-
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Druckbehältersystem mit mehreren, unterschiedlichen Druckbehältern und Kraftfahrzeug
-
Aus dem Stand der Technik sind Unterflur-Druckbehältersysteme bekannt, die mehrere gleiche Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff umfassen. Es existiert ein Bestreben, diese Druckbehältersysteme weiter bzgl. Speichervolumen, Kosten, Gewicht und Sicherheit zu verbessern wobei gleichzeitig das Druckbehältersystem in denselben Bauraum integrierbar sein soll wie die Hochvoltspeichersysteme anderer Fahrzeugderivate, beispielsweise von rein batteriebetriebenen Fahrzeugen.
-
Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, Unterflur-Druckbehältersysteme hinsichtlich Speichervolumen, Kosten, Gewicht und/oder Sicherheit zu verbessern- Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
-
Die Aufgabe wird unter anderem gelöst durch ein Druckbehältersystem für ein Kraftfahrzeug. Das Druckbehältersystem umfasst mehrere Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff. Mindestens ein Druckbehälter der mehreren Druckbehälter ist ein armierter Druckbehälter. Mindestens ein anderer Druckbehälter der mehreren Druckbehälter ist ein armierungsfreier Druckbehälter.
-
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Druckbehältersystem für ein Kraftfahrzeug (z.B. Personenkraftwagen, Krafträder, Nutzfahrzeuge). Das Druckbehältersystem dient zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigen Brennstoff. Das Druckbehältersystem kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das mit komprimiertem (auch Compressed Natural Gas oder CNG genannt) oder verflüssigtem (auch Liquid Natural Gas oder LNG genannt) Erdgas oder mit Wasserstoff betrieben wird. Das Druckbehältersystem ist mit mindestens einem Energiewandler fluidverbunden, der eingerichtet ist, die chemische Energie des Brennstoffs in andere Energieformen umzuwandeln.
-
Das Druckbehältersystem kann beispielsweise einen kryogenen Druckbehälter oder einen Hochdruckgasbehälter umfassen. Hochdruckgasbehälter sind ausgebildet, bei Umgebungstemperaturen Brennstoff dauerhaft bei einem nominalen Betriebsdruck (auch nominal working pressure oder NWP genannt) von mindestens 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck) oder mindestens 700 barü zu speichern. Ein kryogener Druckbehälter ist geeignet, den Brennstoff bei den vorgenannten Betriebsdrücken auch bei Temperaturen zu speichern, die deutlich (z.B. mehr als 50 Kelvin oder mehr als 100 Kelvin) unter der Betriebstemperatur des Kraftfahrzeuges liegen.
-
Das Druckbehältersystem umfasst eine Mehrzahl an Druckbehältern. Bevorzugt umfasst das Druckbehältersystem mehr als 5 oder mehr als 7 oder mehr als 10 Druckbehälter. Zweckmäßig ist das Druckbehältersystem im Unterflurbereich vorgesehen. Der Unterflurbereich ist der Bereich des Kraftfahrzeugs, der unterhalb des Fahrgastinnenraums und zweckmäßig zwischen den Rädern des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. In diesem Bauraum wird regelmäßig auch ein Hochvoltspeichersystem für batteriebetriebene Fahrzeuge integriert. Somit kann dieselbe Karosserie für brennstoffzellenbetriebene Fahrzeuge und für batteriebetriebene Fahrzeuge genutzt werden.
-
Bevorzugt kann eine Druckbehälterbaugruppe (auch „Container Assembly“ genannt) die mehreren Druckbehälter sowie permanent mit den Druckbehältern verbundene Trag-, Befestigungs- und/oder Schutzelemente aufweisen (z.B. Schutzschilder, Abschirmungen, Sperrschichten, Abdeckungen, Beschichtungen, Umwicklungen, etc.). Die Trag-, Befestigungs- und/oder Schutzelemente können zweckmäßig nur temporär und bevorzugt nur von Fachpersonal und/oder nicht zerstörungsfrei demontierbar sein. Eine solche Druckbehälterbaugruppe eignet sich besonders für flache Einbauräume, insbesondere im Unterflurbereich. Die Druckbehälterbaugruppe kann bevorzugt als Ganzes in den im Kraftfahrzeug vorgesehen Einbauraum montierbar sein. Hierzu kann die Druckbehälterbaugruppe gemeinsame Karosserieanbindungspunkte aufweisen, mittels derer das System als Ganzes im Kraftfahrzeug befestigbar ist.
