DE102011103407A1 - Integration of strain gauges at inner and outer liner of a high pressure tank to indicate discharge limit point - Google Patents

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Abstract

Ein Hochdrucktank, der eine bestimmte Anwendung zum Speichern von Wasserstoffgas für ein Brennstoffzellensystem an einem Fahrzeug hat. Der Tank umfasst eine gasdichte Innenverkleidungsschicht und eine bauliche Außenschicht aus einem Faserbündelverbundwerkstoff. In der Außenschicht ist ein erster Dehnungsmessstreifen vorgesehen, und in der Innenverkleidungsschicht ist ein zweiter Dehnungsmessstreifen vorgesehen, beide nahe einem Übergang zwischen den Schichten. Die Dehnungsmessstreifen sind relativ zu einander kalibriert, um den Druck festzustellen, bei dem die Innenverkleidungsschicht beginnt, zu schrumpfen und sich von der Außenschicht aus Verbundwerkstoff zu lösen.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft allgemein einen Hochdrucktank und insbesondere einen Hochdrucktank, der eine Verbundfaser-Außenschicht mit einem ersten Dehnungsmessstreifen und eine Innenverkleidungsschicht mit eifern zweiten Dehnungsmessstreifen umfasst, wobei der erste und der zweite Dehnungsmessstreifen einen Druck feststellen, bei dem die Innenverkleidungsschicht zu schrumpfen und sich von der Außenschicht zu lösen beginnt.
  • 2. Beschreibung des Stands der Technik
  • Wasserstoff ist ein sehr interessanter Brennstoff, da er sauber ist und zum effizienten Erzeugen von elektrischem Strom in einer Brennstoffzelle verwendet werden kann. Die Automobilbranche wendet signifikante Ressourcen bei der Entwicklung von Wasserstoff-Brennstoffzellensystemen als Leistungsquelle für Fahrzeuge auf. Solche Fahrzeuge wären effizienter und würden weniger Emissionen als die Verbrennungsmotoren nutzenden Fahrzeuge von heute erzeugen.
  • Typischerweise wird in einem Druckgastank Wasserstoffgas unter hohem Druck am Fahrzeug gespeichert, um den für das Brennstoffzellensystem erforderlichen Wasserstoff vorzusehen. Der Druck in dem Drucktank kann bei 700 Bar oder höher liegen. Bei einer bekannten Konstruktion umfasst der Drucktank eine Kunststoffinnenverkleidung, die eine gasdichte Abdichtung für das Wasserstoffgas vorsieht, und eine Außenschicht aus Kohlenstofffaserverbundwerkstoff, die für die bauliche Widerstandsfähigkeit des Tanks sorgt. Es ist typischerweise mindestens ein Druckregler vorgesehen, der den Druck des Wasserstoffgases in dem Tank auf einen Druck reduziert, der für das Brennstoffzellensystem geeignet ist.
  • Wenn der Druck in dem Tank unter einen bestimmten Wert fällt, kann die Innenverkleidungsschicht beginnen zu schrumpfen und sich von der Außenschicht zu lösen. Dieses Ablösen könnte eine Innenverkleidungsbeschädigung und Verlust an Dichtheit bewirken und muss daher vermieden werden. Eine derzeitige Lösung zum Vermeiden dieses Ablösens besteht darin, einen ausreichend hohen Druck in dem Tank beizubehalten, um ein Schrumpfen der Innenverkleidungsschicht zu verhindern. Bei aktuellen Tankkonstruktionen muss ein Mindestdruck von 20 Bar in dem Tank beibehalten werden, um zu verhindern, dass die Innenverkleidungsschicht schrumpft und sich von der baulichen Außenschicht löst.
  • Im Tank sind Drucksensoren vorgesehen, um eine Messung des Drucks im Tank vorzusehen. Da die in diesen Tankausführungen verwendeten Drucksensoren eine angemessen genaue Druckmessung über einen Bereich von etwa 1000 Bar vorsehen müssen und sie relativ kostengünstig sein müssen, weisen sie typischerweise eine Genauigkeit von etwa 1,5% auf, was eine Genauigkeit von +/–15 Bar ergibt. Das Berücksichtigen der Messungsanforderungen der Sensortechnik über den gesamten Temperaturbereich, den der Tank erfahren kann, sieht ferner typischerweise eine Messgenauigkeit von +/–35 Bar vor, was zu den 20 Bar addiert wird, um die erwünschte Sicherheitsmarge vorzusehen. Das Entleeren von Wasserstoff aus dem Tank muss also bei einem Tankdruck-Sensormesswert von etwa 55 Bar gestoppt werden, was dazu führt, dass etwa 5% des Wasserstoffgases in dem Tank nicht für den Fahrzeugbetrieb verwendbar sind.