專利名稱：用于車(chē)輛應(yīng)用的集成壓力容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及將高壓存儲(chǔ)容器置于車(chē)輛結(jié)構(gòu)中的設(shè)備和方法，更具體地，涉及將用于存儲(chǔ)加壓燃料源的容器集成到采用基于燃料電池體系結(jié)構(gòu)作為原動(dòng)力源的車(chē)輛上， 從而該容器增加車(chē)輛的承載能力。
背景技術(shù)：
在典型燃料電池系統(tǒng)中，氫或富含氫的氣體可以通過(guò)流動(dòng)路徑提供給燃料電池的一側(cè)上的催化電極，而氧氣(諸如在大氣中的氧氣形式)通過(guò)單獨(dú)的流動(dòng)路徑提供給另一個(gè)位于燃料電池上其它位置的催化電極。這些電極上的氫元素和氧元素向氫離子和氧離子的電化學(xué)轉(zhuǎn)換(分別稱為陽(yáng)極和陰極)允許引導(dǎo)分離的電子通過(guò)導(dǎo)電直流(DC)電路以產(chǎn)生有用功。通過(guò)燃料電池產(chǎn)生電流的主要特征之一是它們的非污染本質(zhì)，原因是，伴隨使用氫氣和氧氣反應(yīng)物的副產(chǎn)品是水蒸氣。在被稱為質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池的一種形式的燃料電池中，質(zhì)子可穿透的膜形式的電解質(zhì)夾在陽(yáng)極和陰極之間以產(chǎn)生分層結(jié)構(gòu)，該分層結(jié)構(gòu)通常被稱為膜電極組件(MEA)。每個(gè)MEA形成單個(gè)燃料電池，并且許多這種單個(gè)電池可以被組合以形成燃料電池堆，增加其功率輸出。多個(gè)堆可以連接在一起以進(jìn)一步增加功率輸出。 因?yàn)槠湎鄬?duì)簡(jiǎn)單和穩(wěn)健的結(jié)構(gòu)以及其非污染本質(zhì)，所以PEM燃料電池已經(jīng)顯示了用于車(chē)輛應(yīng)用的特別前景。但是，對(duì)燃料電池車(chē)輛的一種挑戰(zhàn)是相對(duì)傳統(tǒng)推進(jìn)系統(tǒng)增加燃料電池汽車(chē)的功率重量比，其中，與燃料電池系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的很多的輔助設(shè)備重量是寄生的。一種這樣的部件是車(chē)載燃料存儲(chǔ)系統(tǒng)，特別是當(dāng)它與氫燃料存儲(chǔ)罐相關(guān)聯(lián)時(shí)，其中，該車(chē)載燃料存儲(chǔ)系統(tǒng)的穩(wěn)健性和相關(guān)的重量是由在車(chē)輛的整個(gè)預(yù)期壽命期間在包含氫氣或相關(guān)燃料(如甲醇或氫前體)加壓源的同時(shí)又維持罐的完整性的需求決定的，否則即使在正常使用(諸如日常操縱和受到道路的不平整)和極端使用(諸如因意外事故或相關(guān)的影響)的情況中都可能損壞罐， 車(chē)輛或兩者。因此需要通過(guò)使用已經(jīng)在運(yùn)輸車(chē)輛中存在的這些部件來(lái)提供增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)剛性。還需要減少與在運(yùn)輸車(chē)輛中放置高壓燃料存儲(chǔ)容器相關(guān)的不利后果。

發(fā)明內(nèi)容
通過(guò)本發(fā)明滿足這些需求，其中，高壓燃料存儲(chǔ)罐和相關(guān)容器可以按照增強(qiáng)車(chē)輛剛度的方式連接到車(chē)輛。這種集成方式可形成的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)可應(yīng)用于燃料存儲(chǔ)系統(tǒng)包括單存儲(chǔ)罐或多個(gè)存儲(chǔ)罐的構(gòu)造中，特別是，在至少一個(gè)容器具有大直徑(伴隨的高扭轉(zhuǎn)剛度)的構(gòu)造中。根據(jù)本發(fā)明的一方面，燃料電池供能車(chē)輛的燃料容器組件包括容器和與容器協(xié)作的至少一個(gè)殼。