DE102020123038A1 - pressure vessel assembly - Google Patents
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Abstract
Die hier offenbarte Technologie betrifft erfindungsgemäß eine Druckbehälterbaugruppe 10 mit einem oder mehreren Druckbehältern 30 zur Lagerung von gasförmigem Brennstoff und einer Einhausung 20, die die Druckbehälter 30 flüssigkeitsdicht umgibt.According to the invention, the technology disclosed here relates to a pressure vessel assembly 10 having one or more pressure vessels 30 for storing gaseous fuel and an enclosure 20 which surrounds the pressure vessels 30 in a liquid-tight manner.
Description
Die hier offenbarte Technologie betrifft eine Druckbehälterbaugruppe mit einem oder mehreren Druckbehältern zur Lagerung von gasförmigem Brennstoff. Derartige Druckbehälterbaugruppen können insbesondere in Kraftfahrzeugen verwendet werden, um sie mit gasförmigem Brennstoff wie beispielsweise Wasserstoff oder Erdgas zu versorgen. Damit kann beispielsweise eine Brennstoffzelle oder ein gasbetriebener Verbrennungsmotor betrieben werden.The technology disclosed herein relates to a pressure vessel assembly having one or more pressure vessels for storing gaseous fuel. Such pressure vessel assemblies can be used in particular in motor vehicles in order to supply them with gaseous fuel such as hydrogen or natural gas. This can be used, for example, to operate a fuel cell or a gas-powered internal combustion engine.
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, Druckbehälter gegen Umwelteinflüsse zu schützen. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgaben werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.It is a preferred object of the technology disclosed herein to mitigate or obviate at least one disadvantage of a previously known solution or to propose an alternative solution. In particular, it is a preferred object of the technology disclosed herein to protect pressure vessels from environmental influences. Other preferred objects may arise from the beneficial effects of the technology disclosed herein. The objects are solved by the subject matter of patent claim 1. The dependent claims represent preferred developments.
Die hier offenbarte Technologie betrifft eine Druckbehälterbaugruppe, umfassend (i) einen oder mehrere Druckbehälter zur Lagerung von gasförmigem Brennstoff und (ii) eine Einhausung, die die Druckbehälter flüssigkeitsdicht umgibt. Dadurch kann erreicht werden, dass umgebende Flüssigkeit nicht mit den Druckbehältern in Kontakt kommt und somit die Druckbehälter gegen Einflüsse aus dieser Flüssigkeit geschützt werden. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn die Druckbehälterbaugruppe an einer Stelle eines Kraftfahrzeugs unterhalb einer Wattiefe angeordnet ist und somit damit zu rechnen ist, dass zumindest in bestimmten Fahrsituationen die Druckbehälterbaugruppe in Wasser eintaucht, beispielsweise beim Durchfahren einer überspülten Unterführung. Des Weiteren kann die Einhausung einen Schutz gegen Brände bieten, da die Einhausung die Ausbreitung von Wärme zu den Druckbehältern verlangsamt und sie somit vor einer schnellen Erwärmung schützt.The technology disclosed herein relates to a pressure vessel assembly comprising (i) one or more pressure vessels for storing gaseous fuel and (ii) an enclosure liquid-tightly surrounding the pressure vessels. It can thereby be achieved that the surrounding liquid does not come into contact with the pressure vessels and the pressure vessels are thus protected against influences from this liquid. This can be particularly advantageous when the pressure vessel assembly is arranged at a point on a motor vehicle below a fording depth and it is therefore to be expected that the pressure vessel assembly will be immersed in water at least in certain driving situations, for example when driving through a flooded underpass. Furthermore, the enclosure can provide protection against fires as the enclosure slows the propagation of heat to the pressure vessels and thus protects them from heating up quickly.
Das Umgeben kann insbesondere ein vollständiges Umgeben sein, das heißt, dass die Einhausung die Druckbehälter vollständig flüssigkeitsdicht umgibt. Somit kann von keiner Seite aus Flüssigkeit an die Druckbehälter gelangen.The enclosing can in particular be a complete enclosing, which means that the housing completely encloses the pressure vessel in a liquid-tight manner. This means that liquid cannot reach the pressure vessels from any side.
Unter einer flüssigkeitsdichten Ausführung kann beispielsweise verstanden werden, dass die Einhausung mindestens einem Außendruck von ca. 50 mbar standhält. Dies entspricht beispielsweise einer maximalen Wattiefe von 500 mm. Auch andere Werte sind hier jedoch möglich. Unter einem Standhalten kann insbesondere verstanden werten, dass ein solcher Druck anliegen kann, ohne dass die Einhausung beschädigt wird.A liquid-tight design can be understood, for example, as meaning that the housing withstands at least an external pressure of approximately 50 mbar. This corresponds, for example, to a maximum wading depth of 500 mm. However, other values are also possible here. Withstanding can in particular be understood to mean that such a pressure can be applied without the housing being damaged.
Die Einhausung kann insbesondere mindestens eine Entgasungseinheit zum Abführen von aus dem oder den Druckbehältern ausdiffundiertem Brennstoff aufweisen. Die Entgasungseinheit kann insbesondere dazu dienen, gasförmigen Brennstoff abzuführen und somit zu verhindern, dass sich innerhalb der Einhausung der gasförmige Brennstoff ansammelt, wodurch die Sicherheit erhöht werden kann. Typische Druckbehälter haben zwar nur eine geringe Diffusion von gasförmigem Brennstoff aus dem Inneren des Druckbehälters heraus, jedoch ist je nach Art des gasförmigen Brennstoffs und je nach Typ des Druckbehälters die Diffusion nicht null und somit bei der Auslegung zu berücksichtigen.The housing can in particular have at least one degassing unit for discharging fuel which has diffused out of the pressure vessel or vessels. The degassing unit can be used in particular to discharge gaseous fuel and thus prevent the gaseous fuel from accumulating inside the housing, as a result of which safety can be increased. Although typical pressure vessels have only a small diffusion of gaseous fuel out of the interior of the pressure vessel, depending on the type of gaseous fuel and depending on the type of pressure vessel, the diffusion is not zero and must therefore be taken into account in the design.
Die Entgasungseinheit kann insbesondere eine flexible Membran aufweisen. Diese kann insbesondere flüssigkeitsdicht sein. Zur Definition des Begriffs „flüssigkeitsdicht“ sei auf die obigen Ausführungen verwiesen. Mittels der flexiblen Membran kann ein Ausdiffundieren von gasförmigem Brennstoff ermöglicht werden. Des Weiteren kann trotzdem ein Eindringen von Flüssigkeit, insbesondere Wasser, verhindert werden. Durch die flexible Ausführung der Membran kann diese einen gewissen Über- oder Unterdruck innerhalb der Einhausung tolerieren, ohne dass es zu Beschädigungen kommt.The degassing unit can in particular have a flexible membrane. This can in particular be liquid-tight. For a definition of the term “liquid-tight”, reference is made to the statements above. The flexible membrane can be used to allow gaseous fuel to diffuse out. Furthermore, penetration of liquid, in particular water, can nevertheless be prevented. Due to the flexible design of the membrane, it can tolerate a certain excess or negative pressure within the housing without causing damage.
Unter einer Membran sei dabei insbesondere ein flächiges Stück aus Kunststoff, Gewebe oder einem anderen geeigneten Material verstanden, welches unter den gegebenen Bedingungen flüssigkeitsdicht ist. Typischerweise ist die Membran auch elastisch, so dass sie in Abwesenheit von wirkenden Kräften einen Ausgangszustand einnimmt, welcher insbesondere flach sein kann.A membrane is to be understood in particular as a flat piece of plastic, fabric or another suitable material which is liquid-tight under the given conditions. Typically, the membrane is also elastic, so that in the absence of acting forces it assumes an initial state, which in particular can be flat.