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung wird ein Hochdrucktank offenbart, der eine besondere Anwendung zum Speichern von Wasserstoffgas an einem Fahrzeug für ein Brennstoffzellensystem hat. Der Tank umfasst eine gasdichte Innenverkleidungsschicht und eine bauliche Außenschicht aus einem Faserbündelverbundwerkstoff. In der Außenschicht ist ein erster Dehnungsmessstreifen vorgesehen, und in der Innenverkleidungsschicht ist ein zweiter Dehnungsmessstreifen vorgesehen, beide nahe einem Übergang zwischen den Schichten. Die Dehnungsmessstreifen sind relativ zu einander kalibriert, um den Druck festzustellen, bei dem die Innenverkleidungsschicht beginnt, zu schrumpfen und sich von der Außenschicht aus Verbundwerkstoff zu lösen.
  • Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den Begleitzeichnungen hervor.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Querschnittansicht eines Druckwasserstoffgastanks;
  • 2 ist ein freigeschnittener Abschnitt des in 1 gezeigten Tanks, der einen ersten Dehnungsmessstreifen in einer baulichen Außenschicht und einen zweiten Dehnungsmessstreifen in einer Innenverkleidungsschicht zeigt; und
  • 3 ist eine Draufsicht auf einen der in 2 gezeigten Dehnungsmessstreifen.
  • EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die folgende Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung, die auf ein Hochdrucktanksystem gerichtet ist, das Dehnungsmessstreifen umfasst, die einen Ablösungspunkt zwischen einer gasdichten Innenverkleidungsschicht und einer baulichen Außenschicht aus Verbundwerkstoff feststellen, ist lediglich beispielhafter Natur und soll in keiner Weise die Erfindung oder ihre Anwendungen oder Nutzungen beschränken. Zum Beispiel beschreibt die nachstehende Darlegung die Erfindung mit einer bestimmten Anwendung zum Speichern von Wasserstoffgas für ein Brennstoffzellensystem in einem Fahrzeug. Wie von einem Fachmann gut nachvollziehbar ist, findet die vorliegende Erfindung aber Anwendung bei anderen Arten von Hochdrucktanks zum Speichern anderer Arten von Gasen, die gasdichte Innenschichten und bauliche Außenschichten haben.
  • 1 ist eine Querschnittansicht eines Druckwasserstoffgastanks 10 der vorstehend erläuterten Art. Der Tank 10 umfasst eine bauliche Außenschicht 12, typischerweise mit Kohlenstofffaserwerkstoffbündeln, um die bauliche Widerstandsfähigkeit vorzusehen, und eine Innenverkleidung 14, typischerweise aus einem haltbaren geformten Kunststoff, wie etwa einem Polyethylen hoher Dichte, das einen Übergang 16 zwischen der Schicht 12 und der Verkleidung 14 festlegt. Die Verkleidung 14 sieht die gasdichte Umgebung für das Wasserstoffgas vor, und die Außenschicht 12 sieht die bauliche Widerstandsfähigkeit für das Druckwasserstoffgas vor. Der Tank 10 umfasst einen Adapter 18 in einer Öffnung, die sich durch die bauliche Außenschicht 12 und die Innenverkleidung 14 erstreckt und die zum Füllen des Tanks 10 und zum Entfernen von Gas aus dem Tank 10 in einer Weise, die dem Fachmann wohl bekannt ist, Zugang zum Inneren des Tanks 10 bietet.
  • Der Tank 10 umfasst einen ersten Dehnungsmessstreifen 20, der in der baulichen Außenschicht 12 vorgesehen ist, und einen zweiten Dehnungsmessstreifen 22, der in der Innenverkleidung 14 vorgesehen ist. 2 ist ein freigeschnittener Abschnitt des Tanks 10, der die Dehnungsmessstreifen 20 und 22 nahe dem Übergang 16 zwischen der baulichen Außenschicht 12 und der Innenverkleidung 14 positioniert zeigt. 3 ist eine Draufsicht auf den Dehnungsmessstreifen 20. Die Dehnungsmessstreifen 20 und 22 können an einer beliebigen geeigneten Stelle um den Umfang des Tanks 10 vorgesehen werden, solange die Dehnungsmessstreifen 20 und 22 relativ zueinander positioniert sind. Ferner können die Dehnungsmessstreifen 20 und 22 eine beliebige Konfiguration haben, die für den hierin beschriebenen Zweck geeignet ist, und können eine beliebige geeignete Länge, wie etwa 30 cm, haben.