容器形成具有內(nèi)部容積的燃料存儲(chǔ)箱，并且還包括一個(gè)或多個(gè)孔，所述孔形成為穿過(guò)所述容器以允許根據(jù)需要引入和移除燃料。所述殼用作負(fù)載傳送構(gòu)件，從而在組件和車(chē)輛中的承載結(jié)構(gòu)之間傳送源于容器的結(jié)構(gòu)負(fù)載(諸如來(lái)自燃料的壓力負(fù)載)以及外部負(fù)載(諸如由于通過(guò)殼與車(chē)輛框架或其他結(jié)構(gòu)部件的連接部施加到殼的負(fù)載)，以增強(qiáng)車(chē)輛結(jié)構(gòu)中的固有承載能力。在目前本文的上下文中，術(shù)語(yǔ)“框架”不僅覆蓋傳統(tǒng)的框架上車(chē)身的車(chē)輛體系結(jié)構(gòu)，而且包括更新的被稱為一體式車(chē)身結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)變形，后一種構(gòu)造中傳統(tǒng)地由框架扮演的角色通過(guò)承載式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由高慣性矩的組成物代替，在承載式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中在更傳統(tǒng)的框架上車(chē)身的設(shè)計(jì)中沒(méi)有被加載的部分(例如，外車(chē)身板，車(chē)頂?shù)?現(xiàn)在是結(jié)構(gòu)構(gòu)件。這樣，術(shù)語(yǔ)“框架”，當(dāng)其應(yīng)用于沒(méi)有單獨(dú)框架的一體式車(chē)身車(chē)輛時(shí)，覆蓋該車(chē)輛的這種支撐部分，許多其他部件附接到、設(shè)置于該支撐部分上，或者從該支撐部分至少獲得它們的承載能力的顯著部分。任選地，組件還包括一個(gè)或多個(gè)夾緊環(huán)，其圍繞一個(gè)或多個(gè)殼設(shè)置，以提供這些殼之間的增強(qiáng)的連接性。在另一選擇中，容器、殼和環(huán)的部分或全部可以由金屬或復(fù)合材料制成，諸如纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。殼可以另外包括單向(UD)纖維、肋、加強(qiáng)筋或相關(guān)結(jié)構(gòu)作為補(bǔ)充增強(qiáng)，以對(duì)抗彎曲或力的其他引起損壞的模式。在另一形式中，所述組件包括延伸超出所述容器的多個(gè)殼(當(dāng)連接到車(chē)輛框架或相關(guān)承載結(jié)構(gòu)部件時(shí))，以允許所述組件與所述承載結(jié)構(gòu)之間的負(fù)載傳遞。在更具體的形式中，多個(gè)殼固定到容器，從而當(dāng)組件附接到車(chē)輛時(shí)， 附接是沿車(chē)輛的大體垂直軸線形成的。在一個(gè)具體形式中，多個(gè)殼繞容器的大體圓柱形外圍設(shè)置。在包括位于容器的每個(gè)縱向端部的兩個(gè)殼的情況下，兩個(gè)殼將彼此大體徑向相對(duì)。 在另一選擇中，容器限定具有至少一個(gè)被形成為圓頂?shù)亩瞬康拇篌w圓柱形結(jié)構(gòu)。圓頂周?chē)腻F形區(qū)域可以允許在圓頂與殼之間形成漸進(jìn)斜坡連接。在一種形式中，可以由相繼的更大量復(fù)合層或其他材料堆積制成這種漸進(jìn)連接。所述組件還可以包括相對(duì)于容器放置的釋放閥門(mén)，從而如果在容器周?chē)嬖谶^(guò)高的溫度，則釋放閥門(mén)可以打開(kāi)。在一種優(yōu)選形式中，釋放閥門(mén)可以連接到溫度傳感器，從而當(dāng)接收到指示這種過(guò)高溫度的信號(hào)時(shí)，釋放閥門(mén)打開(kāi)以減小由在容器中的任何燃料形成的容器中的內(nèi)壓。在本文的上下文中，過(guò)高溫度是可以預(yù)期為通過(guò)減少組成組件的材料的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，或者通過(guò)由對(duì)容器中的燃料的加熱導(dǎo)致過(guò)大壓力，來(lái)對(duì)組件(具體地，對(duì)容器)造成損壞的溫度。