-
Die Druckbehälter können kreisförmige oder ovale Querschnitte aufweisen. Die einzelnen Druckbehälter können als Speicherrohre ausgebildet sein. Beispielsweise können mehrere Druckbehälter vorgesehen sein, deren Längsachsen in der Einbaulage parallel zueinander verlaufen. Die einzelnen Druckbehälter können jeweils ein Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis mit einem Wert zwischen 5 und 200, bevorzugt zwischen 7 und 100, und besonders bevorzugt zwischen 9 und 50 aufweisen. Das Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis ist der Quotient aus der Gesamtlänge der einzelnen Druckbehälter (z.B. Gesamtlänge eines Speicherrohrs ohne Fluidverbindungselemente) im Zähler und dem größten Außendurchmesser des Druckbehälters im Nenner. Die einzelnen Druckbehälter können unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sein, beispielsweise in einem Abstand zueinander von weniger als 20 cm oder weniger als 15 cm oder weniger als 10 cm oder weniger als 5 cm.
-
Mindestens ein Druckbehälter der mehreren Druckbehälter ist ein armierter Druckbehälter. Ein armierter Druckbehälter kann beispielsweise ein Typ-2, Typ-3 oder Typ-4 Druckbehälter sein. Zweckmäßig umfasst der Druckbehälter eine Innenschicht, i.d.R. als Liner bezeichnet, und eine faserverstärkte Schicht, die die Armierung ausbildet. Die faserverstärkte Schicht umgibt die Innenschicht und sorgt dafür, dass der Druckbehälter die Drucklasten aushält. Ebenso ist vorstellbar, dass keine als Wickelkern dienende Innenschicht vorgesehen ist. Zweckmäßig sind in der faserverstärkten Schicht Langfasern eingebracht. Vorteilhaft sind die Fasern Kohlefasern, Glasfasern und/oder Fasern aus Kevlar. Bevorzugt wird als Matrixmaterial ein Kunststoffharz verwendet. Die Innenschicht kann aus Metall (z.B. Aluminium) oder bevorzugt aus Kunststoff (z.B. ein Polyamid) hergestellt sein. Zweckmäßig ist die faserverstärkte Schicht an beiden Enden und im Mantelbereich des Druckbehälters vorgesehen. Mit anderen Worten umfasst ein armierter Druckbehälter immer eine Armierung aus einem faserverstärkten Material.
-
Der Druckbehälter umfasst mindestens eine faserverstärkte Schicht. Die faserverstärkte Schicht kann einen Liner zumindest bereichsweise bevorzugt vollständig umgeben. Die faserverstärkte Schicht wird oft auch als Laminat bzw. Ummantelung oder Armierung bezeichnet. Nachstehend wird meistens der Begriff „faserverstärkte Schicht“ verwendet. Als faserverstärkte Schicht kommen i.d.R. faserverstärkte Kunststoffe zum Einsatz, bspw. kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe und/oder glasfaserverstärkte Kunststoffe. Die faserverstärkte Schicht umfasst zweckmäßig in einer Kunststoffmatrix eingebettete Verstärkungsfasern. Insbesondere Matrixmaterial, Art und Anteil an Verstärkungsfasern sowie deren Orientierung können variiert werden, damit sich die gewünschten mechanischen und/oder chemischen Eigenschaften einstellen. Bevorzugt werden Endlosfasern als Verstärkungsfasern eingesetzt, die durch Wickeln und/oder Flechten aufgebracht werden können. Die faserverstärkte Schicht weist i.d.R. mehrere Schichtlagen auf.
-
Mindestens ein anderer Druckbehälter der mehreren Druckbehälter ist ein armierungsfreier Druckbehälter. Diese armierungsfreien Druckbehälter können auch als Stahlbehälter bezeichnet werden. Ein armierungsfreier Druckbehälter ist ein Druckbehälter, der keine Armierung, also keine faserverstärkte Schicht, aufweist. Stattdessen ist die Wandung des armierungsfreien Druckbehälters regelmäßig aus einem Metallmaterial hergestellt. Bevorzugt bildet ein hochfester Stahl die Wand des armierungsfreien Druckbehälters aus.