  • Die bauliche Außenschicht 12 umfasst eine Serie von parallelen Reihen aus Verbundfasern 30, die in einem Laminatharz 32 ausgebildet sind. Der Dehnungsmessstreifen 20 ist zwischen zwei Reihen der Fasern 30 in dem Laminatharz 32 so vorgesehen, dass er darin starr befestigt ist, wobei die Länge des Dehnungsmessstreifens 20 im Allgemeinen senkrecht zur Länge der Fasern 30 ist und sich nicht ändert. Ferner umfasst der Dehnungsmessstreifen 20 einen gewickelten Metallstreifen 34 mit zwei Endabschnitten 36 und 38, die aus einem Material bestehen, dessen Beständigkeit sich als Reaktion auf kleine Änderungen seiner Länge signifikant ändert, wie dem Fachmann wohl bekannt ist. Der Dehnungsmessstreifen 20 umfasst zwei Drähte 40 und 42, die an den Endabschnitten 36 bzw. 38 des Streifens 34 angebracht sind, die entlang der baulichen Außenschicht 12 und aus dem Tank 10 durch den Adapter 18 verlaufen. Der Dehnungsmessstreifen 22 wird, wenn er geformt wird, in der Verkleidung 14 gebildet, und wäre von der gleichen Konstruktion wie der Dehnungsmessstreifen 20.
  • Die Dehnungsmessstreifen 20 und 22 können von einer signifikanten Erfassungslänge sein, etwa 30 cm, um ihre Empfindlichkeit zu verbessern, und sind im Allgemeinen gegenüber Temperaturschwankungen nicht empfindlich, da die Denungsmessstreifen 20 und 22 die gleiche Temperatur aufweisen würden. Wenn die Verkleidung 14 zu schrumpfen beginnt, da der Druck in dem Tank 10 zu niedrig ist, ändert sich die Länge des Dehnungsmessstreifens 22, was eine Änderung der Ausgabe des Dehnungsmessstreifens 22 vorsieht. Da die Schicht 12 starr ist, ändert sich die Länge des Dehnungsmessstreifens 20 nicht, daher kann die relative Differenz der Ausgaben zwischen den Dehnungsmessstreifen 20 und 22 verwendet werden, um festzustellen, wann die Verkleidung 14 zu schrumpfen beginnt und wann der Tank 10 somit abgeschaltet werden muss.
  • Eine Wheatstone-Brücke 46 kann verwendet werden, um ein Gleichgewicht zwischen den Dehnungsmessstreifen 20 und 22 zu ermitteln, um wie vorstehend dargelegt zu ermitteln, wann der Tank 10 abgeschaltet werden muss. Die Wheatstone-Brücke 40 umfasst vier Widerstände 48, 50, 52, und 54, die mit der normalen Konfiguration und einem Spannungsmessgerät 56 elektrisch verbunden sind. Wie gezeigt sind die Drähte 40 und 42 mit gegenüberliegenden Knoten 58 bzw. 60 der Wheatstone-Brücke 46 verbunden, und Drähte 62 und 64 des Dehnungsmessstreifens 22 sind mit gegenüberliegenden Knoten 66 bzw. 68 der Wheatstone-Brücke 40 verbunden. Der Wert der Widerstände 48, 50, 52 und 54 werden so gewählt, dass die Wheatstone-Brücke 46 ausgeglichen und kalibriert ist, um einen Sollwert, wie etwa Null, der Dehnung zwischen den Dehnungsmessstreifen 20 und 22 vorzusehen, wenn die Verkleidung 14 eng an der Innenfläche der baulichen Schicht 12 anliegt.
  • Wenn der Tank 10 mit Gas auf einen Druck von 20 Bar gefüllt ist, d. h. der Druck, bei dem Ablösen auftritt, wird unter Verwenden eines hochgenauen Drucksensors, wie etwa an einer Gastankstelle, die Wheatstone-Brücke 40 auf den Ausgleichswert auf null gesetzt. Solange der Druck in dem Tank 10 über 20 Bar liegt, schrumpft die Verkleidung 14 nicht und bleibt eng an der Innenseite der baulichen Außenschicht. Die Länge der Dehnungsmessstreifen 20 und 22 bleibt gleich, und die Ausgabe der Wheatstone-Brücke 46 bleibt bei ihrem kalibrierten Wert. Wenn der Druck in dem Tank 10 unter 20 Bar fällt, bei dem die Verkleidung 14 zu schrumpfen beginnt, bleibt die Länge des Dehnungsmessstreifens 20, der in der baulichen Schicht 12 starr befestigt ist, gleich, doch die Länge des Dehnungsmessstreifens 22 wird durch das Schrumpfen verringert. Dies erzeugt ein Ungleichgewicht in der Wheatstone-Brücke 46, die durch die Widerstände 48, 50, 52 und 54 vorgesehen wird, was durch den Sensor 56 gemessen wird. Diese Messung kann detektiert werden, und geeignete Algorithmen, die den Tank 10 abschalten, können verhindern, dass weiteres Schrumpfen der Verkleidung 14 vorgesehen wird. Somit kann mehr Wasserstoffgas aus dem Tank 10 verwendet werden, als zuvor verwendet werden konnte.
  • Die vorstehende Beschreibung offenbarte und beschreibt lediglich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Ein Fachmann wird anhand einer solchen Darlegung und anhand der Begleitzeichnungen und Ansprüche mühelos erkennen, dass daran verschiedene Änderungen, Abwandlungen und Veränderungen vorgenommen werden können, ohne vorn Wesen und Schutzumfang der Erfindung, wie sie in den folgenden Ansprüchen dargelegt ist, abzuweichen.

