DE112005002174B4 - Architecture of a fuel cell vehicle - Google Patents
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Abstract
Fahrzeugchassis (8), das umfasst:einen Rahmen (10), der mindestens einen Hohlraum (20, 176) definiert, wobei der mindestens eine Hohlraum (20, 176) einen ersten Hohlraum (20) und einen zweiten Hohlraum (176) umfasst;mindestens einen Tank (90, 90', 94, 98), der eingerichtet ist, komprimiertes Wasserstoffgas zu speichern, und der zumindest teilweise in dem ersten Hohlraum (20) angeordnet ist und bezüglich des Rahmens (10) der Länge nach ausgerichtet ist;ein Bodenblech (140), welches über dem ersten Hohlraum (20) und dem zweiten Hohlraum (176) angeordnet ist und eine Hohlwölbung (170) definiert, die zumindest teilweise von zylindrischer Gestalt ist; wobei der eine Tank (90, 90') oder einer der mehreren Tanks (90, 90', 94, 98) teilweise in der Hohlwölbung (170) angeordnet ist;wobei das Bodenblech (140) zumindest teilweise eine starre Bodenfläche (144) eines Fahrgastraums (142) definiert;wobei das Bodenblech (140) eine Auswölbung (152) in der starren Bodenfläche (144) gegenüber der Hohlwölbung (170) definiert; undwobei die starre Bodenfläche (144) an einem vorderen Ende (160) des Fahrgastraums (142) eben ist.A vehicle chassis (8), comprising:a frame (10) defining at least one cavity (20, 176), the at least one cavity (20, 176) comprising a first cavity (20) and a second cavity (176); at least one tank (90, 90', 94, 98) adapted to store compressed hydrogen gas and which is at least partially disposed in the first cavity (20) and is longitudinally aligned with respect to the frame (10);a floor panel (140) disposed over the first cavity (20) and the second cavity (176) and defining a hollow vault (170) which is at least partially cylindrical in shape; wherein the one tank (90, 90') or one of the multiple tanks (90, 90', 94, 98) is partially arranged in the hollow vault (170);wherein the base plate (140) is at least partially a rigid base surface (144). passenger compartment (142);wherein the floor panel (140) defines a bulge (152) in the rigid floor surface (144) opposite the hollow bulge (170); andwherein the rigid floor surface (144) at a front end (160) of the passenger compartment (142) is flat.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL FIELD
Diese Erfindung betrifft Fahrzeugchassis und Fahrzeuge mit der Länge nach ausgerichteten Druckgasspeichertanks unter einem Fahrgastraum.This invention relates to vehicle chassis and vehicles having lengthwise compressed gas storage tanks beneath a passenger compartment.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Fahrzeuge nach Stand der Technik umfassen typischerweise eine Verbrennungsmaschine, die in einem Motorraum im Vorderteil oder im Heck des Fahrzeugkörpers untergebracht ist. Die Maschine wird durch eine Flüssigkeit gespeist, beispielsweise Benzin- oder Dieselkraftstoff, welche typischerweise in einem Tank im Bereich des Fahrzeughecks gespeichert wird. Die Maschine treibt das Fahrzeug durch Ausüben eines Drehmoments auf Straßenräder durch ein mechanisches Getriebe an.Prior art vehicles typically include an internal combustion engine housed in an engine compartment at the front or rear of the vehicle body. The machine is powered by a liquid, such as gasoline or diesel fuel, which is typically stored in a tank in the rear of the vehicle. The machine drives the vehicle by applying torque to road wheels through a mechanical transmission.
Alternative Fahrzeugkraftstoffe, z.B. komprimierter Wasserstoff und Erdgas, weisen eine niedrigere spezifische thermische Energie pro Volumeneinheit auf als Flüssigkraftstoffe, wie z.B. Benzin- und Dieselkraftstoff, d.h. sie weisen eine relativ niedrige Energiedichte auf. Dementsprechend kann ein Fahrzeug mit alternativem Kraftstoff eine deutlich geringere Reichweite bis zum Wiederauftanken aufweisen als ein Fahrzeug mit herkömmlichem Kraftstoff mit gleicher Kraftstoffspeicherkapazität. Es ist daher für Fahrzeuge mit alternativem Kraftstoff wünschenswert, größere Kraftstoffspeichertanks aufzunehmen als diejenigen, welche in Fahrzeugen mit herkömmlichem Kraftstoff anzutreffen sind.Alternative vehicle fuels, such as compressed hydrogen and natural gas, have a lower specific thermal energy per unit volume than liquid fuels, such as gasoline and diesel fuel, i.e. they have a relatively low energy density. Accordingly, an alternative fuel vehicle may have a significantly shorter refueling range than a conventional fuel vehicle with the same fuel storage capacity. It is therefore desirable for alternative fuel vehicles to accommodate larger fuel storage tanks than those found in conventional fuel vehicles.