在這種過(guò)熱的接觸需要更容易地到達(dá)釋放閥門(mén)或用于向控制器或釋放閥門(mén)發(fā)送信號(hào)的溫度傳感器的情況下，一個(gè)或多個(gè)殼可以包括形成于它們中的開(kāi)口，以允許來(lái)自過(guò)高溫度源的熱流更加自由地流動(dòng)。在另一選擇中，一個(gè)或多個(gè)殼被配置為自由成形的殼， 而在另一選擇中，一個(gè)或多個(gè)殼被配置為圓柱形殼。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，車(chē)輛底盤(pán)包括框架和燃料容器組件。所述容器通過(guò)殼形式的一個(gè)或多個(gè)連接件固定到框架。通過(guò)其設(shè)計(jì)構(gòu)造和材料選擇，框架本身具有對(duì)因外部施加負(fù)載的變形的抵抗力。燃料容器組件包括一個(gè)或多個(gè)容器，從而限定了燃料存儲(chǔ)容納容積，該容積具有一個(gè)或多個(gè)孔，以允許燃料被引入所述容積，包含在所述容積或者從所述容積去除。殼被固定到所述容器，從而在組件和框架之間傳遞產(chǎn)生變形的結(jié)構(gòu)負(fù)載，從而通過(guò)組件增強(qiáng)了框架中限定的對(duì)變形的固有抵抗力。任選地，框架限定垂直部件，從而組件與框架之間的結(jié)構(gòu)連接沿垂直部件形成多個(gè)連接位置。通過(guò)主要沿垂直軸線(例如，下面更加詳細(xì)描述的笛卡爾坐標(biāo)ζ軸)而不是沿水平軸線形成這種連接，通過(guò)給予框架更多的盒狀輪廓來(lái)增強(qiáng)框架的整體慣性矩。組件可以另外包括布置在殼周?chē)囊粋€(gè)或多個(gè)夾緊環(huán)，以在容器和殼之間提供增強(qiáng)的連接性。所述組件的至少一部分可以由金屬或纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成，并且還可以采用溫度保護(hù)設(shè)備。這種設(shè)備可以包括與容器協(xié)作的釋放閥門(mén)，從而當(dāng)暴露于過(guò)高溫度時(shí)，釋放閥門(mén)打開(kāi)以減小容器中的燃料引起的內(nèi)壓。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，公開(kāi)了一種在燃料電池供能車(chē)輛中增強(qiáng)對(duì)變形的結(jié)構(gòu)抵抗力的方法。所述方法包括構(gòu)造燃料電池供能車(chē)輛的地盤(pán)以包括承載框架；以及將燃料存儲(chǔ)容器組件連接到地盤(pán)從而通過(guò)所述組件傳送施加到所述框架的偏斜負(fù)載的至少一部分， 從而該組件增強(qiáng)了所述框架中固有的變形抵抗力。所述組件包括容器，該容器在其內(nèi)限定用于存儲(chǔ)氫或相關(guān)燃料電池燃料的容積，以及有助于框架實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)剛性的負(fù)載傳遞連接部。任選地，負(fù)載傳遞連接部包括連接到容器的多個(gè)殼。在更具體的形式中，布置多個(gè)殼，從而負(fù)載傳遞連接部沿車(chē)輛的垂直軸線部件形成多個(gè)連接位置。在另一選擇中，可以使用箍環(huán)向殼與容器接合的位置添加更多穩(wěn)健性。與以前幾個(gè)方面一樣，組件的容器、殼和環(huán)中的部分或全部可以形成為金屬或復(fù)合結(jié)構(gòu)。另外，如之前一樣，可以釋放容器上的壓力， 否則在容器暴露于可能導(dǎo)致容器中燃料膨脹的過(guò)高溫度時(shí)會(huì)產(chǎn)生該容器上的壓力。在一種形式中，可以在此能力下使用壓力釋放閥門(mén)。本發(fā)明還提供了如下方案
方案1. 一種燃料電池供能車(chē)輛的燃料容器組件，所述組件包括 容器，限定燃料存儲(chǔ)包含容積和至少一個(gè)形成于其中的孔，從而燃料可以被引入、包含在所述容積中或者從所述容積移除；以及