Die Entgasungseinheit kann insbesondere mindestens ein Zerstörelement aufweisen, das zum Zerstören der Membran bei einer vorbestimmten Auswölbung der Membran und/oder bei einem vorbestimmten Überdruck innerhalb der Einhausung ausgebildet ist. Das Zerstörelement kann dafür sorgen, dass ab einem vordefinierten Überdruck die Membran zerstört wird, so dass dann ein ungehinderter Druckausgleich zwischen einem von der Einhausung umschlossenen Raum und einer umgebenden Atmosphäre ermöglicht wird. Dadurch können weitergehende Beschädigungen vermieden werden. Bei dem Zerstörelement kann es sich insbesondere um einen Dorn handeln, welcher beispielsweise spitz ausgebildet sein kann und in einem Ruhezustand einen vorbestimmten Abstand zur Membran einnimmt. Wölbt sich nun die Membran so weit aus, dass sie mit dem Dorn in Kontakt kommt, so wirkt eine punktuelle Kraft auf die Membran, welche zu einem Zerreißen und damit zur Zerstörung der Membran führt. Innenseitig bzw. gegenüberliegend zum Dorn kann ein Gitter angeordnet sein, welches insbesondere die Membran nach innen abstützen kann. Dadurch kann eine Durchbiegung der Membran nach innen, also zum von der Einhausung umschlossenen Bereich, begrenzt werden. Dies begrenzt auch die Belastung von Nähten, beispielsweise Schweißnähten, mit welchen die Membran beispielsweise an einem Gehäuse oder der Einhausung befestigt ist. Das Gitter kann beispielsweise aus Kunststoff, jedoch auch aus einem anderen Material ausgeführt sein.The degassing unit can in particular have at least one destruction element which is designed to destroy the membrane when the membrane bulges out at a predetermined level and/or at a predetermined excess pressure within the housing. The destruction element can ensure that the membrane is destroyed above a predefined overpressure, so that an unimpeded pressure equalization between a space enclosed by the housing and a surrounding atmosphere is then made possible. This can prevent further damage. The destruction element can be, in particular, a mandrel, which can be pointed, for example, and is at a predetermined distance from the membrane in a state of rest. If the membrane now bulges so far that it comes into contact with the mandrel, a point force acts on the membrane, which leads to tearing and thus to the destruction of the membrane leads. A lattice can be arranged on the inside or opposite the mandrel, which in particular can support the membrane on the inside. As a result, inward deflection of the membrane, ie towards the area enclosed by the housing, can be limited. This also limits the stress on seams, for example weld seams, with which the membrane is attached to a housing or the housing, for example. The grid can be made of plastic, for example, but can also be made of another material.
Die Membran kann insbesondere gasdurchlässig sein. Dies kann insbesondere bis zu einem gewissen Massenstrom gelten. Dadurch kann ein Ausdiffundieren beispielsweise von gasförmigem Brennstoff oder auch ein Austausch von Luft ermöglicht werden, wobei ein solcher Luftaustausch beispielsweise dann relevant ist, wenn sich ein Luftdruck einer umgebenden Atmosphäre relativ zügig ändert. Dies ist beispielsweise beim Transport eines Kraftfahrzeugs im Flugzeug der Fall. Dadurch kann insbesondere auch vermieden werden, dass bei verhältnismäßig kleinen und/oder langsamen Druckänderungen bereits die vorher erwähnte Zerstörungswirkung eines Zerstörelements eintritt, so dass kein Austausch der Membran erforderlich ist. Reicht der durch die Membran hindurchdiffundierende Massenstrom an Gas nicht mehr aus, so kann diese wie eben beschrieben zerstört werden, so dass ein noch wesentlich höherer Luftaustausch möglich ist und somit weitere Schäden vermieden werden.In particular, the membrane can be gas-permeable. This can apply in particular up to a certain mass flow. As a result, gaseous fuel, for example, can diffuse out or an exchange of air can be made possible, such an air exchange being relevant, for example, when the air pressure of a surrounding atmosphere changes relatively quickly. This is the case, for example, when transporting a motor vehicle in an airplane. In this way, it is also possible in particular to avoid the previously mentioned destructive effect of a destructive element already occurring in the event of relatively small and/or slow pressure changes, so that the membrane does not have to be replaced. If the mass flow of gas diffusing through the membrane is no longer sufficient, the membrane can be destroyed as just described, so that an even higher air exchange is possible and thus further damage is avoided.
Die Einhausung kann insbesondere innenseitig ganz oder teilweise weiß, hellgrau oder grau und/oder als Spiegel ausgeführt sein. Darunter kann insbesondere verstanden werden, dass die Einhausung an der Innenseite eine hohe Reflektivität im sichtbaren Spektrum und/oder im infraroten Spektrum hat. Dadurch kann vermieden werden, dass für den Fall eines Brands oder einer anderen Hitzeeinwirkung eine besonders hohe Abstrahlung von Wärmestrahlung auf die Druckbehälter erfolgt, so dass deren Erwärmung verringert wird. Unter einer weißen, hellgrauen oder grauen Ausführung kann insbesondere verstanden werden, dass die Einhausung innenseitig einen Grauton aufweist, welcher beispielsweise höchstens 10 % oder höchstens 20 % beträgt. Eine Ausführung als Spiegel kann insbesondere bedeuten, dass auftreffende elektromagnetische Strahlen zumindest überwiegend reflektiert werden. Die Einhausung kann vollständig entsprechend ausgeführt sein oder es kann auch nur ein Teil davon entsprechend ausgeführt sein.In particular, the housing can be completely or partially white, light gray or gray on the inside and/or designed as a mirror. This can in particular be understood to mean that the housing has a high reflectivity in the visible spectrum and/or in the infrared spectrum on the inside. In this way it can be avoided that, in the event of a fire or another heat effect, a particularly high level of thermal radiation is emitted onto the pressure vessel, so that the heating thereof is reduced. A white, light gray or gray design can in particular be understood to mean that the housing has a shade of gray on the inside, which is, for example, at most 10% or at most 20%. An embodiment as a mirror can mean in particular that impinging electromagnetic rays are at least predominantly reflected. The housing can be designed accordingly in its entirety or only part of it can be designed accordingly.
Die Einhausung kann insbesondere innenseitig ganz oder teilweise mit einer intumeszenten Schicht ausgekleidet sein. Unter einer intumeszenten Schicht kann insbesondere verstanden werden, dass die Schicht brandhemmend wirkt, d.h. insbesondere, dass sie sich unter Einwirkung von Flammen und/oder Hitze ausdehnt und somit die Ausbreitung eines Brands verringert oder verzögert. Dadurch kann die Sicherheit im Brandfall weiter erhöht werden.The housing can be completely or partially lined with an intumescent layer on the inside. An intumescent layer can be understood in particular as meaning that the layer has a fire-retardant effect, i.e. in particular that it expands under the action of flames and/or heat and thus reduces or delays the spread of a fire. This can further increase safety in the event of a fire.
Die Einhausung kann insbesondere untenseitig und/oder an ihrem Boden eine oder mehrere Versteifungselemente aufweisen. Ebenso kann sie insbesondere obenseitig und/oder an ihrem Deckel eine oder mehrere Versteifungselemente aufweisen. Dadurch kann die Einhausung mechanisch stabilisiert werden, so dass beispielsweise für den Fall eines Unfalls eine Beschädigung der Druckbehälter verhindert und verringert wird. Die Verstärkungselemente können beispielsweise als Verstrebung ausgeführt sein, wofür beispielsweise Verstrebungen mit einem bestimmten Querschnitt, beispielsweise einem quadratischen, rechteckigen, T-förmigen oder doppelT-förmigen Querschnitt verwendet werden können. Auch andere Ausführungen sind jedoch möglich.In particular, the housing can have one or more stiffening elements on the underside and/or on its base. It can also have one or more stiffening elements, in particular on the top and/or on its cover. As a result, the housing can be mechanically stabilized so that, for example, in the event of an accident, damage to the pressure vessel is prevented and reduced. The reinforcement elements can be designed as struts, for example, for which struts with a specific cross section, for example a square, rectangular, T-shaped or double-T-shaped cross section, can be used. However, other designs are also possible.
