DE102009024796A1

DE102009024796A1 - Motor vehicle, has hydrogen tank comprising wall and formed as supporting element in body shell structure of vehicle, where tank is connected directly and indirectly with body shell components of structure

Info

Publication number: DE102009024796A1
Application number: DE200910024796
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. Lange; Franz Dipl.-Ing. Maier; Matthias Dr. Nohr; Dietmar Dipl.-Ing. Streicher
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2010-12-16

Abstract

The vehicle has a hydrogen tank (1) comprising a wall (2) and formed as a supporting element in a body shell structure of the vehicle, where the tank is connected directly and indirectly with body shell components of the structure. The tank has containers that are connected with one another, where the tank is made from fiber-reinforced material. The tank is connected with a floor section (3) and a transverse beam (4), and comprises a multi-layered structure with different filling pressures.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Wasserstofftank mit einer Wandung.The The invention relates to a motor vehicle with a hydrogen tank with a wall.

Moderne Antriebssysteme für Kraftfahrzeuge basieren auf dem Einsatz von gasförmigem Wasserstoff als Energieträger. Hierzu wird der Wasserstoff in einem Wasserstofftank mit einem bis zu 700fachen Überdruck im Kraftfahrzeug mitgeführt. Derartige Wasserstofftanks sind bisher als Stahlflaschen mit bis zu 200fachem Überdruck eingesetzt worden. Eine Wandung des Wasserstofftanks kann auch für einen höheren Fülldruck aus einem Faserverbundwerkstoff mit beispielsweise Glas- und/oder Kohlenstofffasern bestehen.modern Drive systems for Motor vehicles are based on the use of gaseous hydrogen as an energy source. For this The hydrogen is in a hydrogen tank with up to 700 times overpressure carried in the vehicle. such Hydrogen tanks are so far as steel cylinders with up to 200 times overpressure been used. A wall of the hydrogen tank can also be used for one higher filling pressure from a fiber composite material with, for example, glass and / or carbon fibers consist.

Derartige Wasserstofftanks verfügen über Zu- und Ableitungen zum Befüllen beziehungsweise zur Versorgung eines Antriebssystems mit dem benötigen Wasserstoff sowie über ein Überdruckventil. Ein Wasserstofftank wird mit geeigneten Haltevorrichtungen an einer Rohbaustruktur beziehungsweise einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs befestigt, wobei der Wasserstofftank in seiner äußeren Formgebung an einen vorhandenen Einbauraum der Rohbaustruktur angepasst sein kann.such Hydrogen tanks have access to and discharges for filling or to supply a drive system with the required hydrogen as well as over a pressure relief valve. One Hydrogen tank is attached to a suitable holding devices Shell structure or a body of a motor vehicle attached, wherein the hydrogen tank in its outer shape to an existing Installation space of the bodyshell structure may be adjusted.

Als nachteilig hierbei ist es anzusehen, dass durch den Wasserstofftank beziehungsweise eine Haltevorrichtung zur Befestigung des Wasserstofftanks an der Rohbaustruktur ein Leergewicht des Kraftfahrzeugs erhöht wird, so dass der Energiebedarf zur Fortbewegung erhöht ist.When The disadvantage here is to see that through the hydrogen tank or a holding device for fastening the hydrogen tank an empty weight of the motor vehicle is increased on the shell structure, so that the energy requirement for locomotion is increased.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art anzugeben, dessen Gesamtgewicht reduziert ist.outgoing From this prior art, the invention is based on the object to specify a motor vehicle of the type mentioned, the total weight is reduced.

Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by a motor vehicle having the features of the claim 1 solved.

Bei einem derart ausgebildeten Kraftfahrzeug ist ein Wasserstofftank vorgesehen, der selbst als tragendes Element der Rohbaustruktur des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Das bedeutet, dass er zur Stabilität der Rohkarosse beiträgt und gegebenenfalls weitere Komponenten insbesondere der Karosse des Kraftfahrzeugs an dem Wasserstofftank befestigt sein können. Es versteht sich, dass der Wasserstofftank beziehungsweise dessen Wandung in einer ausreichenden Wandstärke ausgelegt ist, um die statischen und dynamischen Kräfte, insbesondere während des Fahrtbetriebs, aufnehmen zu können.at Such a trained motor vehicle is a hydrogen tank provided itself as a supporting element of the bodyshell structure of the motor vehicle is formed. That means he contributes to the stability of the body shell contributes and optionally other components, in particular the body of the motor vehicle can be attached to the hydrogen tank. It It is understood that the hydrogen tank or its wall in a sufficient wall thickness is designed to reduce the static and dynamic forces, especially during the Driving operation to record.