Bevorzugt umfasst das Material der Wand des armierungsfreien Druckbehälters folgende Elemente:
- 0,3 bis 0,5 % Kohlenstoff und/oder
- 0,6 bis 1,5 % Chrom und/oder
- 0,5 bis 1,0 % Mangan und/oder
- 0,2 bis 0,75 % Molybdän und/oder
- 1,5 bis 2,15 % Nickel und/oder
- 1,35 bis 1,9 % Silizium.
Insbesondere weist das Material die hier aufgezählten Elemente mit dem entsprechenden Verhältnis auf. Der Phosphorgehalt des Materials liegt vorzugsweise bei max. 0,05 %; zusätzlich oder alternativ liegt der Schwefelgehalt des Materials vorzugsweise bei max. 0,05 %. Zusätzlich oder alternativ liegt der Vanadiumgehalt des Stahls vorzugsweise bei max. 0,1 %. Der restliche Anteil zum Erreichen der 100 % ist im Wesentlichen, vorzugsweise vollständig, Eisen. Ein solcher Stahl ist besonders gut geeignet.
-
I.d.R. weist ein armierungsfreier Druckbehälter eine kleinere Wanddicke auf als ein armierter Druckbehälter. Der armierungsfreie Druckbehälter ist i.d.R. schwerer als ein armierter Druckbehälter.
-
Im Einbauzustand können die Längsachsen der mehreren Druckbehälter parallel zur Fahrzeuglängsrichtung verlaufen. Zweckmäßig ist dann der mindestens eine armierte Druckbehälter von einem Seitenschweller des Kraftfahrzeugs weiter entfernt vorgesehen ist als der mindestens eine armierungsfreie Druckbehälter. Mit anderen Worten ist also der mindestens eine armierte Druckbehälter weiter vom Seitenschweller beabstandet als der armierungsfreie Druckbehälter. Zweckmäßig sind alle armierten Druckbehälter des Druckbehältersystems weiter vom Seitenschweller beabstandet als alle armierungsfreien Druckbehälter des Druckbehältersystems. Anstatt des Seitenschwellers könnte auch auf die Karosserieaußenhaut referenziert werden.
-
Im Einbauzustand können die Längsachsen der mehreren Druckbehälter quer zur Fahrzeuglängsrichtung (i.d.R. in Fahrzeugquerrichtung) verlaufen, wobei dann der mindestens eine armierte Druckbehälter von einer Radachse des Kraftfahrzeugs weiter entfernt vorgesehen ist als der mindestens eine armierungsfreie Druckbehälter. Mit anderen Worten liegen die armierungsfreien Druckbehälter bevorzugt weiter außen als die armierten Druckbehälter. Die mehreren Druckbehälter sind bevorzugt in einer Ebene im Unterflurbereich vorgesehen und die äußeren Druckbehälter (d.h. auf jeder Seite zumindest der äußerste) sind vorteilhaft armierungsfreie Druckbehälter.
-
Dies hat den Vorteil, dass das Druckbehältersystem insgesamt ein besseres Crashverhalten aufweist. Hintergrund ist, dass die armierungsfreien Druckbehälter weniger anfällig für Intrusion sind.
-
Mindestens eine brandhemmende und bevorzugt intumeszente Schicht kann zum thermischen Schutz der armierten Druckbehälter vorgesehen sein. Die brandhemmende Schicht kann beispielsweise auf jeden armierten Druckbehälter aufgebracht sein. Die brandhemmende Schicht ist bevorzugt nur an oder unmittelbar benachbart zu den armierten Druckbehältern vorgesehen, beispielsweise am Bodenblech. Intumeszente Schichten zum Brandschutz sind als solche bekannt. Wird eine Auslösetemperatur überschritten, so vergrößern diese zur Hemmung des Brandes ihr Volumen. Zweckmäßig ist die brandhemmende Schicht so vorgesehen, dass diese nicht die armierungsfreien Druckbehälter schützt. Beispielsweise kann an dem mindestens einen armierungsfreien Druckbehälter eine solche brandhemmende Schicht nicht angebracht sein. Auch kann an dem Bodenblech, welches den armierungsfreien Druckbehälter bedeckt, eine solche brandhemmende Schicht nicht vorgesehen sein. Vorteilhaft lassen sich somit die Herstellungskosten verringern, ohne dass die Systemsicherheit darunter leidet. Hintergrund ist, dass die armierungsfreien Druckbehälter im Vergleich zu den armierten Druckbehälter ein besseres thermisches Versagensverhalten aufweisen.