Die Einhausung kann insbesondere ganz oder teilweise aus Stahl, Aluminium oder Kunststoff ausgebildet sein. Derartige Materialien haben sich für typische Anwendungsfälle bewehrt. Auch andere Materialien sind jedoch möglich.The housing can in particular be made entirely or partially of steel, aluminum or plastic. Such materials have proven themselves for typical applications. However, other materials are also possible.
Insbesondere kann mindestens ein Boden und/oder ein Deckel der Einhausung und/oder eine Schicht am Boden und/oder am Deckel ganz oder teilweise aus Stahl ausgebildet sein. Dadurch kann die besonders hohe Stabilität von Stahl an diesen Stellen ausgenutzt werden, um die Stabilität zu erhöhen und/oder um eine Ausbreitung eines Brands zu verhindern. Beispielsweise kann die erwähnte Schicht bzw. ein Boden oder Deckel zusätzlich zu einer ansonsten aus einem anderen Material, beispielsweise aus Aluminium oder aus Kunststoff, ausgeführten Einhausung verwendet werden, so dass die Vorteile eines solchen Materials ansonsten zur Geltung kommen.In particular, at least one base and/or a cover of the housing and/or a layer on the base and/or on the cover can be made entirely or partially of steel. As a result, the particularly high stability of steel can be used at these points to increase stability and/or to prevent a fire from spreading. For example, the layer mentioned or a base or cover can be used in addition to a housing otherwise made of a different material, for example aluminum or plastic, so that the advantages of such a material are otherwise effective.
Gemäß einer Ausführung ist an einem, einigen oder allen Druckbehältern und/oder an einer Leitung innerhalb der Einhausung eine thermische Druckentlastungseinrichtung angeschlossen. Eine solche thermische Druckentlastungseinrichtung kann insbesondere dazu dienen, für den Fall einer erhöhten Temperatur gezielt Druck abzubauen. Die thermische Druckentlastungseinrichtung kann insbesondere dazu ausgebildet sein, Druck aus dem Inneren von einem oder mehreren Druckbehältern und/oder aus einer Leitung abzulassen, so dass die Sicherheit erhöht wird. According to one embodiment, a thermal pressure relief device is connected to one, some or all of the pressure vessels and/or to a line within the housing. Such a thermal pressure relief device can be used in particular to reduce pressure in a targeted manner in the event of an increased temperature. The thermal pressure relief device can be designed in particular to release pressure from the inside of one or more pressure vessels and/or from a line, so that safety is increased.
Insbesondere kann eine Ausblasöffnung einer, einiger oder aller thermischer Druckentlastungseinrichtungen aus der Einhausung herausgeführt sein. Unter einer Ausblasöffnung sei insbesondere diejenige Öffnung verstanden, durch welche eine thermische Druckentlastungseinrichtung im Aktivierungsfall ausströmendes Gas abgibt. Durch das Herausführen aus der Einhausung wird verhindert, dass es zu einem Druckanstieg innerhalb der Einhausung kommt, wodurch das abgeblasene Gas unmittelbar nach außen geleitet wird und nicht durch andere Mechanismen wie beispielsweise die weiter oben bereits beschriebene Entgasungseinheit abgeführt werden muss. Dadurch kann beispielsweise verhindert werden, dass die Entgasungseinheit bzw. deren Membran zerstört wird.In particular, an exhaust opening of one, some or all of the thermal pressure relief equipment must be brought out of the enclosure. A blow-out opening is to be understood in particular as the opening through which a thermal pressure relief device releases gas flowing out in the event of activation. Leading out of the housing prevents a pressure increase within the housing, as a result of which the vented gas is routed directly to the outside and does not have to be removed by other mechanisms such as the degassing unit already described above. This can, for example, prevent the degassing unit or its membrane from being destroyed.
Die Druckbehälterbaugruppe kann insbesondere ein oder mehrere Wärmeübertragungselemente, Wärmerohre oder Stäbe aufweisen, die eine oder mehrere thermische Druckentlastungseinrichtungen thermisch mit der Einhausung verbinden. Dadurch kann eine besonders schnelle Leitung von Wärme aus der Umgebung zu einer thermischen Druckentlastungseinrichtung erreicht werden, so dass eine thermische Druckentlastungseinrichtung bereits dann öffnet, wenn die Temperatur außerhalb der Einhausung erhöht ist, beispielsweise aufgrund eines Brands Grundsätzlich kann sich Wärme auch unabhängig von den Wärmeübertragungselementen zu einer Druckentlastungseinrichtung ausbreiten, allerdings hat die Einhausung eine wärmedämmende Wirkung, welche im Hinblick auf eine langsamere Erwärmung der Druckbehälter im Brandfall auch gewünscht ist. Durch die Wärmeübertragungselemente kann für ein schnelleres Auslösen gesorgt werden. Beispielsweise kann hierfür ein Kupferdraht verwendet werden, welcher beispielsweise einen Durchmesser zwischen 2 mm und 8 mm, oder 4 mm, haben kann. Wärmerohre und Stäbe können auch als Beispiele von Wärmeübertragungselementen verstanden werden.In particular, the pressure vessel assembly may include one or more heat transfer elements, heat pipes, or rods that thermally connect one or more thermal pressure relief devices to the enclosure. As a result, heat can be conducted from the environment to a thermal pressure relief device particularly quickly, so that a thermal pressure relief device opens when the temperature outside the housing is increased, for example due to a fire. In principle, heat can also spread independently of the heat transfer elements a pressure relief device, but the housing has a heat-insulating effect, which is also desirable with regard to slower heating of the pressure vessel in the event of a fire. Faster triggering can be ensured by the heat transfer elements. For example, a copper wire can be used for this purpose, which can have a diameter of between 2 mm and 8 mm, or 4 mm, for example. Heat pipes and rods can also be understood as examples of heat transfer elements.
Insbesondere kann mindestens ein Wärmeübertragungselement, mindestens ein Wärmerohr oder mindestens ein Stab mit einem Bereich der Einhausung verbunden sein, der ausschließlich aus Kunststoff ausgebildet ist. Dadurch kann erreicht werden, dass dieser Bereich für den Fall eines Brands oder einer sonstigen erheblichen Wärmeeinwirkung sehr schnell schmilzt und somit die Wärme direkt an das Wärmeübertragungselement, das Wärmerohr bzw. an den Stab gelangt. Dadurch kann die Ansprechzeit weiter verbessert werden. Insbesondere kann ein solcher Bereich so ausgebildet sein, dass außerhalb dieses Bereichs die Einhausung beispielsweise zusätzlich aus einem anderen Material wie beispielsweise Stahl oder Aluminium ausgebildet ist, oder auch vollständig aus einem anderen Material ausgebildet ist. Der Bereich kann somit eine Art Fenster in der Einhausung bilden, in welcher eben lediglich Kunststoff die Einhausung bildet.In particular, at least one heat transfer element, at least one heat pipe or at least one rod can be connected to an area of the housing that is made exclusively of plastic. In this way it can be achieved that this area melts very quickly in the event of a fire or any other significant heat effect and the heat thus reaches the heat transfer element, the heat pipe or the rod directly. This can further improve the response time. In particular, such an area can be designed in such a way that outside of this area the housing is additionally made of a different material, such as steel or aluminum, for example, or is made entirely of a different material. The area can thus form a kind of window in the housing, in which only plastic forms the housing.
