具有压力容器结构组的压力容器系统的制作方法

背景技术：

1、由现有技术已知用于机动车的、具有用于存储燃料的压力容器结构组的压力容器系统。力图将机动车的燃料存储器在地板区域中设置在乘客舱之下。安装空间为此需要新的压力容器系统，其提供较多的较小的压力容器，而不是较少的较大的压力容器。在此，目的是：在现有的安装空间中安置尽可能多的燃料，且这不会明显不利地影响成本、重量或其它设计参数。这种设计方案原则上由以下文献公开：de102018215447b3、de102018210699a1、us2006102398aa、de102018116090a1、de102018119087a1、de102018000756a1、de102017004902a1和ep3441253a1。

技术实现思路

1、本文公开的技术的优选任务是：减少或消除已知解决方案的至少一个缺点或提出一种备选解决方案。本文公开的技术的优选任务尤其是提供一种成本有利、重量轻和/或符合安装空间的存储方案，此外还进一步改善安全性。其它优选任务可以从本文公开的技术的有利效果得出。所述任务通过权利要求1的技术方案解决。从属权利要求构成优选的设计方案。

2、本文公开的技术涉及一种用于机动车(如轿车、摩托车、商用车)的压力容器系统。所述压力容器系统用于存储在环境条件下为气态的燃料。压力容器系统例如可以用于借助压缩天然气(也称为compressed natural gas或cng)或液化天然气(也称为liquidnatural gas或lng)或氢气运行的机动车中。压力容器系统与至少一个能量转换器流体连接，该能量转换器设置用于将燃料的化学能转换成其它能量形式。能量转换器例如可以是内燃机或燃料电池系统或者说燃料电池堆。

3、这种压力容器系统包括多个压力容器，优选复合外包装压力容器。这些压力容器例如可以是高压气体容器。高压气体容器构造用于在环境温度下永久存储处于至少350barü(＝相对于大气压力的超压)或至少700barü的标称工作压力(也称为nominal workingpressure或nwp)下的燃料。低温压力容器适于在上面提到的工作压力下在比机动车的工作温度低得多(例如超过50开尔文或超过100开尔文)的温度下存储燃料。

4、机动车可以包括多个压力容器。优选压力容器结构组(也称为“容器组件”)可以具有压力容器以及永久地与压力容器连接的支承元件、固定元件和/或保护元件(例如保护罩、屏蔽物、阻挡层、覆盖物、涂层、缠绕物等)。所述支承元件、固定元件和/或保护元件适宜地只能暂时地且优选只能由专业人员拆卸和/或不能无损地拆卸。这种压力容器结构组特别适合于扁平的安装空间，尤其是在地板下区域中在车辆内部空间之下。优选压力容器结构组包括多于3个或多于5个或多于7个或多于10个压力容器。压力容器可以在机动车中的安装位置中沿车辆横向方向或沿车辆纵向方向定向。

5、压力容器可以具有圆形或椭圆形的横截面。各个压力容器可以构造为存储管。例如可以设置多个压力容器，它们的纵向轴线在安装位置中彼此平行延伸。各个压力容器可以分别具有5至200之间、优选7至100之间和特别优选9至50之间的值的长度直径比。所述长度直径比是分子为各个压力容器的总长度(例如没有流体连接元件的存储管的总长度)与分母为压力容器的最大外径的商。各个压力容器例如可以直接彼此相邻地设置，例如以彼此间小于20cm或小于15cm或小于10cm或小于5cm的距离设置。

6、所述多个压力容器通过一个共同的燃料管路相互流体连接。该燃料管路通常设置在(高压)减压器的上游。适宜地，燃料管路构造用于承受与连接到燃料汇流排(brennstoffleiste)上的压力容器基本上相同的压力。压力容器结构组的各个压力容器通过所述燃料管路或者说燃料汇流排直接相互流体连接，从而各个压力容器根据连通管的原理基本上在符合规定的状态中具有相同的压力。