-
Zweckmäßig ist eine Bodenplatte zwischen den mehreren Druckbehältern und der Fahrbahn vorgesehen. Eine solche Bodenplatte dient in erster Linie dem Schutz des Druckbehältersystems, z.B. vor Witterungseinflüssen und vor Intrusion. Die Bodenplatte kann beispielsweise zur Druckbehälterbaugruppe gehören und mit dieser zusammen montiert werden. Alternativ kann die Bodenplatte auch eine separate Platte sein. Sie kann einlagig oder mehrlagig ausgebildet sein und auch strukturverstärkende Elemente umfassen. Ein den armierten Druckbehälter zumindest teilweise und bevorzugt ganz abdeckender erster Bereich der Bodenplatte kann aus einem anderen Material oder aus einem anderen Schichtaufbau ausgebildet sein als ein zweiter Bereich der Bodenplatte, der den armierungsfreien Druckbehälter zumindest teilweise und bevorzugt ganz abdeckt. Vorteilhaft ist der erste Bereich aus einem Metallmaterial und besonders bevorzugt aus Stahl ausgebildet. Dies hat den Vorteil, eine Metallplatte (bevorzugt Stahlplatte) unter den armierten Druckbehältern hat den Vorteil, dass Metall bei Feuertemperaturen nicht schmilzt. Dadurch kommt das Feuer nicht direkt zur Tankoberfläche. Ferner verbessert sich der Intrusionsschutz. Vorteilhaft ist der zweite Bereich aus einem Kunststoffmaterial oder einem Leichtmetall hergestellt, das ein geringeres spezifisches Gewicht aufweist als das Metallmaterial des ersten Bereichs. Zweckmäßig umfasst die Bodenplatte (i) einen äußeren, bevorzugt ringförmigen Bereich, der die armierungsfreien Druckflaschen und die Enden der Druckbehälter im Wesentlichen abdeckt, und (ii) einen inneren Bereich, der die armierten Druckflaschen im Wesentlichen abdeckt. Vorteilhaft lässt sich somit ein sicheres und gleichzeitig gewichtsoptimiertes Tanksystem herstellen.
-
Das Loslager des armierten Druckbehälters kann vorteilhaft anders ausgebildet sein als das Loslager des armierungsfreien Druckbehälters. Das Loslager des armierten Druckbehälters kann eingerichtet sein, im Vergleich zum Loslager des armierungsfreien Druckbehälters eine größere betriebsbedingte Längung der Druckbehälter zu kompensieren. Zweckmäßig können mehrere armierte Druckbehälter durch ein gemeinsames Loslager gelagert sein. Somit lässt sich ein kostengünstiges System realisieren. Vorteilhaft können somit sich unterschiedlich längende Druckbehälter optimal gelagert werden.
-
In einer Ausgestaltung sind die Druckbehälter parallel geschaltet. Dabei kann eine gemeinsame Brennstoffleitung, bevorzugt ein einstückiges Verteilerrohr bzw. Brennstoffleiste, vorgesehen sein. Die mehreren Druckbehälter sind i.d.R. direkt an das Verteilerrohr angeschlossen, ohne dass zwischen der Brennstoffleitung und den einzelnen Druckbehältern jeweils ein eigenes, von außen elektrisch betätigbares Absperrventil vorgesehen ist.
-
Zweckmäßig ist ein gemeinsames Tankabsperrventil an einer gemeinsamen Brennstoffleitung vorgesehen, wobei die gemeinsame Brennstoffleitung die mehreren Druckbehälter unterbrechungsfrei miteinander fluidverbindet, und wobei das Tankabsperrventil im Mittelbereich der Brennstoffleitung vorgesehen ist.