Gemäß einer Ausführung kann in der Einhausung eine Serviceklappe ausgebildet sein. Ebenso kann in der Einhausung ein Sichtfenster ausgebildet sein. Mittels einer Serviceklappe kann beispielsweise ein Austausch von Komponenten oder die Durchführung sonstiger Wartungsarbeiten ermöglicht werden. Mittels eines Sichtfensters kann beispielsweise erreicht werden, dass Aufkleber oder sonstige visuell sichtbare Informationen auch von außerhalb der Einhausung erkennbar sind. Beispielsweise kann ein Sichtfenster eine Fläche von bis zu 250 cm2 oder bis zu 300 cm2 oder bis zu 350 cm2 haben. Eine Serviceklappe kann beispielsweise eine Fläche von bis zu 100 cm2 oder bis zu 150 cm2 haben. Auch andere Größen sind jedoch möglich. Beispielsweise kann eine Serviceklappe als kleine Serviceklappe rund mit einem Innendurchmesser von beispielsweise 4 mm bis 8 mm, oder 6 mm, ausgeführt sein. Eine Serviceklappe kann insbesondere im geschlossenen Zustand wasserdicht sein und kann von diesem aus geöffnet werden. Ein Sichtfenster ist insbesondere ein optisch transparenter Bereich der Einhausung, welcher jedoch die wasserdichte Ausführung nicht unterbricht.According to one embodiment, a service flap can be formed in the housing. A viewing window can also be formed in the housing. A service flap can be used, for example, to enable components to be replaced or other maintenance work to be carried out. A viewing window can be used, for example, to ensure that stickers or other visually visible information can also be recognized from outside the housing. For example, a viewing window can have an area of up to 250 cm 2 or up to 300 cm 2 or up to 350 cm 2 . A service flap can, for example, have an area of up to 100 cm 2 or up to 150 cm 2 . However, other sizes are also possible. For example, a service flap can be designed as a small round service flap with an inner diameter of, for example, 4 mm to 8 mm, or 6 mm. A service flap can be watertight, in particular when it is closed, and can be opened from this. A viewing window is, in particular, an optically transparent area of the housing which, however, does not interrupt the watertight design.
Insbesondere können einer, einige oder alle Druckbehälter ein Tankabsperrventil aufweisen, wobei die Druckbehälterbaugruppe eine Fernschalteinrichtung zum Betätigen des Tankabsperrventils aufweisen kann, die eine von außerhalb der Einhüllung betätigbare Betätigungseinrichtung und eine Kraftübertragungseinrichtung zwischen Betätigungseinrichtung und Tankabsperrventil aufweisen kann. Dadurch ist eine Betätigung eines Tankabsperrventils von außen möglich. Dies führt insbesondere dazu, dass ohne einen Eingriff in die Einhausung vorzunehmen ein Absperren von Druckbehältern möglich ist, beispielsweise um diese gefahrlos ausbauen zu können.In particular, one, some or all of the pressure vessels may include a tank isolation valve, wherein the pressure vessel assembly may include remote control means for operating the tank isolation valve, which may include an actuator operable from outside the enclosure, and power transmission means between the actuator and the tank isolation valve. This enables a tank shut-off valve to be actuated from the outside. In particular, this means that pressure vessels can be shut off without having to intervene in the housing, for example in order to be able to remove them safely.
Gemäß jeweiligen Ausführungen sind in der Einhausung ein Durchtritt für eine Betankungsleitung, ein Durchtritt für eine Entnahmeleitung, ein Durchtritt für eine gemeinsame Befüll- und Entnahmeleitung, ein Durchtritt für eines oder mehrere Sensor- oder Aktuatorkabel, ein Durchtritt für ein Anschlusskabel eines Steuergeräts und/oder ein Spülanschluss ausgebildet. Diese können insbesondere jeweils zur umgebenden Einhausung hin abgedichtet sein, so dass die Wasserdichtigkeit dadurch nicht unterbrochen wird. Eine Betankungsleitung kann insbesondere zum Befüllen der Druckbehälter verwendet werden. Entsprechend kann eine Entnahmeleitung zur Entnahme von gasförmigem Brennstoff aus den Druckbehältern verwendet werden. Eine gemeinsame Befüll- und Entnahmeleitung kann für beide Zwecke verwendet werden. Ein Sensor- oder Aktuatorkabel kann insbesondere elektrischen Strom und/oder elektrische Signale zwischen innerhalb und außerhalb der Einhausung leiten. Ein Spülanschluss kann insbesondere verwendet werden, um gezielt Gas in die Einhausung einzuleiten, um eventuell vorhandenen gasförmigen Brennstoff abzuführen. According to respective embodiments, the housing has a passage for a refueling line, a passage for a withdrawal line, a passage for a common filling and withdrawal line, a passage for one or more sensor or actuator cables, a passage for a connection cable of a control device and/or formed a flushing port. In particular, these can each be sealed off from the surrounding housing, so that the watertightness is not interrupted as a result. A refueling line can be used in particular for filling the pressure vessel. Correspondingly, a withdrawal line can be used to withdraw gaseous fuel from the pressure vessels. A common filling and extraction line can be used for both purposes. A sensor or actuator cable can in particular conduct electrical current and/or electrical signals between inside and outside of the housing. A Flushing connection can be used in particular to introduce gas into the housing in a targeted manner in order to discharge any gaseous fuel that may be present.
Dadurch kann die Sicherheit beispielsweise vor der Durchführung von Wartungsarbeiten erhöht werden.As a result, security can be increased, for example, before maintenance work is carried out.
Die Druckbehälterbaugruppe dient insbesondere zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigem Brennstoff. Die Druckbehälterbaugruppe 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. Die Druckbehälterbaugruppe ist typischerweise mit mindestens einem Energiewandler fluidverbunden, der eingerichtet ist, die chemische Energie des Brennstoffs in andere Energieformen umzuwandeln.The pressure vessel assembly is particularly useful for storing fuel that is gaseous under ambient conditions. The pressure vessel assembly can be used, for example, in a motor vehicle that is operated with compressed (also called Compressed Natural Gas or CNG) or liquefied (also called Liquid Natural Gas or LNG) natural gas or with hydrogen. The pressure vessel assembly is typically in fluid communication with at least one energy converter configured to convert the chemical energy of the fuel into other forms of energy.
Eine solche Druckbehälterbaugruppe umfasst mindestens einen Druckbehälter, wobei es auch mehrere Druckbehälter sein können, und zwar insbesondere ein Composite Overwrapped Pressure Vessel. Der Druckbehälter kann beispielsweise ein kryogener Druckbehälter oder ein Hochdruckgasbehälter sein. 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 (zum Beispiel mehr als 50 K oder mehr als 100 K) unter der Betriebstemperatur des Kraftfahrzeugs liegen.Such a pressure vessel assembly comprises at least one pressure vessel, although there can also be a plurality of pressure vessels, in particular a composite overwrapped pressure vessel. The pressure vessel can be, for example, a cryogenic pressure vessel or a high-pressure gas vessel. High-pressure gas tanks are designed to permanently store fuel at ambient temperatures at a nominal operating pressure (also called nominal working pressure or NWP) of at least 350 bar overpressure (= excess pressure compared to atmospheric pressure) or at least 700 bar overpressure. A cryogenic pressure vessel is suitable for storing the fuel at the aforementioned operating pressures even at temperatures that are significantly (for example more than 50 K or more than 100 K) below the operating temperature of the motor vehicle.
Die Druckbehälter können insbesondere mit Trag-, Befestigungs- und/oder Schutzelementen (zum Beispiel Schutzschilder, Abschirmungen, Sperrschichten, Abdeckungen, Beschichtungen, Umwicklungen, etc.) eine permanent verbundene Einheit ausbilden, die insbesondere in dem Unterflurbereich unterhalb des Fahrgastinnenraums eines Kraftfahrzeugs montierbar sein kann. Längsachsen der Druckbehälter können in einer Einbaulage parallel zueinander verlaufen und/oder einzelne 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.The pressure vessels can form a permanently connected unit, in particular with supporting, fastening and/or protective elements (e.g. protective shields, shields, barrier layers, covers, coatings, wrappings, etc.), which can be mounted in particular in the underfloor area below the passenger compartment of a motor vehicle can. Longitudinal axes of the pressure vessels can run parallel to one another in an installation position and/or individual pressure vessels can each have a length-to-diameter ratio with a value between 5 and 200, preferably between 7 and 100, and particularly preferably between 9 and 50.