至少一個(gè)殼，與所述容器協(xié)作，從而施加在所述至少一個(gè)殼和所述容器中的至少一個(gè)上的結(jié)構(gòu)負(fù)載被在所述組件和所述車(chē)輛的承載結(jié)構(gòu)之間傳遞，從而通過(guò)所述組件增強(qiáng)所述車(chē)輛結(jié)構(gòu)中固有的承載能力。方案2.如方案1所述的組件，還包括至少一個(gè)夾緊環(huán)，其置于所述至少一個(gè)殼周?chē)栽谒鋈萜髋c所述至少一個(gè)殼之間提供增強(qiáng)的連接性。方案3.如方案2所述的組件，其中，所述組件的至少一部分由金屬或纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成。方案4.如方案1所述的組件，其中，所述至少一個(gè)殼還包括形成于其中的至少一個(gè)補(bǔ)充屈曲增強(qiáng)元件。方案5.如方案1所述的組件，其中，從由單向纖維、肋、加強(qiáng)筋及其組合組成的組中選擇所述至少一個(gè)補(bǔ)充屈曲增強(qiáng)元件。方案6.如方案1所述的組件，其中，所述至少一個(gè)殼包括延伸超出所述容器的多個(gè)殼，以促進(jìn)所述組件與所述車(chē)輛中的所述承載結(jié)構(gòu)之間的負(fù)載傳遞。方案7.如方案6所述的組件，其中，所述多個(gè)殼被固定到所述容器，從而當(dāng)所述組件附接到所述車(chē)輛時(shí)，沿所述車(chē)輛的大體垂直軸線形成所述附接。方案8.如方案1所述的組件，其中，所述容器限定基本圓柱形結(jié)構(gòu)，其至少一端形成為圓頂，從而通過(guò)沿所述圓頂?shù)闹辽僖徊糠中纬傻臐u進(jìn)斜坡連接將所述至少一個(gè)殼固定到所述容器。方案9.如方案1所述的組件，還包括釋放閥門(mén)，與所述容器協(xié)作，從而當(dāng)被暴露于過(guò)高溫度時(shí)，所述釋放閥門(mén)打開(kāi)以減少所述容器中包含的燃料在所述容器中形成的內(nèi)壓。方案10.如方案9所述的組件，其中，所述至少一個(gè)殼限定形成于其中的至少一個(gè)熱流開(kāi)口。
方案11.如方案1所述的組件，其中，所述至少一個(gè)殼被配置為自由成形的殼。方案12.如方案1所述的組件，其中，所述至少一個(gè)殼被配置為圓柱形殼。方案13. —種用于燃料電池推進(jìn)車(chē)輛的底盤(pán)，所述底盤(pán)包括 框架，限定對(duì)由至少一個(gè)外部施加負(fù)載造成的變形的抵抗力；以及燃料容器組件，結(jié)構(gòu)上連接到所述框架，所述組件包括
至少一個(gè)容器，限定燃料存儲(chǔ)包含容積，至少一個(gè)孔形成在該容積中，從而燃料可以被引入、包含在所述容積或者從所述容積移除；以及
至少一個(gè)殼，與所述至少一個(gè)容器協(xié)作，從而施加到所述框架的產(chǎn)生變形的結(jié)構(gòu)負(fù)載在所述組件和所述框架之間被傳遞，從而通過(guò)所述組件增強(qiáng)所述框架中限定的對(duì)變形的所述抵抗力。方案14.如方案13所述的底盤(pán)，其中，所述框架限定垂直部件，從而在所述組件與所述框架之間的所述連接結(jié)構(gòu)沿所述垂直部件形成多個(gè)連接位置，從而額外地增強(qiáng)所述框架的對(duì)變形的所述抵抗力。方案15.如方案13所述的底盤(pán)，其中，所述組件還包括置于所述至少一個(gè)殼周?chē)闹辽僖粋€(gè)夾緊環(huán)，以提供所述容器與所述至少一個(gè)殼之間的增強(qiáng)連接性。方案16.如方案15所述的底盤(pán)，其中，所述組件的至少一部分由金屬或纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成。方案17.如方案12所述的底盤(pán)，還包括溫度保護(hù)設(shè)備，包括釋放閥門(mén)，與所述容器協(xié)作，從而當(dāng)被暴露于過(guò)高溫度時(shí)，所述釋放閥門(mén)打開(kāi)以減少所述容器中包含的燃料在所述容器中形成的內(nèi)壓。方案18. —種在燃料電池供能車(chē)輛中增強(qiáng)對(duì)變形的結(jié)構(gòu)抵抗力的方法，所述方法包括