-
Besonders bevorzugt verbindet eine gemeinsame Brennstoffleitung die mehreren Druckbehälter miteinander. Die Brennstoffleitung kann insbesondere stromauf vom (Hochdruck-)Druckminderer vorgesehen sein. Die Brennstoffleitung ist zweckmäßig ausgebildet, im Wesentlichen denselben oder höheren Drücken standzuhalten wie die Druckbehälter, die an der Brennstoffleiste angeschlossen sind. Die einzelnen Druckbehälter der Druckbehälterbaugruppe sind über die Brennstoffleitung unmittelbar miteinander fluidverbunden, so dass die einzelnen Druckbehälter nach dem Prinzip kommunizierender Röhren im Wesentlichen im bestimmungsgemäßen Zustand denselben Druck aufweisen. Mit anderen Worten sind die mehreren Druckbehälter i.d.R. direkt an die Brennstoffleitung angeschlossen, ohne dass zwischen der Brennstoffleitung und den einzelnen Druckbehältern jeweils ein eigenes, von außen elektrisch betätigbares, Absperrventil vorgesehen ist. Vorteilhaft sind die mehreren Druckbehälter stoffschlüssig (mittels Klebung, Schweißen und/oder Löten) mit der gemeinsamen Brennstoffleitung verbunden, so dass die einzelnen Druckbehälter nicht zerstörungsfrei vom Verteilerrohr lösbar sind. Die Verbindungsleitung kann auch dazu dienen, die einzelnen Druckbehälter mechanisch zu koppeln und eventuell gemeinsame Karosserieanbindungspunkte auszubilden.
-
Die Brennstoffleitung kann mehrere separate Leitungsabschnitte umfassen, die die mehreren Druckbehälter miteinander verbinden. In einer bevorzugten Ausgestaltung stellt eine einstückige Brennstoffleitung zwischen mindestens drei Druckbehälter oder alle Druckbehälter die Fluidverbindung her. Eine solche Brennstoffleitung kann auch als Verteilerrohr, als Brennstoffleiste oder als Hochdruckbrennstoffleiste bezeichnet werden. Grundsätzlich kann eine solche Brennstoffleiste ähnlich ausgestaltet sein wie eine Hochdruckeinspritzleiste einer Brennkraftmaschine. Bevorzugt bildet ein einziges, einstückiges Rohr bzw. ein einziger einstückiger Block oder ein einziges Gehäuse die Brennstoffleiste aus. Zweckmäßig umfasst die Brennstoffleiste mehrere Leistenanschlüsse zum direkten Anschluss der Druckbehälter. Vorteilhaft sind die einzelnen Leistenanschlüsse direkt am Leistengehäuse bzw. Block bzw. Rohr vorgesehen und/oder weisen alle denselben Abstand untereinander auf. Eine solche Brennstoffleiste ist beispielsweise in den deutschen Patentanmeldungen mit den Anmeldenummern DE 10 2020 128 607.4 und
DE 10 2020 123 037.0 offenbart, deren Inhalt hinsichtlich der Ausgestaltung der Brennstoffleiste (auch als Verteilerrohr oder Rail bezeichnet) und der Anbindung der Druckbehälter hiermit per Verweis hier mit aufgenommen wird. Alternativ kann die Brennstoffleiste als Metallblock ausgebildet sein, wie es beispielsweise in der Druckschrift
DE 602017034685 D1 offenbart ist.
-
Die Brennstoffleiste kann im Wesentlichen biegesteif ausgebildet sein. Biegesteif bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Brennstoffleiste gegen Verbiegen steif ist bzw. dass im funktionsgemäßen Gebrauch der Brennstoffleiste nur eine für die Funktion unmerkliche und unbeachtliche Verbiegung sich einstellt. In einer alternativen Ausgestaltung kann die Brennstoffleiste derart ausgebildet sein, dass die Brennstoffleiste Lageänderungen der Druckbehälter, und insbesondere von deren Anschlussstücken, kompensieren kann. Lageänderungen sind Abweichungen zwischen einer Istlage der Druckbehälter (im Betrieb, während der Herstellung, während eines Serviceeinsatzes oder sonstigen Situationen) und einer bei der Konstruktion angenommenen Solllage. Lageänderungen resultieren beispielsweise durch die Ausdehnung der Bauteile (z.B. der Druckbehälter) aufgrund von Innendruckänderungen und/oder Temperaturänderungen. Ferner können aufgrund von Fertigungstoleranzen Lageänderungen (Lageabweichungen) auftreten. Die Brennstoffleiste kann eingerichtet sein, einen Toleranzausgleich senkrecht zu den Druckbehälterlängsachsen des Druckbehältersystems zu ermöglichen. Vorteilhaft ist die Brennstoffleitung bzw. die Brennstoffleiste und i.d.R. auch das nachstehend beschriebene Absperrventil Bestandteil der Druckbehälterbaugruppe.
-
Eine Brennstoffleitung ist in diesem Zusammenhang ganz allgemein ein Strömungspfad, der durch (mindestens) eine Rohrleitung oder aber (mindestens) ein in einem Block vorgesehenen Leitungskanal ausgebildet werden kann.
