用于车辆应用的集成压力容器制造技术

本发明专利技术涉及用于车辆应用的集成压力容器。用于燃料电池供能车辆的燃料容器组件以及增加燃料电池供能车辆的结构刚性的方法。用于存储氢或相关燃料电池兼容燃料的容器可刚性地通过从容器延伸的一个或多个壳附接到车辆框架或相关承载结构。通过组件与框架之间的连接将施加到壳、容器和框架中的一个或多个的负载在它们之间传递，从而通过组件增强框架中的固有承载能力。

【技术实现步骤摘要】
用于车辆应用的集成压力容器
本专利技术总体涉及将高压存储容器置于车辆结构中的设备和方法，更具体地，涉及将用于存储加压燃料源的容器集成到采用基于燃料电池体系结构作为原动力源的车辆上，从而该容器增加车辆的承载能力。
技术介绍
在典型燃料电池系统中，氢或富含氢的气体可以通过流动路径提供给燃料电池的一侧上的催化电极，而氧气（诸如在大气中的氧气形式）通过单独的流动路径提供给另一个位于燃料电池上其它位置的催化电极。这些电极上的氢元素和氧元素向氢离子和氧离子的电化学转换（分别称为阳极和阴极）允许引导分离的电子通过导电直流（DC）电路以产生有用功。通过燃料电池产生电流的主要特征之一是它们的非污染本质，原因是，伴随使用氢气和氧气反应物的副产品是水蒸气。在被称为质子交换膜（PEM）燃料电池的一种形式的燃料电池中，质子可穿透的膜形式的电解质夹在阳极和阴极之间以产生分层结构，该分层结构通常被称为膜电极组件（MEA）。每个MEA形成单个燃料电池，并且许多这种单个电池可以被组合以形成燃料电池堆，增加其功率输出。多个堆可以连接在一起以进一步增加功率输出。因为其相对简单和稳健的结构以及其非污染本质，所以PEM燃料电池已经显示了用于车辆应用的特别前景。但是，对燃料电池车辆的一种挑战是相对传统推进系统增加燃料电池汽车的功率重量比，其中，与燃料电池系统相关联的很多的辅助设备重量是寄生的。一种这样的部件是车载燃料存储系统，特别是当它与氢燃料存储罐相关联时，其中，该车载燃料存储系统的稳健性和相关的重量是由在车辆的整个预期寿命期间在包含氢气或相关燃料（如甲醇或氢前体）加压源的同时又维持罐的完整性的需求决定的，否则即使在正常使用（诸如日常操纵和受到道路的不平整）和极端使用（诸如因意外事故或相关的影响）的情况中都可能损坏罐，车辆或两者。因此需要通过使用已经在运输车辆中存在的这些部件来提供增强的结构刚性。还需要减少与在运输车辆中放置高压燃料存储容器相关的不利后果。
技术实现思路
通过本专利技术满足这些需求，其中，高压燃料存储罐和相关容器可以按照增强车辆刚度的方式连接到车辆。这种集成方式可形成的结构优势可应用于燃料存储系统包括单存储罐或多个存储罐的构造中，特别是，在至少一个容器具有大直径（伴随的高扭转刚度）的构造中。根据本专利技术的一方面，燃料电池供能车辆的燃料容器组件包括容器和与容器协作的至少一个壳。容器形成具有内部容积的燃料存储箱，并且还包括一个或多个孔，所述孔形成为穿过所述容器以允许根据需要引入和移除燃料。所述壳用作负载传送构件，从而在组件和车辆中的承载结构之间传送源于容器的结构负载（诸如来自燃料的压力负载）以及外部负载（诸如由于通过壳与车辆框架或其他结构部件的连接部施加到壳的负载），以增强车辆结构中的固有承载能力。在目前本文的上下文中，术语“框架”不仅覆盖传统的框架上车身的车辆体系结构，而且包括更新的被称为一体式车身结构的结构变形，后一种构造中传统地由框架扮演的角色通过承载式结构设计由高惯性矩的组成物代替，在承载式结构设计中在更传统的框架上车身的设计中没有被加载的部分（例如，外车身板，车顶等）现在是结构构件。