DE102006019014A1

DE102006019014A1 - Storage module for vehicle, has hollow section for storage of fuel, where module forms supporting unit of vehicle body or frame structure of vehicle and is connected with another supporting unit of vehicle

Info

Publication number: DE102006019014A1
Application number: DE102006019014A
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl.-Ing. Wiel; Matthias Dipl.-Ing. Breitkopf
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2006-04-20
Filing date: 2006-04-20
Publication date: 2007-10-25

Abstract

The module has a hollow section (3) for storage of the compressed fuel and formed with a pressure tank (1), where the module forms a supporting unit of a vehicle body or a frame structure of the vehicle and is connected with another supporting unit of the vehicle. The tank is coated with a fiber-reinforced polymer (2), where reinforcement and/or connection section units (5) are arranged at the tank. The contour of the section units is adjusted to outer and/or inner contours of the tank.

Description

Die Erfindung betrifft Speichermodule für komprimierte fluidische Kraftstoffe, die an Fahrzeugen, insbesondere an den verschiedensten Straßenfahrzeugen eingesetzt werden können. Die gespeicherten fluidischen Kraftstoffe sind dabei bevorzugt sehr hoch komprimiert, wie dies bei gasförmigen Kraftstoffen, wegen der gegenüber flüssigen Kraftstoffen reduzierten Energiedichte gewünscht ist.The This invention relates to storage modules for compressed fluid fuels, on vehicles, especially on a variety of road vehicles can be used. The stored fluid fuels are preferably very highly compressed, as with gaseous fuels, because of opposite liquid Fuels reduced energy density is desired.

Bei Fahrzeugen deren Antrieb mittels Brennstoffzellen, Hybridantrieben oder Fahrzeugen, bei denen für den Antrieb Wasserstoff oder ein anderes Gas in Verbrennungskraftmaschinen, eingesetzt wird, kann die Erfindung besonders vorteilhaft eingesetzt werden.at Vehicles powered by fuel cells, hybrid drives or vehicles where the drive hydrogen or another gas in internal combustion engines, is used, the invention can be used particularly advantageously become.

Solche Kraftstoffspeicher, in denen komprimiertes Gas in flüssiger Phase oder in Metallhydridspeicherelementen enthalten ist, werden bisher als separate Bau teile an Fahrzeugen montiert. Dabei erfolgt die Anbringung an mehr oder weniger störenden Orten, die das nutzbare Volumen möglichst nicht über die Maßen reduziert. Hierbei müssen jedoch Kompromisse eingegangen werden, da auch Sicherheitsaspekte Berücksichtigung finden sollen.Such Fuel storage in which compressed gas in the liquid phase or contained in metal hydride storage elements are hitherto as separate construction parts mounted on vehicles. In doing so, the Attachment to more or less disturbing places that the usable Volume as possible no over the crowds reduced. Here you have to However, compromises are made, as are safety aspects consideration should find.

Solche Druckbehälter aus Verbundwerkstoffen, in im Wesentlichen rotationssymmetrischer Ausbildung, sind aus DE 43 00 484 C1 bekannt. Die Druckbehälter verfügen dabei zumindest bereichsweise über eine Versteifungsstruktur, um deren Eigenmasse zu reduzieren.Such pressure vessels made of composite materials, in substantially rotationally symmetrical design, are made DE 43 00 484 C1 known. The pressure vessels have at least partially over a stiffening structure to reduce their own mass.

Eine Vorrichtung zur Stabilisierung oder Versteifung von Hohlkörpern oder Tragelementen ist aus DE 196 38 891 A1 bekannt. Diese sollen mit einem Medium, wie z.B. Helium, das leichter als Luft ist, gefüllt sein.A device for stabilizing or stiffening hollow bodies or supporting elements is made DE 196 38 891 A1 known. These should be filled with a medium, such as helium, which is lighter than air.

Aus DE 102 17 247 A1 ist ein Drucktank zur Aufnahme eines unter Druck stehenden Fluids mit einer Mehrzahl von Aufnahmekammern bekannt. Dadurch sollen die Stabilität und die Volumeneffektivität erhöht werden. Es wird darin vorgeschlagen Zuganker in Zwischenräumen vorzusehen.Out DE 102 17 247 A1 a pressure tank for receiving a pressurized fluid having a plurality of receiving chambers is known. This should increase the stability and the volume effectiveness. It is proposed to provide tie rods in spaces.

Keine dieser Lösungen geht auf konstruktive Erfordernisse beim Fahrzeugbau und den mobilen Einsatz ein.None of these solutions goes to constructive requirements in vehicle construction and mobile use one.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung die Speicherung von komprimierten fluidischen Kraftstoffen besser an die Anforderungen beim mobilen Einsatz in Fahrzeugen anzupassen.It is therefore an object of the invention, the storage of compressed fluidic fuels better meet the requirements of the mobile Use in vehicles adapt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit Speichermodulen, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweisen, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildun gen der Erfindung können mit in den untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.According to the invention this Task with memory modules having the features of claim 1, solved. Advantageous embodiments and Weiterbildun conditions of the invention can with in the subordinate claims designated characteristics can be achieved.