7、燃料管路优选可以构造为燃料汇流排。燃料汇流排也可以称为高压燃料汇流排。原则上，这种燃料汇流排可以类似于内燃机的高压喷油汇流排设计。优选单个管或单个块体或单个壳体形成燃料汇流排。适宜地，燃料汇流排包括多个用于直接连接压力容器的汇流排接口。有利的是，各个汇流排接口直接设置在汇流排壳体或块体或管上和/或彼此间具有相同的距离。这种燃料汇流排例如在申请号为de102020128607.4和de102020123037.0的德国专利申请中公开，其关于燃料汇流排(也称为分配管或燃料轨)的设计方案和压力容器的连接的内容在此通过引用而一同纳入本文中。燃料汇流排可以构造成基本上抗弯的。在此情况下，“抗弯”意味着燃料汇流排对于弯曲是刚性的或在燃料汇流排的符合功能的使用中仅出现对于功能不易察觉且不显著的弯曲。在一种备选设计方案中，燃料汇流排构造成，使得燃料汇流排能够补偿压力容器的位置变化，并且尤其是压力容器的连接件的位置变化。位置变化是压力容器(在运行中、在制造期间、在维护期间或其它情况下)的实际位置与在设计时假定的目标位置之间的偏差。位置变化例如通过构件(如压力容器)基于内部压力变化和/或温度变化的膨胀产生。此外，基于制造公差也会出现位置变化(位置偏差)。燃料汇流排可以设置用于，能够实现垂直于压力容器系统的压力容器纵向轴线进行公差补偿。有利的是，燃料管路或者说燃料汇流排以及通常下文描述的截止阀也是压力容器结构组的组成部分。压力容器到燃料管路的连接或者说压力容器的近端例如可以如在下述文献之一中公开的那样设计：de102018118397a1、ep3346178a1、ep3346179a1、de102018101300a1、jp2020128784a2、jp2019032034a2，其关于近端和必要时燃料管路的设计方案的内容在此通过引用而一同纳入本文中。

8、在燃料管路的每个端部上或与燃料管路的每个端部直接相邻地可以分别设有至少一个能热激活的卸压装置。与端部相邻在此包括tprd的以最大0.1x l的距离的布置结构，其中l是燃料汇流排的总长度。能热激活的卸压装置(也被称为热压力释放装置(＝tprd)或热保险装置)通常与压力容器相邻地设置。在热作用(例如通过火焰)下，压力容器中存储的燃料通过tprd排出到周围环境中。一旦超过tprd的触发温度(＝被热激活)，卸压装置就排出燃料。此外，可以设置触发管路。这种用于热卸压的系统例如在公开号为de102015222252a1的德国专利申请中示出。因此，已经可以有利地提早检测到局部火灾。

9、适宜地，在压力容器的相对于燃料管路的远端上设有能热激活的卸压装置。有利的是，可以仅在外部压力容器的远端上设置能热激活的卸压装置。因此，有利的是可以简单地检测到局部热源，而无需在每个压力容器端部上都设置能热激活的卸压装置，从而减少制造耗费、制造成本和密封部位的数量。

10、在一种优选设计方案中，卸压装置设置在单独的壳体中，这些壳体除了卸压装置之外还包括其它功能构件、如传感器和/或阀。例如卸压装置可以设置在本文公开的截止阀的壳体中。至少一个卸压装置可以包括壳体，在该壳体中或该壳体上附加地设有温度传感器，尤其是在远端上。因此，可以简化安装并且减少待密封接口的数量。