Insbesondere kann die Druckbehälterbaugruppe (auch „Container Assembly“ genannt) die Druckbehälter sowie permanent mit Druckbehältern verbundene Trag-, Befestigungs- und/oder Schutzelemente aufweisen (zum Beispiel Schutzschilder, Abschirmungen, Sperrschichten, Abdeckungen, Beschichtungen, Umwicklungen, etc.). Ebenso weist die Druckbehälterbaugruppe auch die Einhausung auf. 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 unterhalb des Fahrzeuginnenraums. Die Druckbehälterbaugruppe kann bevorzugt als Ganzes in den im Kraftfahrzeug vorgesehenen Einbauraum montierbar sein. Hierzu kann die Druckbehälterbaugruppe gemeinsame Karosserieanbindungspunkte aufweisen, mittels derer das System als Ganzes im Kraftfahrzeug befestigbar ist. Bevorzugt umfasst die Druckbehälterbaugruppe mehr als drei oder mehr als fünf oder mehr als sieben oder mehr als zehn Druckbehälter.In particular, the pressure vessel assembly (also called “container assembly”) may include the pressure vessels as well as supporting, fastening, and/or protective elements permanently connected to pressure vessels (e.g. protective shields, shields, barrier layers, covers, coatings, wrappings, etc.). Likewise, the pressure vessel assembly also has the housing. The supporting, fastening and/or protective elements can expediently only be dismantled temporarily and preferably only by specialist personnel and/or cannot be dismantled non-destructively. Such a pressure vessel assembly is particularly suitable for flat installation spaces, especially in the underfloor area below the vehicle interior. The pressure vessel assembly can preferably be installed as a whole in the installation space provided in the motor vehicle. For this purpose, the pressure vessel assembly can have common body connection points, by means of which the system can be fastened as a whole in the motor vehicle. Preferably, the pressure vessel assembly includes more than three, or more than five, or more than seven, or more than ten pressure vessels.
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 (zum Beispiel Gesamtlänge eines Speicherrohrs ohne Fluidverbindungselemente) im Zähler und dem größeren 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.The pressure vessels can have circular or oval cross-sections. The individual pressure vessels can be designed as storage tubes. For example, several pressure vessels can be provided, the longitudinal axes of which run parallel to one another in the installed position. The individual pressure vessels can each have a length-to-diameter ratio with a value between 5 and 200, preferably between 7 and 100, and particularly preferably between 9 and 50. The length-to-diameter ratio is the quotient of the total length of the individual pressure vessels (e.g. total length of a storage tube without fluid connectors) in the numerator and the larger outside diameter of the pressure vessel in the denominator. The individual pressure vessels can be arranged directly adjacent to one another, for example at a distance from one another of less than 20 cm or less than 15 cm or less than 10 cm or less than 5 cm.
In einer Ausgestaltung sind die Druckbehälter in Serie geschaltet. Zwischen den einzelnen Druckbehältern können in der Regel gebogene Fluidverbindungselemente vorgesehen sein. Besonders bevorzugt können die Druckbehälter und die Fluidverbindungselemente so gestaltet sein, dass beide in einem kontinuierlichen Fertigungsprozess zusammen herstellbar sind. Hierzu kann beispielsweise ein gemeinsamer Liner vorgesehen sein, der in einem kontinuierlichen Extrusionsprozess hergestellt wird und der in einem ebenfalls kontinuierlichen Prozess mit Verstärkungsfasern umflochten oder (spiralisiert) umwickelt wird. Diese Art des Rohrspeichersystems wird auch als Kettentank, Schlangentank oder Conformable Storage bezeichnet. Um bei der Betankung Überhitzung in „Sackgassen“ zu vermeiden, kann das Ende der seriell verbundenen Behälter wieder mit dem Anfang verbunden werden, um (beispielsweise mit einer Venturi-Düse) eine Durchströmung bei der Betankung zu ermöglichen.In one embodiment, the pressure vessels are connected in series. As a rule, curved fluid connection elements can be provided between the individual pressure vessels. Particularly preferably, the pressure vessel and the fluid connection elements can be designed in such a way that both can be produced together in a continuous production process. For this purpose, for example, a common liner can be provided, which is produced in a continuous extrusion process and around which reinforcing fibers are braided or (spirally) wrapped in a likewise continuous process. This type of tube storage system is also known as chain tank, snake tank or conformable storage. In order to avoid overheating in "dead ends" when refueling, the end of the serially connected containers can be reconnected be connected to the beginning in order (for example with a Venturi nozzle) to allow flow through when refueling.
In einer Ausgestaltung sind die Druckbehälter parallel geschaltet. Dabei kann ein gemeinsames Verteilerrohr vorgesehen sein. Die mehreren Druckbehälter sind in der Regel direkt an das Verteilerrohr angeschlossen, ohne dass zwischen dem Verteilerrohr und den einzelnen Druckbehältern jeweils ein eigenes, von außen elektrisch betätigbares Tankabsperrventil vorgesehen ist. Vorteilhaft sind die mehreren Druckbehälter stoffschlüssig (mittels Klebung und/oder mittels Schweißen) mit dem Verteilerrohr verbunden, so dass die einzelnen Druckbehälter nicht zerstörungsfrei vom Verteilerrohr lösbar sind. Das Verteilerrohr dient zur Herstellung einer Fluidverbindung mit den einzelnen Druckbehältern. Ferner kann das Verteilerrohr dazu dienen, die einzelnen Druckbehälter mechanisch zu koppeln und eventuell gemeinsame Karosserieanbindungspunkte auszubilden. Somit kann das Verteilerrohr eine Einheit ausbilden, die als Ganzes in das Kraftfahrzeug integrierbar ist. Auch eine Kombination von Parallel- und Serienschaltung ist möglich.In one embodiment, the pressure vessels are connected in parallel. In this case, a common distribution pipe can be provided. The multiple pressure vessels are usually connected directly to the distributor pipe, without a separate tank shut-off valve that can be electrically actuated from the outside being provided between the distributor pipe and the individual pressure vessels. Advantageously, the several pressure vessels are connected to the distribution pipe in a material-to-material manner (by means of adhesion and/or by means of welding), so that the individual pressure vessels cannot be detached from the distribution pipe without being destroyed. The manifold is used to establish fluid communication with the individual pressure vessels. Furthermore, the distribution pipe can be used to mechanically couple the individual pressure vessels and possibly form common body connection points. The distributor pipe can thus form a unit that can be integrated as a whole into the motor vehicle. A combination of parallel and series connection is also possible.
An der Druckbehälterbaugruppe bzw. am Verteilerrohr kann ein elektrisch betätigbares und stromlos geschlossenes Tankabsperrventil vorgesehen sein, das eingerichtet ist, die Druckbehälterbaugruppe bzw. das Verteilerrohr gegenüber den übrigen brennstoffführenden Leitungen der zum Energiewandler führenden Brennstoffversorgungsanlage abzusperren. Dieses Ventil besitzt die Funktion eines On-Tank-Valves eines herkömmlichen Druckbehälters. Zweckmäßig ist lediglich ein stromlos geschlossenes Tankabsperrventil vorgesehen. Das Tankabsperrventil kann beispielsweise unmittelbar an die Druckbehälterbaugruppe bzw. an das Verteilerrohr an- bzw. einschraubbar sein. Das Tankabsperrventil ist das erste Ventil, das stromab eines jeden der am gemeinsamen Verteilerrohr angeschlossenen Druckbehälter vorgesehen ist. Eine Rohrbruchsicherung, auch Überstromventil (englisch Excess Flow Valve) genannt, kann an jedem Druckbehälter oder am Verteilerrohr vorgesehen sein.An electrically actuable and normally closed tank shut-off valve can be provided on the pressure vessel assembly or on the distributor pipe, which is set up to shut off the pressure vessel assembly or the distributor pipe from the other fuel-carrying lines of the fuel supply system leading to the energy converter. This valve has the function of an on-tank valve of a conventional pressure vessel. Only one tank shut-off valve, which is closed when de-energized, is expediently provided. The tank shut-off valve can, for example, be screwed directly onto the pressure vessel assembly or onto the distributor pipe. The tank isolation valve is the first valve provided downstream of each of the pressure tanks connected to the common rail. A pipe rupture valve, also known as an excess flow valve, can be provided on any pressure vessel or on the distribution pipe.