Die
In der
Die
In der
Die
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Es ist auch wünschenswert, Speichertanks für alternative Kraftstoffe an einer geschützten Stelle in dem Fahrzeugchassis unterzubringen. Dementsprechend werden Speichertanks für alternative Kraftstoffe typischerweise zwischen den Hinterrädern des Fahrzeugs untergebracht. Der Einbauraum zwischen den Hinterrädern ist jedoch begrenzt, was wiederum die Größe der Tanks und die Fahrzeugreichweite zwischen Tankvorgängen begrenzt.It is also desirable to locate alternative fuel storage tanks in a protected location within the vehicle chassis. Accordingly, alternative fuel storage tanks are typically located between the rear wheels of the vehicle. However, the installation space between the rear wheels is limited, which in turn limits the size of the tanks and the vehicle range between refueling.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Kraftstofftanks für gasförmige Kraftstoffe in einem Fahrzeug so unterzubringen, dass die Kraftstofftanks möglichst gut geschützt sind und deren Platzbedarf den Fahrgastraum möglichst wenig beeinträchtigt.The object of the invention is to accommodate fuel tanks for gaseous fuels in a vehicle in such a way that the fuel tanks are protected as well as possible and their space requirements impact the passenger compartment as little as possible.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.This task is solved by the subject matter of the independent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug bereitgestellt, das eine verbesserte Speicherfähigkeit für gasförmigen Kraftstoff aufweist. Das Fahrzeug umfasst einen Rahmen, der einen zentralen Hohlraum oder ein zentrales Fach definiert, und einen Tank, der eingerichtet ist, um komprimierten Wasserstoff zu speichern. Der Tank ist zumindest teilweise in dem Hohlraum angeordnet und bezüglich des Rahmens der Länge nach ausgerichtet. Ein Fahrzeugbodenblech ist bei einer beispielhaften Ausführungsform mit dem Rahmen verbunden und deckt den Hohlraum ab. Das Fahrzeugbodenblech definiert eine teilweise zylindrische Hohlwölbung, in welcher der Tank teilweise angeordnet ist, und eine entsprechende Auswölbung an der Seite des Fahrzeugbodenblechs, die der Hohlwölbung gegenüber liegt, d.h. der Oberfläche des Fahrzeugbodens. An einem vorderen Ende des Fahrgastraums ist die Oberfläche des Fahrzeugbodens eben.According to a first aspect of the invention, there is provided a vehicle having improved gaseous fuel storage capability. The vehicle includes a frame that has a central cavity or compartment defined, and a tank arranged to store compressed hydrogen. The tank is at least partially arranged in the cavity and aligned lengthwise with respect to the frame. In an exemplary embodiment, a vehicle floor panel is connected to the frame and covers the cavity. The vehicle floor panel defines a partially cylindrical hollow bulge in which the tank is partially disposed, and a corresponding bulge on the side of the vehicle floor panel opposite the hollow bulge, ie, the surface of the vehicle floor. At a front end of the passenger compartment, the surface of the vehicle floor is flat.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Brennstoffzellenfahrzeug mit einer Entwurfsflexibilität ausgestattet, wodurch eine Verminderung der Kraftstofftankgröße eine Erhöhung der Brennstoffzellenstapelgröße ermöglicht. Der Brennstoffzellenstapel ist benachbart zu dem Kraftstofftank angeordnet und ist so ausgerichtet, dass zusätzliche Brennstoffzellen an der Seite des Stapels hinzugefügt werden können, die den Tanks zugewandt ist. Dementsprechend kann, wenn ein langer Tank entfernt wird und durch einen kürzeren Tank ersetzt wird, der Brennstoffzellenstapel durch Hinzufügen von Brennstoffzellen vergrößert werden, welche den Platz einnehmen, der zuvor durch den großen Tank belegt war. Der Entwurf kommt auch Fahrzeugherstellern entgegen, die mehrere Fahrzeuge mit einem gemeinsamen Chassis- und Rahmenentwurf, aber unterschiedlichen Brennstoffzellen- und Tankkonfigurationen, zusammenbauen können.According to a second aspect of the invention, a fuel cell vehicle is provided with design flexibility whereby a reduction in fuel tank size enables an increase in fuel cell stack size. The fuel cell stack is disposed adjacent the fuel tank and is oriented so that additional fuel cells can be added to the side of the stack facing the tanks. Accordingly, when a long tank is removed and replaced with a shorter tank, the fuel cell stack can be enlarged by adding fuel cells that take up the space previously occupied by the large tank. The design also accommodates vehicle manufacturers who can assemble multiple vehicles with a common chassis and frame design but different fuel cell and tank configurations.