將所述燃料電池供能車(chē)輛的底盤(pán)配置為包括承載框架；以及
將燃料存儲(chǔ)容器組件連接到所述底盤(pán)，從而通過(guò)所述連接傳遞施加到所述框架的偏斜負(fù)載的至少一部分，從而增強(qiáng)所述框架中固有的對(duì)變形的抵抗力，所述組件包括
容器，其內(nèi)限定存儲(chǔ)燃料電池燃料的容積，所述燃料可以被引入、包含在所述容積內(nèi)或者從所述容積移除；以及
負(fù)載傳遞連接，其形成在所述容器與所述框架之間。方案19.如方案18所述的方法，其中，所述負(fù)載傳遞連接包括連接到所述容器的多個(gè)殼。方案20.如方案19所述的方法，還包括布置所述多個(gè)殼，從而所述負(fù)載傳遞連接沿所述車(chē)輛的垂直軸線部件形成多個(gè)連接位置。方案21.如方案18所述的方法，還包括將所述組件的至少一部分配置為復(fù)合結(jié)構(gòu)。方案22.如方案18所述的方法，還包括釋放所述容器上的壓力，從而如果所述容器暴露于過(guò)高溫度，則所述容器中所述燃料的膨脹引起的壓力不損壞所述容器。


當(dāng)結(jié)合下面的附圖閱讀時(shí)，可以最佳地理解下面本公開(kāi)的具體實(shí)施例的詳細(xì)描述，其中，相同的結(jié)構(gòu)由相同的標(biāo)號(hào)指示，其中
圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的采用雙罐構(gòu)造的車(chē)輛底盤(pán)的底側(cè)透視圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明的一方面的氫存儲(chǔ)容器的簡(jiǎn)化示圖； 圖3是圖2的存儲(chǔ)容器的一部分的詳細(xì)示圖； 圖4描述了根據(jù)本發(fā)明的一方面的置于框架內(nèi)的容器的設(shè)計(jì)空間； 圖5A和圖5B示出可以在本發(fā)明的容器組件中使用的兩個(gè)不同殼體實(shí)施例； 圖6A至圖6C示出根據(jù)本發(fā)明的一方面的在容器組件的各殼體上的由沿X，y和ζ笛卡爾坐標(biāo)方向的加速度導(dǎo)致的代表性負(fù)載；
圖7A和圖7B示出偏心的側(cè)面和正面撞擊如何可以將負(fù)載施加到容器組件和車(chē)輛框架兩者；
圖8示出包括殼體中形成的開(kāi)口的容器和殼體的簡(jiǎn)化端部； 圖9A至圖9D示出將殼體組裝到容器所使用的步驟； 圖IOA和圖IOB示出將殼體組裝到容器的替換方式；以及圖IlA和圖IlB示出將殼體組裝到容器的另一替換方式。在附圖闡述的實(shí)施例本質(zhì)上僅是示例性的，且不意在限制權(quán)利要求限定的實(shí)施例。此外，根據(jù)下面的詳細(xì)描述，附圖和實(shí)施例的各個(gè)方面將會(huì)更充分顯現(xiàn)和理解。
具體實(shí)施例方式首先參照?qǐng)D1，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的高壓氫存儲(chǔ)罐的罐安裝布置示出車(chē)輛底盤(pán)1具有安裝到由縱向取向的鋼管部分形成的框架10的4個(gè)輪子5。框架10提供用于底盤(pán)1的多數(shù)剩余部件以及車(chē)輛車(chē)身(未示出)的主要結(jié)構(gòu)支撐；如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知，框架10中固有的大部分的承載能力是由其大小、形狀、材料選擇和相關(guān)設(shè)計(jì)屬性決定的?；谌剂想姵氐鸟R達(dá)(未示出)可以位于底盤(pán)1內(nèi)的任何方便的位置，例如，位于示出在附圖左側(cè)上的前輪之間。氣體燃料存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)罐20中。在所示變型中，一對(duì)這種罐包括較大的主罐 20A和較小的副罐20B。罐20A，20B通過(guò)橫桿30、帶40和柄50固定到底盤(pán)1，其中，帶40 在罐20A，20B周?chē)纬森h(huán)箍帶且?guī)У膬啥擞杀?0緊固。