sie darin Ausnehmungen vorsehen, um diese Komponenten des Brennstoffspeichersystems 24 unterzubringen.
Wie oben bemerkt wurde, ist das Brennstoffspeichersystem 24 nicht als sekundäre Kapselung für den in den Speichertanks 42,44 enthaltenen Brennstoff ausgelegt. Das Brennstoffspeichersystem 24 ist vielmehr dafür ausgelegt, dass etwaiges Gas, das im Inneren des Gehäuses 40 auftreten kann, zusammen mit etwaiger Feuchtigkeit oder anderen Flüssigkeiten, die ihren Weg in den Innenraum des Gehäuses 40 finden können, daraus entfernt werden kann. Um dies zu erreichen, nutzt das Brennstoffspeichersystem 24 die natürliche Lüftung, wobei es mehrere Öffnungen 88 gibt, die auf der Oberseite des oberen Teils 46 des Gehäuses 40 liegen. Die Öffnungen 88 haben wie dargestellt vorzugsweise die Form von Lüftungsschlitzen, die dafür sorgen, dass etwaige Gase, die akkumuliert wurden oder innerhalb des Gehäuses 40 auftreten, daraus entlüftet werden. Die Lüftungsschlitze 88 liegen auf der Oberseite des oberen Teils 46, weil Wasserstoff leichter als Luft ist und zur Oberseite des Innenraums des Gehäuses 40 steigen wird. Die Lüftungsschlitze 88 sind zusammen mit dem Unterboden 30 des Fahrzeugs 20 so ausgebildet, dass sie einen Venturi-Effekt liefern, bei dem ein niedrigerer Druck unmittelbar außerhalb der Lüftungsschlitze 88 auftritt, so dass Gas innerhalb des Gehäuses 40 durch die Lüftungsschlitze 88 leicht zur Außenseite des Gehäuses 40 strömen wird. Zusätzlich zu den Lüftungsschlitzen 88 hat das Gehäuse 40 auch ein oder mehrere Ableitungslöcher oder -öffnungen 90. Die Ableitungsöffnungen 90 befinden sich am Boden des unteren Teils 48 des Gehäuses 40. Die Ableitungsöffnungen 90 ermöglichen, dass etwaige Flüssigkeit, die innerhalb des Gehäuses 40 austritt, von dort abgeleitet wird. Die Ableitungsöffnungen 90 haben einen Deflektor oder eine Blende, um zu erschweren und/oder zu vermeiden, dass Flüssigkeiten oder andere Verunreinigungen hochspritzen oder über die Ableitungsöffnungen 90 in das Gehäuse 40 eindringen. Um die Lüftungsöffnungen 88 und Ableitungsöffnungen 90 und deren Funktion zu ermöglichen, weisen die Schaumelemente 60, 62 komplementäre durchgehende Öffnungen oder Kanäle auf, um den Strom der Gase und Flüssigkeiten aus dem Gehäuse 40 durch die Lüftungsschlitze 88 und Ableitungsöffnungen 90 zu ermöglichen. Außerdem können die Schaumelemente 60, 62 mit einer optionalen Barriere wie zum Beispiel einer Metallfolienlage versehen werden, um die Permeation von leckendem Brennstoff in die Zellen der Schaumelemente 60, 62 in dem Fall zu hemmen, in dem ein Leck im Brennstoffspeichersystem 24 auftritt.
Das Brennstoffspeichersystem 24 kann am Unterboden 30 des Fahrzeugs 20 auf viele verschiedene Arten montiert werden. Zum Beispiel kann, wie in 1–3 gezeigt ist, der untere Teil 48 mehrere Flansche 92 aufweisen, die vom unteren Teil 48 nach außen verlaufen. Die Flansche 92 sind mit Querträgern 94 am Unterboden 30 des Fahrzeugs 20 ausgerichtet und mit Bolzen 96 oder anderen mechanischen Verbindungselementen wie zum Beispiel Schrauben, Klemmen oder dergleichen an den Querträgern 94 befestigt. Wie in 4 gezeigt ist, können alternativ dazu ein oder mehrere Riemen 98 an den Querträgern 94 mit Bolzen 96 befestigt werden, um das Gehäuse 40 am Unterboden 30 des Fahrzeugs 20 aufzuhängen. Die Riemen 98 können vorgeformt werden, so dass sie der äußeren Ausgestaltung des Gehäuses 40 und der Lage der Querträger 94 im Wesentlichen entsprechen, oder können so biegsam sein, dass die Riemen 98 mit einer Vielzahl von Gehäusen 40 mit verschiedenen äußeren Ausführungen genutzt werden können.