Die voranstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden genauen Beschreibung der besten Arten zur Ausführung der Erfindung leicht offensichtlich, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird.The foregoing features and advantages and other features and advantages of the present invention will be readily apparent from the following detailed description of the best modes of carrying out the invention when read in conjunction with the accompanying drawings.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS
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1 ist eine schematische Draufsicht mit teilweisen Weglassungen auf ein Chassis für ein erfindungsgemäßes Fahrzeug;1 is a schematic plan view, with partial omissions, of a chassis for a vehicle according to the invention; -
2 ist eine schematische Draufsicht auf den Rahmen des Chassis von1 ;2 is a schematic top view of the frame of the chassis of1 ; -
3 ist eine schematische perspektivische Ansicht des Rahmens von2 , wobei Räder und ein Frontantriebsmotor mit Bezug darauf angebracht sind;3 is a schematic perspective view of the frame of2 , with wheels and a front-wheel drive engine attached with respect thereto; -
4 ist eine schematische Querschnittsansicht des Rahmens und der Wasserstoffspeichertanks des Chassis von1 ;4 is a schematic cross-sectional view of the frame and hydrogen storage tanks of the chassis of1 ; -
5 ist eine schematische perspektivische Ansicht des Chassis von1 , die einen in dem Fahrzeugbodenblech ausgebildeten Tunnel zur Unterbringung eines der Wasserstoffspeichertanks von4 darstellt; und5 is a schematic perspective view of the chassis of1 , which has a tunnel formed in the vehicle floor panel to accommodate one of the hydrogen storage tanks4 represents; and -
6 ist eine schematische Querschnittsseitenansicht des Brennstoffzellenstapels und Wasserstoffspeichers des Chassis von1 .6 is a schematic cross-sectional side view of the fuel cell stack and hydrogen storage of the chassis of1 .
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
Auf
Der Rahmen 10 umfasst auch einen ersten Knoten 44, einen zweiten Knoten 48, einen dritten Knoten 52 und einen vierten Knoten 56. Die Knoten, die vorzugsweise gegossen sind, verbinden verschiedene Elemente des Rahmens 10 im Wesentlichen starr miteinander. Genauer gesagt verbindet der erste Knoten 44 ein erstes Frontelement 60 mit der ersten Schiene 14 und der dritten Schiene 22. Der zweite Knoten 48 verbindet ein zweites Frontelement 64 mit der zweiten Schiene 18 und der vierten Schiene 26. The
Der dritte Knoten 52 verbindet ein erstes Heckrahmenelement 66 mit der ersten und dritten Schiene 14, 22. Der vierte Knoten 56 verbindet ein zweites Heckrahmenelement 70 mit der zweiten und vierten Schiene 18, 26.The
Ein Querelement 74 verbindet den ersten und zweiten Knoten 44, 48. Ein Querelement 78 verbindet den dritten und vierten Knoten 52, 56. Ein Frontstoßstangenelement 82 ist mit den zwei Frontelementen 60, 64 verbunden. Ein Heckstoßstangenelement 86 ist mit den zwei Heckelementen 66, 70 verbunden. Die Schienen 14, 18, 22, 26 und die Rahmenelemente 60, 64, 66, 70 sind vorzugsweise stranggepresste oder hydrogeformte Aluminiumrohre.A
Besonders auf
Auf
Die Tankträgerbaugruppe 102 umfasst ferner ein Band 122, mit dem Grundelement 106 verbundene Schäkel 130 und Gummilaufbuchsen 126, von denen jede durch einen jeweiligen Schäkel 130 mit dem Joch bzw. Grundelement 106 verbunden ist. Es kann wünschenswert sein, anstelle der Schäkel T-Schrauben zu verwenden. Das Band 122 besteht vorzugsweise aus rostfreiem Stahl. Eine Seite des Bands 122 kontaktiert einen Abschnitt des Umfangs eines jeden der Tanks 90, 94, 98. Die andere Seite des Bandes 122 kontaktiert einen Abschnitt des Umfangs der Gummilaufbuchsen 126, so dass das Band 122 gespannt ist und die Tanks 90, 94, 98 an dem Grundelement 106 festhält. Die Gummilaufbuchsen 126 sind verformbar, um Variationen in den Tankabmessungen aufgrund von Druckbeaufschlagung zu ermöglichen. Eine (nicht dargestellte) Gummiisolierung wird vorzugsweise zwischen dem Band aus rostfreien Stahl 122 und den Tanks 90, 94, 98 verwendet, um das Tankmaterial zu schützen und um ferner Variationen bei den Tankabmessungen aufzunehmen. Die Hohlräume 24, 28 bilden Energie absorbierende Knautschzonen an den jeweiligen Längsseiten des Hohlraums 20.The