帶40固定到橫桿30，而橫桿被安裝到底盤(pán)1。這種帶的使用示例是傳統(tǒng)的，包括用該帶在運(yùn)輸期間固定貨物，在消防車(chē)中緊固水箱，固定天然氣驅(qū)動(dòng)叉車(chē)的罐和在天然氣客車(chē)中固定用于提供燃料的罐。除了帶之后， 夾緊、支撐、螺栓和焊接布置也是本領(lǐng)域已知的。罐20的布置相關(guān)的重量以及圖1所述的罐的基于皮帶的支撐機(jī)構(gòu)被認(rèn)為是寄生的，原因是這些部件都沒(méi)有有助于增加底盤(pán)1的承載能力。圖2和圖3示出可以集成到車(chē)輛中(優(yōu)選地，在圖1所示的罐20占據(jù)的空間中)的根據(jù)本發(fā)明的一方面的燃料存儲(chǔ)容器組件120的一個(gè)優(yōu)選構(gòu)造。具體地，組件120由容器 122與殼IM和夾緊環(huán)1 形式的突片或相關(guān)承載力傳遞元件構(gòu)成，在置于與底盤(pán)1的框架 10協(xié)作時(shí)，殼和夾緊環(huán)可以增加對(duì)由于施加到底盤(pán)1的負(fù)載引起的偏斜的抵抗力，特別是扭轉(zhuǎn)負(fù)載，如果不這樣這些扭轉(zhuǎn)負(fù)載會(huì)有使框架10扭曲的趨勢(shì)。具體參照?qǐng)D2，發(fā)明人已經(jīng)確定將負(fù)載引入容器122的優(yōu)選方式是通過(guò)多個(gè)殼124。發(fā)明人還另外發(fā)現(xiàn)在基本垂直方向的附接位置將殼1 安裝到車(chē)輛框架10有助于更好地傳遞負(fù)載，以及通過(guò)取消橫桿(否則可以用于附加剛度)減輕整個(gè)車(chē)輛重量。具體參照?qǐng)D3，示出環(huán)126、殼IM和容器122之間連接的夾緊本質(zhì)。墊片(未示出，但是在兩個(gè)夾緊環(huán)1 之間繞容器122的外圍延伸)可以用于向組件120提供附加穩(wěn)健性。在優(yōu)選形式中，4個(gè)殼IM和2個(gè)環(huán)1 可以附接到容器122以產(chǎn)生容器組件120， 以及形成殼1 與容器122之間的漸進(jìn)斜坡接合。在此情況下，優(yōu)選地，使從容器122的相同端延伸的兩個(gè)殼1 相對(duì)于彼此沿直徑方向相對(duì)設(shè)置。以這種方式，當(dāng)組件120安裝到框架10時(shí)(優(yōu)選地，其包括至少部分垂直向上的延伸(例如，在圖4和圖6A至圖6C中的笛卡爾ζ方向))，可以采用徑向相對(duì)的殼124 (圖2的右側(cè)以及圖8所示)之間的連接的垂直屬性，在該連接更接近笛卡爾χ方向和y方向形成的平面的情況下提供更高程度的抗彎剛度。殼124結(jié)合到容器122，并且通過(guò)一個(gè)或多個(gè)夾緊環(huán)126的周向?qū)泳砭o。在一種形式中，夾緊環(huán)126的尺寸可以稍小以保證殼IM在容器122上的摩擦適合。在另一形式中，夾緊環(huán)1 可以具有楔形形狀，以尤其限定倒角邊緣。在殼IM和夾緊環(huán)1 之間的接合處形成的漸進(jìn)斜坡和倒角邊緣有助于避免應(yīng)力集中的位置，以及提供它們之間的更加完全和安全的連接。參照?qǐng)D6A和圖6C，示出容器122可能承受的多個(gè)負(fù)載的一部分。這些是切向負(fù)載， 軸向拉伸和壓縮負(fù)載和彎曲負(fù)載，響應(yīng)于在相應(yīng)方向施加到框架(當(dāng)前未示出)或容器組件 120的加速度力F，相對(duì)于笛卡爾X，y和ζ方向示出上述負(fù)載。盡管當(dāng)前沒(méi)有示出，但是當(dāng)設(shè)計(jì)容器組件120且其到車(chē)輛的集成時(shí)，由其中包含的流體(諸如氫或相關(guān)燃料)所施加到容器122的壓力導(dǎo)致的徑向向外負(fù)載，或由施加到框架的扭力造成的扭轉(zhuǎn)負(fù)載，也落入需要被考慮的負(fù)載的范圍內(nèi)。這些之中，需要考慮可能導(dǎo)致容器122的圓柱形狀的橢圓化的徑向壓力負(fù)載，以避免出現(xiàn)局部彎曲和相關(guān)的分層。