-
An der Druckbehälterbaugruppe und mit der Brennstoffleitung fluidverbunden kann ein elektrisch betätigbares und stromlos geschlossenes Tankabsperrventil vorgesehen sein, dass eingerichtet ist, die mehreren Druckbehälter bzw. die Brennstoffleitung gegenüber den übrigen brennstoffführenden Leitungen der zum Energiewandler führenden Brennstoffversorgungsanlage abzusperren. Dieses Absperrventil besitzt die Funktion eines On-Tank-Valves eines herkömmlichen Druckbehälters. Zweckmäßig ist lediglich ein stromlos geschlossenes Absperrventil vorgesehen. Das Absperrventil ist zweckmäßig unmittelbar an die Druckbehälterbaugruppe bzw. an das Verteilerrohr an- bzw. einschraubbar. Das Absperrventil ist das erste Ventil, das stromab eines jeden der an der gemeinsamen Brennstoffleitung angeschlossenen Druckbehälter vorgesehen ist. Eine Rohrbruchsicherung, auch Überstromventil (engl. Excess Flow Valve) genannt, kann an jedem Druckbehälter oder am Verteilerrohr vorgesehen sein.
-
Die Druckentlastung ist der Vorgang, durch den aufgrund eines Ereignisses der Druck im Druckbehälter verringert wird. Das Ereignis ist insbesondere nicht die bestimmungsgemäße Entnahme zur Versorgung eines Energiewandlers, sondern insbesondere ein Störfall. Die Druckentlastung beginnt i.d.R. mit der zumindest teilweisen Öffnung von einem Ventil und/oder einem Berstelement, welches unmittelbar fluidverbunden ist mit dem Druckbehälter. Die Druckentlastung kann bevorzugt durch mindestens eine Druckentlastungseinrichtung des Druckbehältersystems erfolgen. Die Druckentlastungsvorrichtung kann eine thermisch aktivierbare Druckentlastungseinrichtung sein. Die thermisch aktivierbare Druckentlastungseinrichtung, auch Thermal Pressure Relief Device (= TPRD) oder Thermosicherung genannt, ist i.d.R. benachbart zum Druckbehälter vorgesehen. Bei Hitzeeinwirkung (z.B. durch Flammen) wird durch das TPRD der im Druckbehälter gespeicherte Brennstoff in die Umgebung abgelassen. Die Druckentlastungseinrichtung lässt den Brennstoff ab, sobald die Auslösetemperatur des TPRDs überschritten wird (=wird thermisch aktiviert). Bevorzugt ist an mindestens einem Druckbehälter ein TPRD an einem Ende vorgesehen, das der Brennstoffleitung gegenüberliegt. Zweckmäßig sind an den gegenüberliegenden Enden von mindestens zwei voneinander beanstandeten Druckbehälter solche TPRDs vorgesehen. In einer Ausgestaltung sind die TPRDs jeweils an den armierungsfreien Druckbehältern vorgesehen. Diese Druckbehälter sind regelmäßig aus einem Metallmaterial hergestellt. Wirkt auf diese Druckbehälter eine lokale Flamme ein, so leitet der Druckbehälter die Wärme relativ gut zum TPRD weiter, welches somit zeitnah auslöst. In einer anderen Ausgestaltung sind die TPRDs an zwei voneinander beabstandeten armierten Druckbehältern vorgesehen. Alternativ ist vorstellbar, dass lediglich ein TPRD an dem gegenüberliegenden Ende vorgesehen ist, bevorzugt an einem in oder benachbart zur Mitte des Druckbehältersystems angeordneten Druckbehälter. Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, dass an der Brennstoffleitung mittig und/oder an beiden Enden der Brennstoffleitung jeweils ein TPRD vorgesehen ist.
-
Besonders bevorzugt kann in einem gemeinsamen Gehäuse bzw. in einem gemeinsamen Block das Tankabsperrventil, das TPRD und/oder ein Überdrucksicherungsventil vorgesehen sein. Somit verringert sich die Anzahl an möglichen Leckagestellen und die Bauteilintegration kann erhöht werden.