Eine Unterbodenwanne 134 dichtet die untere Öffnung des geschützten Hohlraums 20 ab. Ein Fahrzeugbodenblech 140 erstreckt sich oberhalb und über die obere Öffnung des geschützten Hohlraums 20 und bildet eine starre Bodenfläche 144 des Fahrzeuginnenraums oder des Fahrgastraums 142. In dem Umfang der beanspruchten Erfindung kann die starre Bodenfläche 144 eine oder mehrere Abdeckungen, wie z.B. ein Polster oder einen Teppich (nicht dargestellt), umfassen. Die Fahrzeugunterbodenwanne 134, das Fahrzeugbodenblech 140 und die Schienen 14, 18 definieren ein Wasserstoffspeicherfach, das zumindest teilweise inhaltsgleich mit dem Hohlraum 20 ist. Auf
Wiederum auf
Wiederum auf
Der Brennstoffzellenstapel 172 ist aus einzelnen, elektrisch miteinander verbundenen Brennstoffzellen 184 gebildet. Die Größe und damit die Leistung des Brennstoffzellenstapels 172 kann durch Hinzufügen oder Entfernen von Brennstoffzellen zu dem Stapel verändert werden. Der Brennstoffzellenstapel 172 ist in dem Fahrzeug so ausgerichtet, dass zusätzliche Brennstoffzellen am hinteren Ende 186 des Stapels an den Stapel angefügt werden können. Der Entwurf des Fahrzeugs ist daher derart, dass kürzere Wasserstoffspeichertanks, d.h. Tanks mit einer kleiner Längsabmessung, die Tanks 90, 94, 98 ersetzen können. Die kürzeren Wasserstoffspeichertanks stellen einen erhöhten Raum in dem vorderen Bereich 188 des Wasserstofftankfachs im Vergleich mit den Tanks 90, 94, 98 bereit. Der Brennstoffzellenstapel 178 kann dann durch Hinzufügen von Brennstoffzellen an das hintere Ende 186 des Stapels 172 vergrößert werden, wobei zumindest einige der hinzugefügten Brennstoffzellen einen Raum in dem Wasserstofftankfach belegen, der zuvor durch die Tanks 90, 94, 98 belegt war. Auf diese Weise schafft der Entwurf und die Architektur des Fahrzeugs eine Entwurfsflexibilität: durch Verringerung der Größe der Wasserstoffspeichertanks wird ein Raum in der Richtung des Brennstoffzellenstapelwachstums verfügbar gemacht, um mehr Brennstoffzellen unterzubringen. Auf ähnliche Weise schafft eine Verminderung der Größe des Brennstoffzellenstapels einen vergrößerten Einbauraum für Tanks.The
Daher kann beispielsweise ein kleinerer Tank, wie z.B. der bei 90' gezeigte, den Tank 90 ersetzen. Zusätzliche Brennstoffzellen 184' können zu dem Brennstoffzellenstapel hinzugefügt werden, so dass sich der Brennstoffzellenstapel von dem Hohlraum 176 in den Hohlraum 20 erstreckt. Ein solchermaßen vergrößerter Brennstoffzellenstapel ist bei 172' gezeigt. Auf diese Weise belegt der Brennstoffzellenstapel 172' einen Raum, der vorher von dem Tank 90 belegt war.Therefore, for example, a smaller tank, such as that shown at 90', can replace
Wiederum auf
Da die Tanks 90, 94, 98 und der Brennstoffzellenstapel 172 unter dem Fahrgastraum angeordnet sind, wird das Vorderende des Fahrzeugs mit einer verbesserten Luftströmung in dem Bereich versorgt, der bei einem herkömmlichen Fahrzeug eine Maschine enthält. Besonders auf
Obwohl die besten Arten zur Ausführung der Erfindung genau beschrieben wurden, werden Fachleute, welche diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung im Rahmen der beigefügten Ansprüche erkennen.Although the best modes for carrying out the invention have been described in detail, those skilled in the art to which this invention relates will recognize various alternative designs and embodiments for carrying out the invention within the scope of the appended claims.
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