Im Rahmen der Erfindung kann die Wandung des Wasserstofftanks vom Fachmann aus beliebigen Werkstoffen angefertigt werden, beispielsweise in Form einer Stahlflasche oder aus Faserverbundwerkstoffen mit Glas-, Kohlenstoff- und/oder metallischen Fasern. Die Formgebung ist beliebig, vorzugsweise wird aber eine runde, längliche Flaschenform gewählt. Grundsätzlich kann die äußere Formgebung des Wasserstofftanks in Abhängigkeit des Einbauorts in der Rohbaustruktur beliebig gewählt werden, sofern die benötigten Stabilitäten und Festigkeiten gewährleistet sind.in the Within the scope of the invention, the wall of the hydrogen tank can be made by a person skilled in the art be made of any materials, for example in shape a steel bottle or fiber composite materials with glass, carbon and / or metallic fibers. The shape is arbitrary, preferably but becomes a round, oblong Bottle shape chosen. in principle can the outer shape of the Hydrogen tanks in dependence of the installation site in the bodyshell structure are arbitrarily selected, provided the needed stabilities and strength guaranteed are.

Es versteht sich, dass der Wasserstofftank hinsichtlich seiner mechanischen Eigenschaften derart ausgelegt ist, dass er bei der Betankung beziehungsweise der Entleerung während des Betriebs sowie unter verschiedenen Temperatureinflüssen maßhaltig ist. Somit ist ein Verziehen der Karosserie während des Betriebs des Kraftfahrzeugs ausgeschlossen.It It is understood that the hydrogen tank in terms of its mechanical Characteristics is designed such that it during refueling or emptying during the operation and under different temperature conditions dimensionally stable is. Thus, a distortion of the body during operation of the motor vehicle locked out.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die Ausgestaltung des Wasserstofftanks als tragendes Element der Rohbaustruktur zusätzliche Haltevorrichtungen an einer eigentlichen Rohbaustruktur des Kraftfahrzeugs entfallen können. Zudem kann das Material der Rohbaustruktur am Ort des Wasserstofftanks eingespart werden, so dass das Gesamtgewicht des Kraftfahrzeugs insgesamt erniedrigt ist. Somit wird beispielsweise zum Beschleunigen des Kraftfahrzeugs weniger Energie benötigt.Of the Advantage of the invention is that by the embodiment the hydrogen tank as a supporting element of the bodyshell structure additional holding devices account for an actual bodyshell structure of the motor vehicle can. In addition, the material of the bodyshell structure at the location of the hydrogen tank be saved, so that the total weight of the motor vehicle total is lowered. Thus, for example, to accelerate of the motor vehicle requires less energy.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Wasserstofftank mit mindestens zwei Rohbaukomponenten der Rohbaustruktur verbunden. Das bedeutet, dass der Wasserstofftank beispielsweise mit einem Bodenblech und einem Querträger verbunden ist. Dadurch wird die gesamte Stabilität der Rohbaustruktur des Kraftfahrzeugs sichergestellt. Dabei kann die Verbindung der einzelnen Komponenten untereinander in Abhängigkeit der gewählten Materialien vom Fachmann ausgeführt werden. Bei Ausführung in Metall könnten verschiedene Komponenten beispielsweise miteinander verschweißt werden, bei Ausführungen in Kunststoff ist ein Verkleben und/oder Verschweißen mittels Wärme oder Ultraschall möglich.In In a preferred embodiment, the hydrogen tank is at least two shell components of the bodyshell structure connected. That means, that the hydrogen tank, for example, with a floor panel and a crossbeam connected is. As a result, the entire stability of the bodyshell structure of the motor vehicle ensured. It can be the connection of the individual components with each other in dependence the chosen one Materials performed by a specialist become. At execution in metal could different components are welded together, for example, in versions in plastic is a bonding and / or welding means Heat or Ultrasound possible.