Das Brennstoffspeichersystem 24 wird im Fahrzeug 20 als modulare Einheit installiert. Das heißt, das Gehäuse 40, die Speichertanks 42, 44, die Regler 64, 66 und Brennstoffleitungen 68, 70 und 74, die Sensoren 78, 80, das Erdungskabel 82 und die zugeordneten elektrischen Drähte im Bündel 84 werden in einer separaten Einrichtung oder einer stationären Station vormontiert. Das modulare Brennstoffspeichersystem 24 wird dann am Unterboden 30 des Fahrzeugs 20 als modulare Einheit auf dem Montageband, das sich bewegen kann, installiert. Um das modulare Brennstoffspeichersystem 24 zu installieren, werden die Flansche 92 mit den Querträgern 94 ausgerichtet, und die Bolzen 96 werden dann genutzt, um die Flansche 92 an den Querträgern 94 zu befestigen. Alternativ dazu wird das modulare Brennstoffspeichersystem 24 dem Unterboden 30 benachbart angeordnet, und ein oder mehrere Riemen 98 werden unter dem Gehäuse 40 angeordnet und mit den Querträgern 94 ausgerichtet, so dass die Bolzen 96 genutzt werden können, um die Riemen 98 am Unterboden 30 zu installieren und dadurch das modulare Brennstoffspeichersystem 24 am Unterboden 30 aufzuhängen. Die Anschlussstücke 72, 76 an den jeweiligen Brennstofffüll- und -zufuhrleitungen 70 und 74 und das Anschlussstück 86 am Bündel 84 können dann mit komplementären Steckern am Fahrzeug 20 verbunden werden.
Es ist festzustellen, dass, obgleich die Speichertanks 42, 44 als zylindrisch oder zylinderförmig dargestellt sind, andere Formen einschließlich nicht zylindrischer und asymmetrischer Formen für die Speichertanks 42, 44 verwendet werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Außerdem kann das Brennstoffspeichersystem 24 an anderen Stellen am Fahrzeug 20 als dem Unterboden 30 benachbart montiert werden. Beispielsweise kann das Brennstoffspeichersystem 24 in einem Innenfach des Fahrzeugs 20 montiert werden, das vom Fahrgastraum getrennt ist, wie zum Beispiel unter einem einem (nicht dargestellten) Verbrennungsmotor oder dem Brennstoffzellensystem 26 benachbarten vorderen Teil des Fahrzeugs 20. Außerdem sollte erkannt werden, dass, obgleich das Brennstoffspeichersystem 24 an einem Personenkraftwagen installiert dargestellt ist, das Brennstoffspeichersystem 24 an anderen Arten von Fahrzeugen wie zum Beispiel Bussen, Lastkraftwagen und dergleichen verwendet werden kann, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Außerdem kann ein Brennstoffsensor wie zum Beispiel ein Wasserstoffsensor im Brennstoffspeichersystem 24 genutzt werden, um in dem Fall, dass ein Brennstoffleck auftritt, Alarm zu geben.
Die Beschreibung der Erfindung ist in ihrer Art nur beispielhaft, und folglich sollen Variationen, die vom Wesen der Erfindung nicht abweichen, innerhalb des Umfangs der Erfindung eingeschlossen sein. Solche Variationen werden nicht als Abweichung vom Geist und Umfang der Erfindung betrachtet.

Claims

Brennstoffspeichersystem für ein Fahrzeug, wobei das Brennstoffspeichersystem aufweist: ein Gehäuse mit einem Innenraum; zumindest einen unter Druck gesetzten Speichertank, der im Innenraum des Gehäuses angeordnet ist; eine Stromsteuervorrichtung in dem Innenraum des Gehäuses, wobei die Stromsteuervorrichtung einen Druckregler, der an dem zumindest einen Speichertank angebracht ist und dazu dient, einen Druck von durch den zumindest einen Speichertank zugeführtem Brennstoff zu regulieren, und/oder ein automatisch gesteuertes Ventil umfasst, das dazu dient, einen Brennstoffstrom von dem zumindest einen Speichertank aus dem Gehäuse selektiv zu ermöglichen; und eine Brennstoffleitung, die an der Stromsteuervorrichtung angebracht ist und dazu dient, Brennstoff von dem zumindest einen Speichertank zuzuführen, wobei die Brennstoffleitung von der Stromsteuervorrichtung aus dem Gehäuse verläuft.
Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 1, wobei ein Teil des Innenraums des Gehäuses mit einem Schaummaterial gefüllt ist.
Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 2, wobei das Schaummaterial so ausgebildet ist, dass es zu einem Äußeren des zumindest einen Speichertanks komplementär ist, und der mindestens eine Speichertank durch das Schaummaterial zumindest teilweise im Gehäuse abgestützt ist.
Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 2, wobei das Schaummaterial ein Schaum mit geschlossenen Zellen ist.
Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse einen ersten und zweiten Teil aufweist, die trennbar sind.
Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse dafür eingerichtet ist, an einem Unterboden eines Fahrzeugs angebracht zu werden.
Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 1, wobei der zumindest eine Speichertank mindestens zwei Speichertanks umfasst.
Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 1, wobei der zumindest eine Speichertank zylinderförmig ist.
Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse zumindest eine Lüftungsöffnung aufweist.
Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse zumindest eine Ableitungsöffnung aufweist.
Brennstoffspeichersystem für ein Fahrzeug, wobei das Brennstoffspeichersystem aufweist: ein Gehäuse mit einem Innenraum; zumindest einen unter Druck gesetzten Speichertank, der im Innenraum des Gehäuses angeordnet ist; eine Brennstoffleitung, die mit dem Speichertank in Verbindung steht und aus dem Gehäuse verläuft; und zumindest eine Lüftungsöffnung in dem Gehäuse, die dazu dient, Fluid aus dem Innenraum des Gehäuses zu entlüften.
Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 11, wobei die Lüftungsöffnung sich an dem oberen Teil des Gehäuses befindet.
Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 11, wobei die zumindest eine Lüftungsöffnung mehrere Lüftungsöffnungen im Gehäuse umfasst.
Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 11, wobei die Lüftungsöffnung immer offen ist.
Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 11, ferner umfassend mindestens eine Ableitungsöffnung in dem Gehäuse, die dazu dient, eine Ableitung eines Fluids aus dem Innenraum des Gehäuses zu ermöglichen.
Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 15, wobei die Ableitungsöffnung sich an einem unteren Teil des Gehäuses befindet.
Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 15, wobei die Ableitungsöffnung immer offen ist.
Kraftfahrzeug, mit: einem Brennstoffzellensystem, das einen Brennstoffzellenstapel enthält, der dazu dient, Brennstoff und ein Oxidationsmittel zur Reaktion zu bringen, um elektrische Energie zu erzeugen; einem Brennstoffspeichersystem, das dazu dient, den Brennstoff zu speichern und zuzuführen, wobei das Brennstoffspeichersystem umfasst: zumindest einen Speichertank; einen ersten Träger, der einen Teil des zumindest einen Speichertanks umgibt; einen zweiten Träger, der einen anderen Teil des zumindest einen Speichertanks umgibt, wobei der erste und zweite Träger lösbar aneinander angebracht sind, wobei der zumindest eine Speichertank zwischen dem ersten und zweiten Träger angeordnet ist; und mindestens eine Ableitungsöffnung in einem der Träger, wobei die Ableitungsöffnung dazu dient, Fluid aus innerhalb der Träger abzuleiten.
Fahrzeug nach Anspruch 18, wobei der erste Träger einen Innenraum hat, der zu einem Äußeren des zumindest einen Speichertanks komplementär ist, und der zumindest eine Speichertank durch den komplementären Innenraum abgestützt ist.
Fahrzeug nach Anspruch 19, wobei das Brennstoffspeichersystem ein Schaumelement enthält, das im Inneren des ersten Trägers angeordnet, wobei das Schaumelement zum Äußeren des zumindest einen Speichertanks komplementär ist und den komplementären Innenraum des ersten Trägers bildet und das Schaumelement den zumindest einen Speichertank abstützt.
Fahrzeug nach Anspruch 20, wobei der Schaum ein Schaum mit geschlossenen Zellen ist.
Fahrzeug nach Anspruch 19, wobei der zweite Träger einen Innenraum hat, der zum Äußeren des zumindest einen Speichertanks komplementär ist, und der zumindest eine Speichertank durch den komplementären Innenraum des zweiten Trägers abgestützt wird.
Fahrzeug nach Anspruch 22, wobei das Brennstoffspeichersystem ein Schaumelement enthält, das in jedem der Innenräume der Träger angeordnet ist, wobei die Schaumelemente zum Äußeren des zumindest einen Speichertanks komplementär sind und die komplementären Innenräume der Träger bilden und die Schaumelemente den zumindest einen Speichertank abstützen.
Fahrzeug nach Anspruch 18, wobei die angebrachten Träger und der zumindest eine Speichertank an einem Unterboden des Fahrzeugs angeordnet sind.
Fahrzeug nach Anspruch 18, wobei das Brennstoffspeichersystem ferner enthält: zumindest einen Druckregler, der mit dem zumindest einen Speichertank verbunden ist, wobei der zumindest eine Regler dazu dient, einen Druck eines durch den zumindest einen Speichertank zugeführten Brennstoffs zu regulieren; und eine Brennstoffleitung, die mit dem Regler verbunden ist und gespeicherten Brennstoff zuführt.
Fahrzeug nach Anspruch 18, wobei der zumindest eine Speichertank mindestens zwei Speichertanks umfasst.
Fahrzeug nach Anspruch 18, wobei das Brennstoffspeichersystem ferner mindestens eine Lüftungsöffnung in einem der Träger enthält, wobei die Lüftungsöffnung dazu dient, Gas aus dem Bereich zwischen den Trägern zu entlüften.