Claims (10)

  1. Hochdrucktankanordnung, umfassend: eine bauliche Außenschicht; eine Innenverkleidungsschicht, die in der baulichen Außenschicht positioniert ist und eine gasdichte Umgebung vorsieht; einen ersten Dehnungsmessstreifen, der in der baulichen Außenschicht vorgesehen ist; und einen zweiten Dehnungsmessstreifen, der in der Innenverkleidungsschicht vorgesehen ist, wobei der erste und der zweite Dehnungsmessstreifen einen Ablösungspunkt festlegen, bei dem sich die Innenverkleidungsschicht von der baulichen Außenschicht löst, was durch Schrumpfen der Innenverkleidungsschicht bei niedrigem Druck hervorgerufen wird.
  2. Tankanordnung nach Anspruch 1, wobei die Außenschicht Reihen von parallelen Fasern umfasst, die in einem Laminatharz konfiguriert sind.
  3. Tankanordnung nach Anspruch 2, wobei der erste Dehnungsmessstreifen zwischen zwei Reihen von parallelen Fasern in dem Harz positioniert ist.
  4. Tankanordnung nach Anspruch 2, wobei eine Länge des ersten Dehnungsmessstreifens senkrecht zu einer Länge der Fasern ist.
  5. Tankanordnung nach Anspruch 2, wobei die Fasern Kohlenstofffasern sind.
  6. Tankanordnung nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite Dehnungsmessstreifen nahe eines Übergangs zwischen der baulichen Schicht und der Innenverkleidungsschicht positioniert sind.
  7. Tankanordnung nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite Dehnungsmessstreifen eine Länge von etwa 30 cm aufweisen.
  8. Tankanordnung nach Anspruch 1, wobei die Innenverkleidungsschicht eine Kunststoffschicht ist.
  9. Tankanordnung nach Anspruch 1, wobei der erste Dehnungsmessstreifen und der zweite Dehnungsmessstreifen jeweils ein Paar von Drähten umfassen, wobei die Drähte mit einer Wheatstone-Brücke elektrisch verbunden sind, die ein Gleichgewicht zwischen dem ersten und dem zweiten Dehnungsmessstreifen ermittelt.
  10. Tankanordnung nach Anspruch 1, wobei die Tankanordnung eine Wasserstoffgas-Tankanordnung ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3812646A1 (de) * 2019-10-21 2021-04-28 Audi AG Drucktank, system zum überwachen eines drucktanks und kraftfahrzeug
DE102020106620A1 (de) 2020-03-11 2021-09-16 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Druckbehältersystem und Verfahren