Ein Tankabsperrventil ist insbesondere ein Ventil, dessen Eingangsdruck (im Wesentlichen) dem Behälterdruck entspricht. Das Tankabsperrventil ist insbesondere ein steuerbares bzw. regelbares und insbesondere stromlos geschlossenes Ventil. Das Tankabsperrventil ist in der Regel in ein On-Tank-Valve integriert. In der Verordnung (EU) Nr.
Eine thermische Druckentlastungseinrichtung, auch Thermal Pressure Relief Device (= TPRD) oder Thermosicherung genannt, ist in der Regel benachbart zum Druckbehälter vorgesehen. Bei Hitzeeinwirkung (zum Beispiel 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). Es können ferner Auslöseleitungen vorgesehen sein. Ein solches System zur thermischen Druckentlastung ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
Ein Wärmerohr kann insbesondere eingerichtet sein, um die durch ein thermisches Event an das Wärmerohr abgegebene Wärmeenergie zumindest teilweise zu transportieren zu zumindest einer der Druckentlastungseinrichtungen. Ein Wärmerohr (englisch heat pipe) ist ein Wärmeübertrager, der unter Nutzung von Verdampfungswärme eines Mediums Wärme passiv transportiert. Mit anderen Worten ist ein Wärmerohr ein Element, in dem ein Stoff gespeichert ist, der zum Transport der Wärme vom lokalen Event zur Druckentlastungseinrichtung zumindest teilweise einen Phasenübergang vollzieht. Ein solches Wärmerohr kann unterschiedlich ausgebildet sein und ist dem Fachmann als solches bekannt. Vorteilhaft kann mit einem solchen Wärmerohr ein vergleichsweise hoher Wärmestrom mit einem vergleichsweise geringen Wärmewiderstand übertragen werden. Somit kann insbesondere im Vergleich zur reinen Wärmeleitung durch Metallstreben Gewicht und/oder Bauraum reduziert werden.A heat pipe can be set up in particular to at least partially transport the thermal energy released to the heat pipe by a thermal event to at least one of the pressure relief devices. A heat pipe is a heat exchanger that passively transports heat using the heat of vaporization of a medium. In other words, a heat pipe is an element in which a substance is stored that at least partially completes a phase transition to transport the heat from the local event to the pressure relief device. Such a heat pipe can be designed in different ways and is known as such to a person skilled in the art. With such a heat pipe, a comparatively high heat flow can advantageously be transmitted with a comparatively low thermal resistance. In this way, weight and/or installation space can be reduced, in particular in comparison to pure heat conduction through metal struts.
Mit anderen Worten werden zukünftig Unterflurtanks in ehemaligen Batteriebauräumen untergebracht. Dort befinden sie sich unterhalb der Wattiefe. Typische beispielhafte Fass-artige Wasserstofftanks erfüllen auch unterhalb der Wattiefe alle Anforderungen ohne weiteres Gehäuse. Mit Unterflurtanks, insbesondere Kettentanks, kann es jedoch herausfordernd werden, den Brandfall zu beherrschen, falls sie ohne weiteres Gehäuse wie heutige Fasstanks in ein Kraftfahrzeug eingebaut werden. Aufgrund der größeren Tankoberfläche und kleineren Tankwandstärke wird bei einem Brand mehr Wärme in den Wasserstoff eingebracht. Der Druck oder die Temperatur steigen schneller. Deshalb können die Tanks bzw. Druckbehälter in ein wasserdichtes Gehäuse eingebaut werden. Das Gehäuse bzw. die Einhausung kann bevorzugt einige Millibar Außendruck und etwa 100 mbar Innendruck ertragen. Um diese Anforderungen zu erfüllen, können die großen Flächen wie Deckel und Boden mit Verstärkungselementen versehen sein. Beim Boden können insbesondere die Platte und/oder deren Verstärkungselemente etwas massiver sein, um zusätzlich die Anforderung Pollerschutz zu erfüllen. Das Gehäusematerial kann beispielsweise Aluminium, Stahl oder Kunststoff sein. Boden und Deckel sind typischerweise entweder aus Stahl oder, wenn nicht, dann kann beispielsweise zumindest eine Schicht der Wand aus Stahl bestehen. Stahl schmilzt in den relevanten Brandfällen nicht.In other words, in the future, underfloor tanks will be accommodated in former battery rooms. There they are below the wading depth. Typical exemplary barrel-type hydrogen tanks also meet all requirements below the fording depth without any further housing. However, with underfloor tanks, in particular chain tanks, it can become challenging to control the event of fire if they are built into a motor vehicle without any additional housing, like today's barrel tanks. Due to the larger tank surface and smaller tank wall thickness, more heat is introduced into the hydrogen in the event of a fire. The pressure or temperature increases faster. Therefore, the tanks or pressure vessels can be installed in a watertight housing. The housing or housing can preferably withstand a few millibars of external pressure and about 100 mbar of internal pressure. In order to meet these requirements, the large areas such as the top and bottom can be provided with reinforcement elements. In the case of the floor, in particular, the plate and/or its reinforcement elements can be somewhat more massive in order to additionally meet the requirements requirement to meet bollard protection. The housing material can be aluminum, steel or plastic, for example. The bottom and top are typically either steel or, if not, then at least one layer of the wall may be steel, for example. Steel does not melt in the relevant fire situations.
Ferner können vorgesehen sein:
- - Durchtritt für Wasserstoffleitung zu Receptacle (Betankungsleitung bzw. Befüllleitung),
- - Durchtritt für Wasserstoffleitung zu FCS (= Fuel Cell System) (Entnahmeleitung),
- - Durchtritt für Sensor- und Aktorkabel, falls kein Steuergerät im Gehäuse ist,
- - Durchtritt für Steuergeräte-Anschlusskabel, falls das Steuergerät im Gehäuse ist,
- - Entgasungseinheit,
- - Wärmeleitungselemente vom Gehäuse zur TPRD-Erkennungseinheit,
- - Serviceklappe,
- - Sichtfenster,
- - Kraftübertragungselement,
- - Spülanschluss,
- - innere Beschichtung, Deckel und Bodenplatte.
- - Passage for the hydrogen line to the receptacle (refueling line or filling line),
- - Passage for hydrogen line to FCS (= Fuel Cell System) (sampling line),
- - Passage for sensor and actuator cables if there is no control unit in the housing,
- - passage for the control unit connection cable, if the control unit is in the housing,
- - degassing unit,
- - thermal conduction elements from the housing to the TPRD detection unit,
- - service hatch,
- - viewing window,
- - power transmission element,
- - flushing connection,
- - inner coating, lid and base plate.
Die Entgasungseinheit kann insbesondere wie bei bisherigen Batteriesystemen eingesetzt werden, um einen Druckausgleich zwischen Innenraum des Gehäuses bzw. der Einhausung und Umgebung zu schaffen und um Wassereintritt von außen zu verhindern. Sie enthält dafür typischerweise eine spezielle Membran, welche Gase durchlässt, nicht jedoch Wasser. Falls die Batterie ein thermisches Ereignis hat, entstehen Gase innerhalb des Gehäuses, die den Druck erhöhen. Dies führt dazu, dass sich die Membran deformiert, und bei einem festgelegten Druck stößt sie an einen Dorn, wird aufgebrochen und zerstört. Die Gase können anschließend das Gehäuse über die irreversibel offene Entgasungseinheit verlassen.The degassing unit can be used, in particular as in previous battery systems, in order to create a pressure equalization between the interior of the housing or the housing and the environment and to prevent the ingress of water from the outside. It typically contains a special membrane that lets gases through, but not water. If the battery has a thermal event, gases are created inside the case that increase the pressure. This causes the membrane to deform, and at a specified pressure it hits a spike, rupturing and destroying it. The gases can then leave the housing via the irreversibly open degassing unit.