-
Mindestens ein Druckbehälter kann mindestens eine Sperrschicht umfassen. Die Sperrschicht dient zur Verringerung und bevorzugt zur Vermeidung von Brennstoffpermeation. Die Sperrschicht ist also eingerichtet, das Entweichen von im Innenvolumen gespeicherten Brennstoff in die Druckbehälterwand und/oder zur Umgebung zumindest zu verringern und bevorzugt im Wesentlichen ganz zu verhindern. Beispielsweise kann die Sperrschicht eingerichtet sein, von den drei permeationsbestimmenden Teilschritten Sorption, Diffusion und Desorption, speziell die Diffusion zu erschweren. Dazu kann die Sperrschicht ein möglichst geringes freies Volumen, also beispielsweise im Fall von Polymeren nur wenig freien Platz zwischen den Molekülketten bieten. Allgemein gilt, dass ein hoher Füllstoffgehalt oder eine hohe Kristallinität eines Thermoplasten und ein hoher Vernetzungsgrad bei Elastomeren und Duroplasten die Diffusion hemmt. Zweckmäßig umgibt die Sperrschicht mindestens 70% oder mindestens 90% oder mindestens 99% des Innenvolumens. Vorteilhaft kann eine Oberflächenbeschichtung die Sperrschicht ausbilden. Die Sperrschicht kann als Metallschicht ausgebildet sein, insbesondere aus Aluminium, Stahl und/oder Kupfer sowie deren Legierungen. Die Sperrschicht kann alternativ aus einem brennstoffsperrenden Kunststoff, z.B. Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer (EVOH) hergestellt sein. Bevorzugt weist die Sperrschicht eine Schichtdicke von ca. 0,001 mm bis 0,2 mm und besonders bevorzugt zwischen ca. 0,005 mm und 0,1mm auf.
-
Mit anderen Worten betrifft die hier offenbarte Technologie ein Flachspeichersystem mit mehreren Druckbehältern, die jeweils i.d.R. einen maximalen Durchmesser im Mantelbereich aufweisen, der kleiner ist als 250 mm oder als 175 mm oder als 150 mm oder als 120 mm. Gemäß der hier offenbarten Technologie werden armierte Druckbehälter (auch CFK-Tanks genannt) mit nicht armierten bzw. armierungsfreien Druckbehältern (i.d.R. Stahltanks) gemischt verbaut. Das Druckbehältersystem umfasst also unterschiedlich aufgebaute Druckbehälter. Besonders bevorzugt sind die Stahltanks unmittelbar benachbart zum Seitenschweller und bevorzugt an der Außenseite der geschützter Breite eines Unterflurbereiches eines Kraftfahrzeuges vorgesehen, wobei in der geschützten Breite die Komponenten sicher vor Seitencrash sind. Vorteilhaft lässt sich somit die Robustheit gegen Seitencrash verbessern, denn die Stahltanks können mehr Aufprallenergie aufnehmen als gewöhnliche CFK-Tanks. Bevorzugt wird ein Ventilblockverteiler in der Mitte der Brennstoffleitung (auch Railsystem oder Pipesystem genannt) vorgesehen. Wird ein solches Druckbehältersystem betankt, so entsteht in den äußeren Tanks aufgrund von Kompressionsprozesses vergleichsweise viel Wärme. Sind die äußeren Druckbehälter Stahltanks, so können diese aufgrund der hervorragenden Wärmekapazität von Metall die Wärme vergleichsweise gut zwischenspeichern und der Brennstoff in diesen Stahltanks wird nicht zu warm. Ferner sind Stahltanks auch hinsichtlich ihres Speichervolumens und Wiederverwertbarkeit günstiger. Andererseits sind CFK-Tanks leichter als Stahltanks. Mit der hier offenbarten Technologie wird ein hinsichtlich Speichervolumen, Gewicht, Bauraumbedarf, Kosten und Wiederverwertbarkeit verbessertes Druckbehältersystem bereitgestellt.
-
Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der schematischen 1 erläutert, die eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs zeigt. Die Vorderräder und die Hinterräder sind hier jeweils auf gemeinsamen Radachsen A angeordnet. Mit dem Begriff Radachse ist hier nicht das physikalische Bauteil gemeint, sondern die Verbindungslinie zwischen den beiden Vorderrädern bzw. den beiden Hinterrädern. Gestrichelt gezeigt ist hier stark vereinfacht die Karosserieaußenhaut K. Das Druckbehältersystem ist hier im Unterflurbereich vorgesehen. Es ist unterhalb des Fahrgastinnenraumes und im Wesentlichen zwischen den Radachsen A und den Seitenschwellern 410 vorgesehen. Das Druckbehältersystem 100 umfasst hier mehrere Druckbehälter 110, 120. Hier dargestellt sind 8 Druckbehälter 110, 120. Die Anzahl an Druckbehälter könnte aber auch größer oder kleiner sein.