類似地，可以通過(guò)纏繞結(jié)構(gòu)的審慎選擇避免會(huì)在容器122上產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)負(fù)載的力，以保證容器122具有高抗扭剛度和抵抗力。統(tǒng)一地，在此討論的所有負(fù)載，其中由撞擊、燃料壓力或熱效應(yīng)引起，通過(guò)將負(fù)載置于容器122、 殼124、環(huán)126 (或組件120的其他部件)上，都被認(rèn)為是結(jié)構(gòu)負(fù)載。當(dāng)被集成到車(chē)輛的車(chē)身(諸如圖1的底盤(pán)1)時(shí)，這種高度的剛度(不管徑向，切向還是縱向)可能特別有用，因?yàn)樵谶m當(dāng)方向被加載時(shí)，其可以有助于底盤(pán)1或車(chē)體的其他部件的剛度增加。此外，因?yàn)槿萜?22被設(shè)計(jì)為纖維間斷裂(IFF)-超臨界結(jié)構(gòu)，所以其可以優(yōu)選地向容器122均勻地傳遞負(fù)載。IFF，也被稱為基體開(kāi)裂，在裂縫平行于纖維方向的復(fù)合層是一種不足。IFF-超臨界意思是允許設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)具有一定程度的IFF。在諸如容器 122的燃料罐或相關(guān)箱的情況下，IFF的一個(gè)原因可能是由于高內(nèi)壓產(chǎn)生。均勻的負(fù)載傳遞是在足夠大的區(qū)域上傳遞一致的負(fù)載，從而負(fù)載引起一致的應(yīng)力，而高局部負(fù)載將引起可能損壞IFF-弱化的復(fù)合材料的高應(yīng)力。類似地，本發(fā)明人進(jìn)行的有限元(FE)分析已經(jīng)示出在負(fù)載傳遞中的三個(gè)特別感興趣的方向。第一是由框架10的變形導(dǎo)致的殼IM與未加載的容器122之間的滑動(dòng)，第二是來(lái)自殼邊緣壓力，第三是通過(guò)框架10變形的局部IFF。在汽車(chē)應(yīng)用中，對(duì)于上述笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)中的所有主軸必須滿足顯著負(fù)載準(zhǔn)則。 示例包括承受上述高加速力F、由于通過(guò)內(nèi)壓所致容器122的膨脹造成的負(fù)載和在正常操作條件下車(chē)輛的彈性和熱變形造成的負(fù)載。此外，盡管這些負(fù)載中的一部分可能不彼此相互作用(例如，加速度力通常僅在高車(chē)輛速度時(shí)產(chǎn)生，而車(chē)輛的高彈性變形只出現(xiàn)較低的速度)，但是必須考慮如下事實(shí)這些負(fù)載中的一部分具有與其他負(fù)載相互作用的趨勢(shì)(諸如通過(guò)內(nèi)壓所致的膨脹和熱變形)。
將容器122建模在概念車(chē)內(nèi)(諸如圖1描述的車(chē)輛底盤(pán)1)有助于通過(guò)基于車(chē)輛1 內(nèi)的位置和方向量化容器122的加強(qiáng)效果來(lái)表征負(fù)載傳遞的本質(zhì)(包括方向)。這種建模幫助找到組件120相對(duì)于框架10被放置在哪一位置可以最大化某些結(jié)構(gòu)特性，諸如扭轉(zhuǎn)剛度。在一種代表性建模中，發(fā)明人假設(shè)大致U形的框架輪廓以及概念容器組件的各種放置位置，以達(dá)到容器組件設(shè)置優(yōu)良的大致測(cè)量。下面的表1示出這種建模的結(jié)果。表 權(quán)利要求
1.一種燃料電池供能車(chē)輛的燃料容器組件，所述組件包括容器，限定燃料存儲(chǔ)包含容積和至少一個(gè)形成于其中的孔，從而燃料可以被引入、包含在所述容積中或者從所述容積移除；以及至少一個(gè)殼，與所述容器協(xié)作，從而施加在所述至少一個(gè)殼和所述容器中的至少一個(gè)上的結(jié)構(gòu)負(fù)載被在所述組件和所述車(chē)輛的承載結(jié)構(gòu)之間傳遞，從而通過(guò)所述組件增強(qiáng)所述車(chē)輛結(jié)構(gòu)中固有的承載能力。