11、在压力容器结构组上或燃料管路上可以设置能电操作且无电流关闭的截止阀，该截止阀设置用于切断压力容器结构组或燃料汇流排与通到能量转换器的燃料供应设备的其余燃料输送管路的连接。该截止阀具有传统压力容器的储罐上阀的功能。适宜地，设置仅一个无电流关闭的截止阀。该截止阀例如可以直接拧紧或拧入到压力容器结构组上。所述(共同的)截止阀是第一阀，其设置在连接到共同的燃料管路上的压力容器之中的每个压力容器下游。管破裂保险装置，也称为溢流阀(英文为excess flow valve)可以设置在每个压力容器上、在燃料管路上或所述截止阀的壳体中。适宜地，压力容器结构组的压力容器作为连通管在没有其它能电操作的截止阀的情况下设置在所述截止阀的一个连接侧上，并且燃料供应设备的其余部分连同能量转换器在内(通常是燃料电池系统的阳极子系统的其余部件)设置在另一连接侧上。优选在罐截止阀的壳体中还设有溢流阀和/或能热激活的卸压装置。

12、此外，压力容器系统可以包括用于存储燃料的至少一个另外的压力容器。所述至少一个另外的压力容器可以具有燃料存储容积，该燃料存储容积是压力容器结构组的最大压力容器的燃料存储容积至少2倍或至少3倍或至少5倍。如果结构组的所有压力容器具有相同的燃料存储容积，则应使用该燃料存储容积。优选所述至少一个另外的压力容器设置在座椅、尤其是后排长椅之下或之后。因此，可以在机动车中存储特别多的燃料。

13、在一种优选设计方案中，容积比具有在0.15至1.0之间的值或在0.2至0.75之间的值或在0.25至0.5之间的值。容积比是分子为所述至少一个另外的压力容器的燃料体积与分母为压力容器结构组的所有压力容器的总燃料体积的商。模拟和实验已表明，在这些容积比的范围内，在提取时在压力容器结构组和所述另外的压力容器之间发生可以忽略不计地小的溢流过程并且同时可以在车辆中存储多的燃料。

14、压力容器系统还可以包括至少一个底部底架，该底部底架可从下方安装到车辆车身上。压力容器结构组和底部底架可以构造成，使得压力容器结构组可从上方插入或者说安装到底部底架中，其中，底部底架和压力容器结构组的单元可从下方安装到车辆车身上。这简化了压力容器系统的安装和拆卸。此外，压力容器系统因此受到良好保护以免受天气影响和其它环境影响。

15、适宜地，压力容器的相对于燃料管路的近端构造为固定支承件。此外有利的是，压力容器的相对于燃料管路的远端构造为活动支承件。有利的是，压力容器的端部通过共同的保持元件(例如横杆)相互连接。在一种设计方案中，这些共同的保持元件可以设置在远端上，使得整个保持元件相对于固定支承件运动，以便补偿可能的长度伸展。在另一种设计方案中，所述活动支承件构造成，i)每个压力容器或ii)仅一些压力容器作为子组一起构造成可相对于固定支承件移动。例如固定支承件-活动支承件原理可以如在文献us2019047409aa中或在申请号为de102021102694.6的德国专利申请中那样实现，其关于活动支承件构造的内容在此通过引用而一同纳入本文中。

16、因此，可以有利地以简单的方式补偿由燃料内部压力引起的长度变化。

17、有利的是，压力容器在安装位置中基本上设置在各门槛之间。备选或附加地，底部底架可以在侧面包括吸收能量的、优选具有桁架结构的碰撞变形结构，所述碰撞变形结构设置用于在碰撞情况下至少减少传递到压力容器结构组上的冲击能量。

18、在一种优选设计方案中，底部底架在底壁中包括支杆，如其例如在ep3667151a1或申请号为de102020128607.4和de102020123037.0的德国专利申请中公开，其关于支杆(在那里称为“支撑件”或“固定元件”)的设计方案和压力容器的连接的内容在此通过引用而一同纳入本文中。

19、电能量存储装置是用于存储电能的装置，尤其是为了驱动至少一个电(牵引)驱动机器。能量存储装置包括至少一个单电池，所述单电池构成电化学能量存储单体。通常设置有多个单电池。例如能量存储装置可以是高压存储器或者说高压电池。