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5409688B2 (ja) * 2011-04-06 2014-02-05 本田技研工業株式会社 圧力容器
US9944522B2 (en) * 2013-08-29 2018-04-17 V-GRID Energy Systems Hydrogen separation from synthesis gas near STP
KR20180017377A (ko) 2016-08-09 2018-02-21 현대자동차주식회사 고압 용기
FR3117186B1 (fr) * 2020-12-04 2023-11-24 Faurecia Systemes Dechappement Réservoir de gaz à haute pression et dispositif de détection de déformations de ce réservoir

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2372800A (en) * 1942-08-21 1945-04-03 Products Dev Inc High-pressure vessel
DE2713007A1 (de) * 1977-03-24 1978-10-05 Linde Ag Speicher- oder transportbehaelter fuer tiefsiedende verfluessigte gase
DE8810343U1 (de) * 1988-08-16 1988-10-06 Felten & Guilleaume Energietechnik AG, 5000 Köln Druckbehälter oder Druckrohr aus Faserverbundwerkstoff mit integriertem Dehnungsmeßdraht
WO1993025866A1 (en) * 1992-06-05 1993-12-23 Monash University Sensing patches utilising incorporated waveguide sensor
US5410908A (en) * 1993-12-20 1995-05-02 Data Instruments, Inc. Measuring the quantity of a gas in a tank
US5522428A (en) * 1994-08-29 1996-06-04 Duvall; Paul F. Natural gas vehicle tank life sensor and control
DE10125288B4 (de) * 2000-05-15 2006-09-21 Mcs Cylinder Systems Gmbh Träger mit Identitäts-Daten und sonstige Daten eines Composite-Druckbehälters
DE10154145C1 (de) * 2001-11-03 2003-06-26 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Verfahren und Vorrichtung für die laufende Überwachung von Composite-Druckgasbehältern
EP1963547B1 (de) * 2005-12-23 2019-07-03 Quantum Fuel Systems LLC Sicherheitswarnungs- und systemabschlussvorrichtung und -verfahren für wasserstoffspeicherbehälter
DE102008019594A1 (de) * 2008-04-18 2009-10-22 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Wärmeisolierter Behälter für kondensierte Gase
US8038029B2 (en) * 2008-06-13 2011-10-18 GM Global Technology Operations LLC Activation of a pressure relief device
DE102008059591B4 (de) * 2008-11-28 2011-01-27 Xperion Gmbh Behälter

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3812646A1 (de) * 2019-10-21 2021-04-28 Audi AG Drucktank, system zum überwachen eines drucktanks und kraftfahrzeug
DE102020106620A1 (de) 2020-03-11 2021-09-16 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Druckbehältersystem und Verfahren

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US8297126B2 (en) 2012-10-30

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