这样，术语“框架”，当其应用于没有单独框架的一体式车身车辆时，覆盖该车辆的这种支撑部分，许多其他部件附接到、设置于该支撑部分上，或者从该支撑部分至少获得它们的承载能力的显著部分。任选地，组件还包括一个或多个夹紧环，其围绕一个或多个壳设置，以提供这些壳之间的增强的连接性。在另一选择中，容器、壳和环的部分或全部可以由金属或复合材料制成，诸如纤维增强复合材料。壳可以另外包括单向（UD）纤维、肋、加强筋或相关结构作为补充增强，以对抗弯曲或力的其他引起损坏的模式。在另一形式中，所述组件包括延伸超出所述容器的多个壳（当连接到车辆框架或相关承载结构部件时），以允许所述组件与所述承载结构之间的负载传递。在更具体的形式中，多个壳固定到容器，从而当组件附接到车辆时，附接是沿车辆的大体垂直轴线形成的。在一个具体形式中，多个壳绕容器的大体圆柱形外围设置。在包括位于容器的每个纵向端部的两个壳的情况下，两个壳将彼此大体径向相对。在另一选择中，容器限定具有至少一个被形成为圆顶的端部的大体圆柱形结构。圆顶周围的锥形区域可以允许在圆顶与壳之间形成渐进斜坡连接。在一种形式中，可以由相继的更大量复合层或其他材料堆积制成这种渐进连接。所述组件还可以包括相对于容器放置的释放阀门，从而如果在容器周围存在过高的温度，则释放阀门可以打开。在一种优选形式中，释放阀门可以连接到温度传感器，从而当接收到指示这种过高温度的信号时，释放阀门打开以减小由在容器中的任何燃料形成的容器中的内压。在本文的上下文中，过高温度是可以预期为通过减少组成组件的材料的结构性质，或者通过由对容器中的燃料的加热导致过大压力，来对组件（具体地，对容器）造成损坏的温度。在这种过热的接触需要更容易地到达释放阀门或用于向控制器或释放阀门发送信号的温度传感器的情况下，一个或多个壳可以包括形成于它们中的开口，以允许来自过高温度源的热流更加自由地流动。在另一选择中，一个或多个壳被配置为自由成形的壳，而在另一选择中，一个或多个壳被配置为圆柱形壳。根据本专利技术的另一方面，车辆底盘包括框架和燃料容器组件。所述容器通过壳形式的一个或多个连接件固定到框架。通过其设计构造和材料选择，框架本身具有对因外部施加负载的变形的抵抗力。燃料容器组件包括一个或多个容器，从而限定了燃料存储容纳容积，该容积具有一个或多个孔，以允许燃料被引入所述容积，包含在所述容积或者从所述容积去除。壳被固定到所述容器，从而在组件和框架之间传递产生变形的结构负载，从而通过组件增强了框架中限定的对变形的固有抵抗力。任选地，框架限定垂直部件，从而组件与框架之间的结构连接沿垂直部件形成多个连接位置。通过主要沿垂直轴线（例如，下面更加详细描述的笛卡尔坐标z轴）而不是沿水平轴线形成这种连接，通过给予框架更多的盒状轮廓来增强框架的整体惯性矩。组件可以另外包括布置在壳周围的一个或多个夹紧环，以在容器和壳之间提供增强的连接性。所述组件的至少一部分可以由金属或纤维增强复合材料制成，并且还可以采用温度保护设备。这种设备可以包括与容器协作的释放阀门，从而当暴露于过高温度时，释放阀门打开以减小容器中的燃料引起的内压。根据本专利技术的另一方面，公开了一种在燃料电池供能车辆中增强对变形的结构抵抗力的方法。所述方法包括构造燃料电池供能车辆的地盘以包括承载框架；以及将燃料存储容器组件连接到地盘从而通过所述组件传送施加到所述框架的偏斜负载的至少一部分，从而该组件增强了所述框架中固有的变形抵抗力。