20、底部底架可以构造用于容纳压力容器结构组以及至少一个电能量存储装置和所述至少一个另外的压力容器，使得压力容器结构组、电能量存储装置和所述压力容器可与底部底架共同安装到机动车上。

21、换言之，本文公开的技术涉及一种储罐系统(＝压力容器系统)，其具有例如6个扁平储罐(＝压力容器)和一个后排座储罐(＝另外的储罐)。分配块阀(verteilerblockventil)(＝截止阀连同壳体，参见图2)与燃料轨(＝燃料汇流排)连接并且包括可手动关闭的阀、tprd、朝向燃料轨打开的止回阀连同上游的过滤器以及在流体上与止回阀并联的溢流阀和排气阀。在燃料轨的另一端部上，分配块防火装置与燃料轨连接并且包括一个tprd作为子部件(参见图3)。

22、在扁平储罐的远端上各一个储罐端塞分别拧入最外部的扁平储罐中。储罐端塞可以包括tprd连同排气管路和包括温度传感器作为子部件。

23、因此，有利地在扁平存储模块(＝压力容器结构组)的所有四个角中设有tprd。因此，能够还更快地识别点状热源。适宜地，每个被激活的tprd都能够快速地让扁平存储模块的全部燃料成分流出到周围环境中。在试验和模拟中已经发现，本文公开的压力容器结构组内的温度发展在加充和提取时相对相似并且因此一个或两个温度传感器已经足以检测压力容器结构组内的温度。

24、在另一种设计方案中可以规定，压力容器结构组具有仅一个温度传感器。所述仅一个温度传感器可以优选设置在截止阀的壳体中或上或与截止阀的壳体相邻地设置。在一种备选的设计方案中可以规定，所述传感器设置在燃料管路的与截止阀的端部相对的端部上或与该端部相邻地设置。这具有降低制造成本的优点。此外，用于设置在压力容器远端上的tprd的接口可以因此更小，因为这些接口仅具有tprd而不附加地还具有温度传感器。总体上，这对于安装空间的使用具有有利影响。此外，也无需将电导线铺设到压力容器的远端。适宜地，这样集成温度传感器，使得温度传感器不仅设置用于在加充期间检测温度而且也在提取时检测温度。如果仅设置压力容器结构组而没有另外的压力容器(例如后排座储罐)，则压力传感器也可以从减压单元转移到截止阀的壳体中。有利的是，这样设置压力传感器，使得它设置在燃料管路与截止阀之间。因此，在截止阀关闭时也可以实施压力测量。

25、缺少的关于储罐中的温度的信息尤其是可以通过以下方式进行替代：

26、-在加充运行模式中，可以借助数学模型计算压力容器中的储罐温度。输入信号是燃料管路中在截止阀之前测得的压力和测得的温度。在加充结束时，压力容器冷却并且压力降低。在一种优选设计方案中，可以通过压降检查所确定的温度是否可信。

27、-在行驶(或者更确切地说提取)运行模式中，在h2质量流量为例如1kg/h以上时，可以借助截止阀处的温度传感器来测量储罐温度。

28、-在停放(或者更确切地存储)运行模式中，优选可以放弃测量储罐温度。

29、除了迄今提到的改进措施之外，在一种变型方案中，可以提供压力容器的膨胀信号。所述信号可以来自对长度、直径、周长或容积变化的测量并且作为输入信号被发送到储罐控制器。由此可以于是确定压力容器中的压力。

30、在另一种设计方案中，所述仅一个温度传感器设置在压力容器结构组的压力容器之一的远端上。

31、因此，适宜地，可以在压力容器结构组上或压力容器结构组中设置仅一个温度传感器，所述仅一个温度传感器优选i)设置在燃料管路的端部之一上或与该端部相邻地设置，或ii)设置在一个压力容器的远端上。