Die gleiche Entgasungseinheit kann beispielsweise bei einem Wasserstoff-Tanksystem auch zum Einsatz kommen. Ihre Aufgaben sind beispielsweise:
- - Abfuhr des Wasserstoffs, der aus den Tanks durch die Tankwand in das Gehäuse permeiert ist,
- - Abfuhr des Wasserstoffs, der im Fehlerfall „Leckage Tank-Leitung-Verschraubung“ austritt,
- - im Brandfall: Abfuhr des Wasserstoffs, der bei geöffnetem TPRD (thermisches Sicherheitsventil) austritt,
- - Fehlerfall Überdruck in Mitteldruckleitung: Abfuhr des Wasserstoffs, der bei offenem MPRV (Druckentlastungsventil) austritt.
- - removal of the hydrogen that has permeated from the tanks through the tank wall into the housing,
- - removal of the hydrogen that escapes in the event of a "leakage tank-line-screw connection",
- - in the event of fire: removal of the hydrogen that escapes when the TPRD (thermal safety valve) is open,
- - Overpressure error in the medium-pressure line: removal of the hydrogen that escapes when the MPRV (pressure relief valve) is open.
Hintergrund für Wärmeleitungselemente von Gehäuse bzw. Einhausung zur TPRD-Erkennungseinheit: die Tanks bzw. Druckbehälter sind durch die Einhausung etwas besser vor dem Brand geschützt. Dies ist auch wünschenswert, weil sie dafür empfindlicher sein können. Gleichzeitig wäre es gut, die Wärme schnell an die TPRD-Erkennungseinheit zu transportieren, damit sie die Druckbehälter rechtzeitig leert.Background for heat conduction elements from the housing or housing to the TPRD detection unit: the tanks or pressure vessels are somewhat better protected against fire by the housing. This is also desirable because they can be more sensitive to it. At the same time, it would be good to quickly transport the heat to the TPRD detection unit so that it empties the pressure vessels in time.
Wenn das Gehäuse bzw. die Einhausung aus Stahl besteht, ist es hilfreich, die Wärmeleitungselemente mit einem guten thermischen Kontakt an das Gehäuse anzubinden und mit einem zweiten guten thermischen Kontakt an die TPRD-Erkennungseinheit anzubinden. Wenn das Gehäuse bzw. die Einhausung innen aus Kunststoff besteht (und außen mit einer Stahlschicht versehen ist), dann wirkt der Kunststoff thermisch isolierend. Hier lohnt es sich lokal, die Stahlschicht nicht aufzubringen, damit im Brandfall der Kunststoff wegschmilzt und das Feuer direkt an die Wärmeleitungselemente einwirkt.If the housing is made of steel, it is helpful to bond the heat conduction elements to the housing with one good thermal contact and to the TPRD detection unit with a second good thermal contact. If the housing or housing is made of plastic on the inside (and has a steel layer on the outside), then the plastic has a thermally insulating effect. Here it is worthwhile locally not to apply the steel layer so that in the event of a fire the plastic melts away and the fire acts directly on the heat conduction elements.
Eine Anforderung bei der technischen Überprüfung ist es, den COPV-Aufkleber einsehen zu können. Dies könnte mit folgenden Elementen erreicht werden:
- - große Serviceklappe,
- - kleine Serviceklappe (zum Beispiel mit Innendurchmesser 6 mm) für Durchführung eines Endoskops,
- - Sichtfenster.
- - large service hatch,
- - small service flap (e.g. with an inner diameter of 6 mm) for passage of an endoscope,
- - viewing window.
Eine Anforderung im Service ist es, die Manual Valves (häufig ein Bestandteil des OTVs) öffnen und schließen zu können. Dies kann mit folgenden Elementen erreicht werden:
- - Serviceklappe,
- - Kraftübertragungselement (zum Beispiel ein Zylinder, der mit einer dynamischen Dichtung im Gehäuse abgedichtet ist und kraftschlüssig an das Manual Valve angeschlossen ist, so dass, wenn man den Zylinder dreht, auch das Manual Valve gedreht und damit geschlossen und geöffnet wird).
- - service hatch,
- - Power transmission element (e.g. a cylinder sealed with a dynamic seal in the housing and frictionally connected to the manual valve, so that when you turn the cylinder, the manual valve is also turned and thus closed and opened).
Hintergrund zum Spülanschluss: Falls das Solenoid-Valve nicht mehr funktioniert, kann das Tanksystem aus dem Fahrzeug ausgebaut und das Gehäuse bzw. die Einhausung geöffnet werden, um Bleed Port oder Bleed Valve für Enttankung zu nutzen. Beim Öffnen des Gehäuses könnte Restwasserstoff austreten und die Sicherheit des Servicepersonals gefährden. Daher wäre ein Spülanschluss hilfreich, um vor dem Öffnen des Gehäuses Stickstoff (oder ein anderes Inertgas) einzuströmen und damit eine nicht brennbare Atmosphäre zu schaffen. Eine Alternative für den Spülanschluss ist es, die Membran der Entgasungseinheit mit einer Lanzette zu durchstechen und darüber Inertgas in das Gehäuse einzuleiten.Background to the flushing connection: If the solenoid valve no longer works, the tank system can be removed from the vehicle and that The housing or the housing can be opened in order to use the bleed port or bleed valve for defuelling. Residual hydrogen could escape when the housing is opened and endanger the safety of the service personnel. Therefore, a purge port would be helpful to allow nitrogen (or other inert gas) to flow in before opening the enclosure to create a non-flammable atmosphere. An alternative for the flushing connection is to pierce the membrane of the degassing unit with a lancet and use it to introduce inert gas into the housing.
Die Schutzwirkung des Gehäuses bzw. die Einhausung im Brandfall lässt sich noch weiter verbessern, indem die Strahlungswärme vom Gehäuse zu den Tanks reduziert wird. Dies ist möglich durch Reduzieren der Emissivität von Gehäuseinnenoberfläche und/oder Tankaußenoberfläche. Dies kann beispielsweise durch Beschichten, Bemalen, Bekleben oder Polieren der Flächen erfolgen. Bei dem Gehäuse wäre vor allem die Behandlung der Oberfläche des Bodens und Deckels von Vorteil.The protective effect of the housing or the enclosure in the event of a fire can be further improved by reducing the heat radiated from the housing to the tanks. This is possible by reducing the emissivity of the inner surface of the housing and/or the outer surface of the tank. This can be done, for example, by coating, painting, gluing or polishing the surfaces. In the case of the housing, the treatment of the surface of the base and lid would be particularly advantageous.
Die hier offenbarte Technologie ist insbesondere für Typ IV-Druckbehälter von Vorteil. Bei Typ I- oder Typ Il-Behältern ist die Permeation typischerweise nicht relevant. Trotzdem kann die hier offenbarte Technologie angewandt werden, wobei beispielsweise eine Entgasungseinheit helfen kann, um die oben beschriebenen Fehlerfälle abzudecken.The technology disclosed herein is particularly advantageous for Type IV pressure vessels. Permeation is typically not relevant for Type I or Type II containers. Nevertheless, the technology disclosed here can be applied, for example a degassing unit can help to cover the error cases described above.
Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigen:
-
1 : eine Druckbehälterbaugruppe, und -
2 : eine Entgasungseinheit.
-
1 : a pressure vessel assembly, and -
2 : a degassing unit.