-
Die Druckbehälter 110, 120 sind hier parallel zur Fahrzeuglängsrichtung orientiert. Die Druckbehälter 110, 120 liegen hier in einer Ebene. Die beiden äußeren Druckbehälter 110 sind hier armierungsfreie Druckbehälter 110. Zweckmäßig können Stahltanks hier verbaut sein. Zwischen den armierungsfreien Druckbehälter 110 sind hier armierte Druckbehälter 120 vorgesehen. Mithin weisen die armierten Druckbehälter 120 einen größeren Abstand zu den Seitenschwellern derselben Seite auf als die armierungsfreien Druckbehälter 110. Zwischen den Druckbehältern 120 und den äußeren, armierungsfreien Druckbehältern 110 ist auf jeder Seite ein Blech oder Blechprofil angeordnet. Dieses Blech oder Blechprofil ist i.d.R. ein Längsträger und dient als weiterer Aufprallschutz im Falle eines Seitencrashs. Im unwahrscheinlichen Fall, dass ein Seitencrash tatsächlich eine Verformung bis an die äußeren, armierungsfreien Druckbehälter 110 verursachen würde, so sind diese i.d.R. aus Metall hergestellten Druckbehälter 110 unempfindlicher gegen mechanische Belastung. Somit können Seitencrashs noch besser überstanden werden. Jede der mehreren Druckbehälter 110, 120 ist an einem Ende mit der Brennstoffleitung 130 verbunden. Die Brennstoffleitung 130 kann bevorzugt als Brennstoffleiste ausgebildet sein. Eine solche Ausgestaltung reduziert die Teileanzahl und die Anzahl an Verschlussstellen, die Leckagen verursachen könnten. In der Mitte der Brennstoffleitung 130 ist hier das Tankabsperrventil 140 vorgesehen, das hier in ein Ventilverteilerblock integriert ist. In diesem Ventilverteilerblock kann zweckmäßig noch ein TPRD und/oder ein Überdruck-Sicherheitsventil integriert sein. Das Tankabsperrventil 140 bzw. der Ventilverteilerblock ist hier mit einer Tankkupplung fluidverbunden. Die Fluidverbindung zum Energiewandler, z.B. einem Brennstoffzellensystem, ist hier vereinfachend weggelassen worden. Ebenfalls nicht gezeigt sind weitere TPRDs, die alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein können. Der Bereich B bezeichnet hier die Breite, die gemäß der Karosserieauslegung im Falle eines Seitencrashs nicht intrudiert wird. Es ist ersichtlich, dass das Druckbehältersystem gegen einen Seitenaufprall geschützt ist.
-
Hier dargestellt ist der Fall, in dem die Druckbehälter in Fahrzeuglängsrichtung eingebaut sind. Alternativ ist vorstellbar, dass die Druckbehälter in Fahrzeugquerrichtung in das Kraftfahrzeug verbaut sind. Dann sind die äußeren, armierungsfreien Druckbehälter näher zu den Radachsen angeordnet als die mittig vorgesehenen armierten Druckbehälter.
-
Aus Gründen der Leserlichkeit wurde vereinfachend der Ausdruck „mindestens ein(e)“ teilweise weggelassen. Sofern ein Merkmal der hier offenbarten Technologie in der Einzahl bzw. unbestimmt beschrieben ist (z.B. der/ein armierter Druckbehälter, der/ein armierungsfreier Druckbehälter etc.) so soll gleichzeitig auch deren Mehrzahl mit offenbart sein (z.B. der mindestens eine armierter Druckbehälter, der mindestens eine armierungsfreie Druckbehälter, etc.).
-
Der Begriff „im Wesentlichen“ (z.B. „im Wesentlichen senkrechte Achse“) umfasst im Kontext der hier offenbarten Technologie jeweils die genaue Eigenschaft bzw. den genauen Wert (z.B. „senkrechte Achse“) sowie jeweils für die Funktion der Eigenschaft des Wertes unerhebliche Abweichungen (z.B. „tolerierbare Abweichung von senkrechte Achse“).
-
Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 1020201230370 [0023]
- DE 602017034685 D1 [0023]