Die Verbindung des Wasserstofftanks mit weiteren Rohbaukomponenten erfolgt entweder direkt oder indirekt. Bei einer direkten Verbindung werden beispielsweise zwei Komponenten miteinander verschweißt oder miteinander verschraubt. Bei einer indirekten Verbindung wird eine Strukturanbindung über eine Adapterstruktur beispielsweise mittels Befestigungselementen erreicht.The Connection of the hydrogen tank takes place with other shell components either directly or indirectly. For a direct connection For example, two components welded together or screwed together. In an indirect connection is a Structural connection via an adapter structure, for example by means of fasteners reached.

In einer weiteren Ausgestaltung steht der Wasserstofftank selbst unter Eigenspannung. Das bedeutet, dass beispielsweise eine Glasfaser- oder Kohlefaserwandung des Wasserstofftanks derart angefertigt ist, dass sie unter einer Vor- oder Eigenspannung steht. Wäre der Wasserstofftank vollständig entleert, hätte dabei die Wandung das Bestreben sich zusammenzuziehen. Beim Befüllen wird dieser quasi negative Druck zunächst ausgeglichen und erst oberhalb eines durch die Eigenspannung vorgegebenen Druckniveaus wird die Wandung unter Druckbelastung nach Außen gesetzt. Eine derartige Eigenspannung kann beispielsweise durch das nachträgliche Aufbringen von unter Spannung stehenden Fasern oder Matten erhalten werden beziehungsweise durch die Anfertigung einer Wandung aus Faserverbundwerkstoffen unter Druck im Autoklaven.In a further embodiment, the hydrogen tank itself is under residual stress. This means that, for example, a glass fiber or carbon fiber wall of the hydrogen tank is made to be under a fore or a own voltage is. If the hydrogen tank were completely emptied, the wall would have been trying to contract. When filling this quasi-negative pressure is first compensated and only above a predetermined by the residual stress level, the wall is placed under pressure load to the outside. Such an internal stress can be obtained for example by the subsequent application of live fibers or mats or by making a wall of fiber composites under pressure in an autoclave.

Weiterhin ist vorgeschlagen, dass der Wasserstofftank einen mehrschaligen Aufbau aufweist. Das bedeutet, dass mehrere in sich abgeschlossene Tankvolumina jeweils einander umhüllend angeordnet sind. Dabei herrscht im innersten Tankvolumen der höchste Fülldruck, der jeweils nach Außen hin abnimmt. Bei einer derartigen Anordnung verschiedener Tanks ineinander muss eine Wandung des innersten Tankes nicht derart dickwandig ausgelegt werden, dass sie den vollständigen Unterschied zwischen Normaldruck und dem Druck im Inneren aufnehmen muss, sondern lediglich die Druckdifferenz zum umgebenenden Tankvolumen. Somit kann jeweils Material bei der Auslegung der verschiedenen Tankwandungen eingespart werden.Farther It is suggested that the hydrogen tank is a multi-shell Structure has. This means that several self-contained tank volumes each enveloping each other are arranged. The highest filling pressure prevails in the innermost tank volume, each to the outside decreases. In such an arrangement of different tanks One wall of the innermost tank does not have to be so thick-walled be interpreted that they make the full difference between Normal pressure and the pressure inside must absorb, but only the pressure difference to the surrounding tank volume. Thus, respectively Material saved in the design of the various tank walls become.

Schließlich ist vorgeschlagen, dass der Wasserstofftank zwei miteinander verbundene Tankbehälter umfasst, die beispielsweise T- oder L-förmig angeordnet und miteinander verflanscht sind. Dabei herrscht in einem ersten Tank ein höherer Druck als im anderen, zweiten Tank. Für den Tank niedrigeren Drucks ist ein Regelventil vorgesehen, wobei beim Befüllen zuerst der Niederdruck-Tank befüllt wird, bis dieser seinen Arbeitsdruck erreicht hat. Nachfolgend wird der Tank mit höherem Fülldruck befüllt. Während des Betriebs erfolgt die Entnahme in umgekehrter Reihenfolge.Finally is suggested that the hydrogen tank be two interconnected tank containers includes, for example, arranged T-shaped or L-shaped and with each other are flanged. There is a higher pressure in a first tank than in the other, second tank. For the tank of lower pressure is provided with a control valve, wherein when filling first filled the low-pressure tank until it has reached its working pressure. Below is the tank with higher filling pressure filled. During the Operation takes the removal in reverse order.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung zu dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sowie den einzelnen Patentansprüchen entnommen werden.Further Advantages and features of the invention can be found in the following description to the embodiment shown in the drawing and the individual claims be removed.