Die Druckbehälterbaugruppe 10 weist eine Einhausung 20 auf. Diese umgibt einen wasserdicht abgeschlossenen Raum, in welchem sich vorliegend drei Druckbehälter 30 befinden. Die Einhausung 20 weist obenseitig einen Deckel 22 und untenseitig einen Boden 24 auf. Sie weist einen durchgehenden Spülanschluss 21 auf, durch welchen Gas in das Innere der Einhausung 20 geblasen werden kann. Sie weist ferner eine Serviceklappe 26 auf, welche obenseitig angeordnet ist und geöffnet werden kann, um Wartungsarbeiten durchzuführen. Im verschlossenen Zustand ist sie jedoch wasserdicht. Des Weiteren weist die Einhausung 20 untenliegend ein Sichtfenster 28 auf, durch welches einer der Druckbehälter 30 visuell beobachtet werden kann. Dies ermöglicht beispielsweise ein Ablesen einer Kennung oder ein Scannen eines Barcodes.The
Jeder der Druckbehälter 30 weist einen jeweiligen Boss 32 auf. Damit liegt er auf einem Halter 64 auf. Die Druckbehälter 30 haben jeweilige Längsachsen, welche sich parallel zueinander und quer zur Papierebene von
Zwischen den Druckbehältern 30 sind untenseitig jeweilige Verstrebungen 90 angeordnet. Diese erhöhen die Stabilität und dienen vorliegend auch zum Tragen des Halters 64. Bei den Verstrebungen 90 handelt es sich somit um Versteifungselemente.
An der vorliegend linken Seite der Einhausung 20 ist eine Entgasungseinheit 40 ausgebildet. Diese wird weiter unten mit Bezug auf
Des Weiteren ist eine Betankungsleitung 50 ausgebildet, welche durch einen wasserdichten Durchtritt 51 durch die Einhausung 20 hindurchtritt. Die Betankungsleitung 50 geht in eine Rail 59 über, welche mit den Druckbehältern 30 verbunden ist. Die Rail 59 ist über Befestigungsschrauben 65 an dem Halter 64 befestigt. Gegenüberliegend zur Betankungsleitung 50 ist ein Tankabsperrventil 80 angeordnet, welches für alle Druckbehälter 30 gleichzeitig wirkt. Dieses kann gasförmigen Brennstoff aus den Druckbehältern 30 überleiten in eine Entnahmeleitung 60, welche über einen Druckregler 62 mit einer Mitteldruck-Entnahmeleitung 63 verbunden ist, welche wiederum durch einen weiteren Durchtritt 61 durch die Einhausung 20 nach außen geführt wird.Furthermore, a
Des Weiteren ist ein Anschlusskabel 70 vorgesehen, welches ebenfalls durch einen Durchtritt 71 durch die Einhausung 20 hindurchtritt. Dadurch kann das Tankabsperrventil 80 gesteuert werden. Zusätzlich ist zur Betätigung des Tankabsperrventils 80 eine Fernschalteinrichtung 81 vorgesehen, die eine Betätigungseinrichtung 84 aufweist, welche von außerhalb der Einhausung 20 zugänglich ist und beispielsweise mittels eines Sechskantschlüssels oder eines ähnlichen Werkzeugs betätigt werden kann. Die Betätigungseinrichtung 84 ist über eine ebenfalls zur Fernschalteinrichtung 81 gehörende Kraftübertragungseinrichtung 82 mit dem Tankabsperrventil 80 verbunden. Dies erlaubt es, auch bei Ausfall einer elektrischen Betätigung eine manuelle Betätigung des Tankabsperrventils 80 vorzunehmen, ohne dass hierfür ein Eingriff innerhalb der Einhausung 20 erforderlich wäre.Furthermore, a connecting
Innerhalb der Einhausung 20 ist des Weiteren eine thermische Druckentlastungseinrichtung (TPRD = Thermal Pressure Relief Device) 52 ausgebildet. Diese ist an der Rail 59 angeschlossen. Eine Ausblasöffnung 53 ist dabei nach außerhalb der Einhausung 20 geführt, so dass eventuell ausgeblasener gasförmiger Brennstoff nicht in den von der Einhausung 20 umschlossenen Luftraum ausgeleitet wird, sondern unmittelbar nach außerhalb geführt wird. Dadurch wird ein zu starker Druckanstieg innerhalb der Einhausung 20 verhindert.Furthermore, inside the
Die thermische Druckentlastungseinrichtung 52 bläst grundsätzlich gasförmigen Brennstoff ab, wenn die Temperatur zu hoch wird. Um die Ansprechzeit zu verkürzen, sind ein erstes Wärmerohr 54 und ein zweites Wärmerohr 56 vorhanden, welche die thermische Druckentlastungseinrichtung 52 mit dem Deckel 22 bzw. mit dem Boden 24 verbinden. Hierdurch wird eine eventuelle Erwärmung der Einhausung 20 schneller an die thermische Druckentlastungseinrichtung 52 weitergeleitet, so dass diese früher auslösen kann.The thermal
Zur Abdichtung des Gehäuses 42 gegenüber der Einhausung 20 ist eine Dichtung 48 vorgesehen, welche in einer Nut 49 des Gehäuses 42 angeordnet ist. Dies ermöglicht die Herstellung des Gehäuses 42 als separates Bauteil und eine nachträgliche, jedoch flüssigkeitsdichte Befestigung.A
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 Druckbehälter, die/eine Leitung, etc.) so soll gleichzeitig auch deren Mehrzahl mit offenbart sein (z.B. der mindestens eine Druckbehälter, die mindestens eine Leitung, etc.).For reasons of legibility, the expression “at least one” has been partially omitted for the sake of simplicity. If a feature of the technology disclosed here is described in the singular or indefinitely (e.g. the pressure vessel, the line, etc.), the plural should also be disclosed at the same time (e.g. the at least one pressure vessel, the at least one line , Etc.).
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.The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and modifications can be made within the scope of the invention without departing from the scope of the invention and its equivalents.
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Druckbehälterbaugruppepressure vessel assembly
- 2020
- Einhausungenclosure
- 2121
- Spülanschlussflushing connection
- 2222
- Deckellid
- 2424
- Bodenfloor
- 2626
- Serviceklappeservice flap
- 2828
- Sichtfensterviewing window
- 3030
- Druckbehälterpressure vessel
- 3232
- Bossboss
- 4040
- Entgasungseinheitdegassing unit
- 4242
- Gehäusehousing
- 4444
- Membranmembrane
- 4646
- Dorn / ZerstörelementThorn / element of destruction
- 4848
- Dichtungpoetry
- 4949
- Nutgroove
- 5050
- Betankungsleitungrefueling line
- 5151
- Durchtrittpassage
- 5252
- thermische Druckentlastungseinrichtungthermal pressure relief device
- 5353
- Ausblasöffnungexhaust port
- 5454
- Wärmerohrheat pipe
- 5656
- Wärmerohrheat pipe
- 5959
- RailRail
- 6060
- Entnahmeleitungsampling line
- 6161
- Durchtrittpassage
- 6262
- Druckmindererpressure reducer
- 6363
- Mitteldruck-EntnahmeleitungMedium pressure sampling line
- 6464
- Halterungbracket
- 6565
- Befestigungsschraubenmounting screws
- 7070
- Anschlussleitungconnecting cable
- 7171
- Durchtrittpassage
- 8080
- Tankabsperrventiltank shut-off valve
- 8181
- Fernschalteinrichtungremote switching device
- 8282
- Kraftübertragungseinrichtungpower transmission device
- 8484
- Betätigungseinrichtungactuating device
- 9090
- Verstrebungbracing
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- EP 406/2010 [0032]EP 406/2010 [0032]
- DE 102015222252 A1 [0033]DE 102015222252 A1 [0033]
Claims (17)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020123038.9A DE102020123038A1 (en) | 2020-09-03 | 2020-09-03 | pressure vessel assembly |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
DE102020123038.9A DE102020123038A1 (en) | 2020-09-03 | 2020-09-03 | pressure vessel assembly |
Publications (1)
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---|---|
DE102020123038A1 true DE102020123038A1 (en) | 2022-03-03 |
Family
ID=80221415
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102020123038.9A Pending DE102020123038A1 (en) | 2020-09-03 | 2020-09-03 | pressure vessel assembly |
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---|---|
DE (1) | DE102020123038A1 (en) |
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-
2020
- 2020-09-03 DE DE102020123038.9A patent/DE102020123038A1/en active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R079 | Amendment of ipc main class |
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|
R163 | Identified publications notified |