Bei erfindungsgemäßen Speichermodulen ist komprimierter, bevorzugt hoch komprimierter fluidischer Kraftstoff innerhalb eines Hohlraums temporär gespeichert. Über mindestens einen Anschluss kann er mit Kraftstoff gefüllt und geleert werden. Das Speichermodul ist dabei als tragendes Element einer Fahrzeugkarosserie (selbsttragende Bauweise ohne Rahmen) oder einer Rahmenstruktur eines Fahrzeugs ausgebildet und mit weiteren tragenden Elementen des jeweiligen Fahrzeugs verbunden.at inventive memory modules compressed, preferably highly compressed fluidic fuel temporarily within a cavity saved. about he can fill at least one port with fuel and be emptied. The memory module is as a supporting element a vehicle body (self-supporting construction without frame) or a frame structure of a vehicle formed and with others connected to supporting elements of the respective vehicle.

Vorteilhaft kann es in Verbundbauweise mit mindestens zwei unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt werden. So kann ein bevorzugt metallischer Druckbehälter oder ein geeigneter Kunststoffbehälter den Kraftstoff aufnehmen, der außen mit einem faserverstärktem Polymer beschichtet oder von einer solchen Umhüllung umschlossen oder umgeben ist.Advantageous It can be composite with at least two different ones Materials are produced. Thus, a preferred metallic pressure vessel or a suitable plastic container the Take up fuel, the outside with a fiber reinforced Polymer coated or enclosed or surrounded by such a sheath is.

Dabei besteht die Möglichkeit einer gezielten Ausrichtung der jeweiligen Fasern, unter Berücksichtigung der erforderlichen Festigkeit im jeweiligen Bereich eines Speichermoduls, die den lokalen Belastungen Rechnung tragen kann.there it is possible a targeted alignment of the respective fibers, taking into account the required strength in the respective area of a memory module, which can take the local burdens into account.

Im faserverstärkten Polymer können dann Verbindungs- und/oder Befestigungselemente eingebettet sein, so dass große Volumina und Flächen zur Aufnahme und Übertragung von Kräften oder Momenten zu Verfügung stehen. Dadurch kann unter anderem auch die jeweilige Flächenpressung reduziert werden.in the fiber reinforced Polymer can then connection and / or Fasteners be embedded, allowing large volumes and surfaces for recording and transmission of forces or moments available stand. As a result, among other things, the respective surface pressure be reduced.

Es können aber auch an oder in Druckbehältern Verstärkungs- sowie Verbindungsprofilelemente angeordnet sein. Verstärkungsprofilelemente können in kritischen Bereichen zur Erhöhung der lokalen Festigkeit angebracht oder ausgebildet sein. Verbindungsprofilelemente können für eine Verbindung mit weiteren Speichermodulen oder auch anderen tragenden Elementen einer Fahrzeugkarosserie oder eines Fahrzeugrahmens genutzt werden. Auch bei diesen Elementen kann durch geeignete Gestaltung und Dimensionierung die Einleitung von Kräften und Momenten vorteilhaft beeinflusst werden, so dass die Gefahr einer Beschädigung von Speichermodulen bei höheren wirkenden Kräften und Momenten reduziert und außerdem die tragenden Eigenschaften am Fahrzeug eines Speichermoduls verbessert werden können.It can but also on or in pressure vessels and connecting profile elements may be arranged. Reinforcement profile elements can in critical areas to increase be attached to the local strength or trained. Connecting profile elements can for one Connection with further memory modules or other supporting ones Used elements of a vehicle body or a vehicle frame become. Even with these elements can by suitable design and Sizing the introduction of forces and moments advantageous be influenced, so that the risk of damage Memory modules at higher acting forces and moments reduced and moreover improves the load-bearing properties on the vehicle of a storage module can be.

Verstärkungs-, Befestigungs-, Verbindungsprofilelemente oder auch Verbindungselemente können dabei vorteilhaft in einem flächigen Kontakt mit dem Druckbehälter stehen. Dabei kann auch ihre Kontur an die Außen und/oder Innenkontur des Druckbehälters angepasst sein.Reinforcement, fastening, connecting profile elements or connecting elements can advantageously be in surface contact with the pressure vessel. In this case, their contour to the outer and / or inner contour of the Be adapted pressure vessel.