In der Zeichnung zeigt:In the drawing shows:

1 einen Wasserstofftank in einer Rohbaustruktur eines Kraftfahrzeugs in schematischer Darstellung. 1 a hydrogen tank in a shell structure of a motor vehicle in a schematic representation.

In 1 ist ein Wasserstofftank 1 in geschnittener Darstellung abgebildet, dessen Wandung 2 beispielsweise aus einem Faserverbundwerkstoff besteht. Beispielsweise kann ein solcher Faserverbundwerkstoff im Wickelverfahren zu einem Wasserstofftank geformt werden oder mittels textiler Prozesse mit einem Faservorformling und einem Harzinjektionsverfahren. Um die Wandung 2 unter eine Vor- oder Eigenspannung zu setzen kann ein Aushärten auch unter Druck im Autoklaven erfolgen.In 1 is a hydrogen tank 1 shown in a sectional view, the wall 2 for example, consists of a fiber composite material. For example, such a fiber composite material can be formed into a hydrogen tank in the winding process or by means of textile processes with a fiber preform and a resin injection process. Around the wall 2 Under a pre-stress or residual stress can be carried out curing under pressure in an autoclave.

Der Wasserstofftank 1 beziehungsweise dessen Wandung 2 ist hier mit weiteren Komponenten 3, 4 einer Rohbaustruktur eines Kraftfahrzeugs verbunden. Beispielsweise ist der Wasserstofftank 1 mit einem Bodenblech 3 und einem Querträger 4 verbunden, um der Rohbaustruktur beziehungsweise der Karosserie des Kraftfahrzeugs eine ausreichende Festigkeit zu verleihen. Dabei kann der Wasserstofftank 1 mit den weiteren Komponenten 3, 4 entweder direkt verbunden sein, beispielsweise unmittelbar mit diesen verschweißt, oder es ist eine zusätzliche Adapterstruktur wie ein an sich beliebiges und hier nur beispielhaft abgebildetes Verbindungselement 5 vorgesehen, um eine gegenseitige Befestigung aneinander mit ausreichenden Festigkeits- und Stabilitätswerten zu erzielen.The hydrogen tank 1 or its wall 2 is here with other components 3 . 4 a shell structure of a motor vehicle connected. For example, the hydrogen tank 1 with a floor panel 3 and a crossbeam 4 connected to give the shell structure or the body of the motor vehicle sufficient strength. This can be the hydrogen tank 1 with the other components 3 . 4 be either directly connected, for example, directly welded to this, or it is an additional adapter structure as a per se and only here exemplified connecting element 5 provided in order to achieve a mutual attachment to each other with sufficient strength and stability values.

Bei einer Wandung 2 aus einem Faserverbundwerkstoff können die einzelnen Komponenten beziehungsweise Bauteile 3, 4, 5 auch miteinander verklebt und/oder wärme- beziehungsweise ultraschallverschweißt werden.At a wall 2 From a fiber composite material, the individual components or components 3 . 4 . 5 also glued together and / or heat or ultrasonically welded.

11: WasserstofftankHydrogen tank
22: Wandungwall
33: Bodenblechfloor panel
44: Querträgercrossbeam
55: Verbindungselementconnecting element

Claims

Motor vehicle with a hydrogen tank ( 1 ) with a wall ( 2 ), characterized in that the hydrogen tank ( 1 ) is installed as a supporting element in a shell structure of the motor vehicle.

Motor vehicle according to claim 1, characterized in that the hydrogen tank ( 1 ) with at least two shell components ( 3 . 4 ) of the shell structure is connected.

Motor vehicle according to claim 1 or 2, characterized in that the hydrogen tank ( 1 ) directly or indirectly with the shell components ( 3 . 4 ) connected is.

Motor vehicle according to one of claims 1 to 3, characterized in that the wall ( 2 ) of the hydrogen tank ( 1 ) is under residual stress.

Motor vehicle according to one of claims 1 to 4, characterized in that the hydrogen tank ( 1 ) has a multi-shell structure, each with different filling pressures.

Motor vehicle according to one of claims 1 to 5, characterized in that the hydrogen tank ( 1 ) has a T- or L-shaped structure, in particular with two interconnected containers.