所述组件包括：容器，该容器在其内限定用于存储氢或相关燃料电池燃料的容积，以及有助于框架实现增强的结构刚性的负载传递连接部。任选地，负载传递连接部包括连接到容器的多个壳。在更具体的形式中，布置多个壳，从而负载传递连接部沿车辆的垂直轴线部件形成多个连接位置。在另一选择中，可以使用箍环向壳与容器接合的位置添加更多稳健性。与以前几个方面一样，组件的容器、壳和环中的部分或全部可以形成为金属或复合结构。另外，如之前一样，可以释放容器上的压力，否则在容器暴露于可能导致容器中燃料膨胀的过高温度时会产生该容器上的压力。在一种形式中，可以在此能力下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2010.09.30 US 12/8948311.一种燃料电池供能车辆，包括：带车轮的底盘，所述底盘构造成支撑乘客舱并且包括框架，所述框架限定了对由至少一个从外部施加的载荷引起的变形的抵抗力；与所述底盘联接的原动力源，所述原动力源包括至少一个燃料电池；和燃料供应系统，所述燃料供应系统流体地联接到所述原动力源使得它们之间的操作促使所述底盘的至少一个车轮转动，所述燃料供应系统通过燃料容器组件与所述底盘集成，所述燃料容器组件包括：容器，限定燃料存储包含容积和至少一个形成于其中的孔，从而燃料可以被引入、包含在所述容积中或者从所述容积移除；以及多个壳，所述多个壳与所述容器形成在一起并且从所述容器延伸，从而施加在所述框架上的结构负载穿过所述多个壳和所述容器，从而由此增强所述框架的承载能力。2.如权利要求1所述的车辆，还包括：至少一个夹紧环，其置于所述多个壳中的至少一个壳周围，以在所述容器与所述至少一个壳之间提供增强的连接性。3.如权利要求2所述的车辆，其中，所述组件的至少一部分由金属或纤维增强复合材料制成。4.如权利要求1所述的车辆，其中，所述多个壳中的至少一个壳还包括形成于其中的至少一个补充屈曲增强元件。5.如权利要求4所述的车辆，其中，从由单向纤维、肋、加强筋及其组合组成的组中选择所述至少一个补充屈曲增强元件。6.如权利要求1所述的车辆，其中，所述多个壳被固定到所述容器，从而当所述组件附接到所述车辆时，沿所述车辆的大体垂直轴线形成所述附接。7.如权利要求1所述的车辆，其中，所述容器限定基本圆柱形结构，其至少一端形成为圆顶，从而通过沿所述圆顶的至少一部分形成的渐进斜坡连接将所述多个壳体中的至少一个壳固定到所述容器。8.如权利要求1所述的车辆，还包括：释放阀门，与所述容器协作，从而当被暴露于过高温度时，所述释放阀门打开以减少所述容器中包含的燃料在所述容器中形成的内压。9.如权利要求8所述的车辆，其中，所述多个壳中的至少一个壳限定形成于其中的至少一个热流开口。10.如权利要求1所述的车辆，其中，所述多个壳中的所述至少一个壳被配置为自由成形的壳。11.如权利要求1所述的车辆，其中，所述多个壳中的所述至少一个壳被配置为圆柱形壳。12.一种用于燃料电池推进车辆的底盘，所述底盘包括：框架，限定对由至少一个外部施加负载造成的变形的抵抗力；以及燃料容器组件，结构上连接到所述框架使得所述燃料容器组件被配置成在发生相撞时保持其...

【专利技术属性】
技术研发人员：V舒尔泰斯，T舒尔茨，H许尔曼，W布勒泽，A布莱尔，
申请(专利权)人：V舒尔泰斯，T舒尔茨，H许尔曼，W布勒泽，A布莱尔，
类型：发明
国别省市：