2.如權(quán)利要求1所述的組件，還包括至少一個(gè)夾緊環(huán)，其置于所述至少一個(gè)殼周?chē)?以在所述容器與所述至少一個(gè)殼之間提供增強(qiáng)的連接性。
3.如權(quán)利要求2所述的組件，其中，所述組件的至少一部分由金屬或纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成。
4.如權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述至少一個(gè)殼還包括形成于其中的至少一個(gè)補(bǔ)充屈曲增強(qiáng)元件。
5.如權(quán)利要求1所述的組件，其中，從由單向纖維、肋、加強(qiáng)筋及其組合組成的組中選擇所述至少一個(gè)補(bǔ)充屈曲增強(qiáng)元件。
6.如權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述至少一個(gè)殼包括延伸超出所述容器的多個(gè)殼， 以促進(jìn)所述組件與所述車(chē)輛中的所述承載結(jié)構(gòu)之間的負(fù)載傳遞。
7.如權(quán)利要求6所述的組件，其中，所述多個(gè)殼被固定到所述容器，從而當(dāng)所述組件附接到所述車(chē)輛時(shí)，沿所述車(chē)輛的大體垂直軸線形成所述附接。
8.如權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述容器限定基本圓柱形結(jié)構(gòu)，其至少一端形成為圓頂，從而通過(guò)沿所述圓頂?shù)闹辽僖徊糠中纬傻臐u進(jìn)斜坡連接將所述至少一個(gè)殼固定到所述容器。
9.一種用于燃料電池推進(jìn)車(chē)輛的底盤(pán)，所述底盤(pán)包括框架，限定對(duì)由至少一個(gè)外部施加負(fù)載造成的變形的抵抗力；以及燃料容器組件，結(jié)構(gòu)上連接到所述框架，所述組件包括至少一個(gè)容器，限定燃料存儲(chǔ)包含容積，至少一個(gè)孔形成在該容積中，從而燃料可以被引入、包含在所述容積或者從所述容積移除；以及至少一個(gè)殼，與所述至少一個(gè)容器協(xié)作，從而施加到所述框架的產(chǎn)生變形的結(jié)構(gòu)負(fù)載在所述組件和所述框架之間被傳遞，從而通過(guò)所述組件增強(qiáng)所述框架中限定的對(duì)變形的所述抵抗力。
10.一種在燃料電池供能車(chē)輛中增強(qiáng)對(duì)變形的結(jié)構(gòu)抵抗力的方法，所述方法包括將所述燃料電池供能車(chē)輛的底盤(pán)配置為包括承載框架；以及將燃料存儲(chǔ)容器組件連接到所述底盤(pán)，從而通過(guò)所述連接傳遞施加到所述框架的偏斜負(fù)載的至少一部分，從而增強(qiáng)所述框架中固有的對(duì)變形的抵抗力，所述組件包括容器，其內(nèi)限定存儲(chǔ)燃料電池燃料的容積，所述燃料可以被引入、包含在所述容積內(nèi)或者從所述容積移除；以及負(fù)載傳遞連接，其形成在所述容器與所述框架之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于車(chē)輛應(yīng)用的集成壓力容器。用于燃料電池供能車(chē)輛的燃料容器組件以及增加燃料電池供能車(chē)輛的結(jié)構(gòu)剛性的方法。用于存儲(chǔ)氫或相關(guān)燃料電池兼容燃料的容器可剛性地通過(guò)從容器延伸的一個(gè)或多個(gè)殼附接到車(chē)輛框架或相關(guān)承載結(jié)構(gòu)。通過(guò)組件與框架之間的連接將施加到殼、容器和框架中的一個(gè)或多個(gè)的負(fù)載在它們之間傳遞，從而通過(guò)組件增強(qiáng)框架中的固有承載能力。
文檔編號(hào)B60K1/04GK102447124SQ201110297009
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者布萊爾 A., 許爾曼 H., 舒爾茨 T., 舒爾泰斯 V., 布勒澤 W. 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司