An einem Fahrzeug können auch mehrere Speichermodule vorhanden sein, so dass das mitführbare Kraftstoffvolumen vergrößert werden kann. Diese können über ihre Anschlüsse dann wieder miteinander verbunden sein. Dadurch kann eine gleichmäßige Befüllung oder Entleerung erreicht werden. Dies führt dazu, dass beispielsweise eine Verschiebung des Fahrzeugschwerpunktes, die die fahrdynamischen Eigenschaften erheblich verändern würde, vermieden werden kann. Dies trifft insbesondere auf symmetrische Anordnungen mehrerer Speichermodule an einem Fahrzeug zu. Dabei können Speichermodule symmetrisch zur Fahrzeuglängsachse und/oder Querachse angeordnet sein. Sie sollten dann auch möglichst in zumindest annähernd gleichen Abständen zur jeweiligen Achse angeordnet sein.At a vehicle can also several memory modules be present, so that the entrained fuel volume be enlarged can. These can be over theirs connections then be connected again. This can be a uniform filling or Emptying be achieved. This causes, for example a shift of the vehicle's center of gravity, which is the dynamic driving Change properties significantly would, avoided can be. This applies in particular to symmetrical arrangements multiple memory modules on a vehicle. It can memory modules symmetrical to the vehicle longitudinal axis and / or Be arranged transverse axis. You should then as possible in at least approximately equal distances be arranged to the respective axis.

An erfindungsgemäßen Speichermodulen sollten vorteilhaft auch eine Isolationsschicht oder Isolationselemente mit dämmender Wirkung vorhanden sein. Diese können beispielsweise zwischen Druckbehälter und faserverstärktem Polymer auf dem und/oder innerhalb des faserverstärkten Polymers angeordnet sein. So kann eine Wärme- und auch Schalldämmung erreicht werden. Erstgenannter Effekt wirkt sich bei hoch komprimierten verflüssigten Gasen als Kraftstoff vorteilhaft aus.At Memory modules according to the invention should advantageously also an insulation layer or insulation elements with insulating Effect be present. these can for example, between pressure vessels and fiber reinforced Polymer on and / or within the fiber reinforced polymer be arranged. Thus, a heat and also soundproofing be achieved. The first effect affects high-compression liquefied Gas as fuel advantageous.

Ein Innendruck des Druckbehälters von mindestens 10 bar wirkt sich ebenfalls für eine Festigkeitserhöhung von erfindungsgemäßen Speichermodulen vorteilhaft aus.One Internal pressure of the pressure vessel of at least 10 bar also affects an increase in strength of Inventive memory modules advantageous.

Für die Gestaltung und in Grenzen auch für die Dimensionierung besteht ein Spielraum, so dass eine Anpassung an die fahrzeugspezifischen Erfordernisse vorhanden ist. So können die äußere und innere Geometrie und/oder Kontur entsprechend gewählt werden. Es können unsymmetrische und/oder nicht rotationssymmetrische Gestaltungen eines gesamten Speichermoduls oder auch nur in Bereichen eines Speichermoduls gewählt werden.For the design and within limits for the Sizing leaves a margin, allowing for adaptation the vehicle-specific requirements is present. So can the outer and inner geometry and / or contour are selected accordingly. It can unbalanced and / or non-rotationally symmetric designs an entire memory module or even only in areas of a memory module chosen become.

Durch eine Anpassung lokal differenzierter Wandstärken, beispielsweise von Druckbehälter und/oder faserverstärktem Polymer, kann ebenfalls Einfluss auf die jeweils erforderliche Festigkeit genommen werden.By an adaptation of locally differentiated wall thicknesses, for example of pressure vessels and / or fiber reinforced Polymer, can also influence the required strength be taken.

Die Anordnung erfindungsgemäßer Speichermodule an einem Fahrzeug kann in Bereichen erfolgen, die übli cherweise bisher einer solchen Nutzung verschlossen waren. Dies können Trenn-, Seitenwände, der Dach- und/oder Bodenbereich eines Fahrzeugs sein. Dabei kann auch das Gefährdungspotential bei Unfällen durch geeignete Orte der Anbringung reduziert werden.The Arrangement of inventive memory modules on a vehicle can be done in areas that are usually previously closed such use. These can be separating, Side walls, the roof and / or Floor area of a vehicle. This can also be the hazard potential at accidents be reduced by suitable locations of attachment.

Mit der Erfindung kann eine verbesserte Raumausnutzung und eine Gesamtfahrzeugmassereduzierung erreicht werden. Dies ist durch die Integration in die tragende Fahrzeugstruktur möglich. Gegenüber herkömmlichen Kraftstoffspeichern für komprimierte Kraftstoffe kann auf zusätzliche, die Festigkeit von Kraftstoffspeichern erhöhende Elemente, zu deren Versteifung, verzichtet werden.With The invention can provide improved space utilization and overall vehicle mass reduction be achieved. This is due to the integration in the supporting Vehicle structure possible. Compared to conventional Fuel storage for compressed Fuels can rely on additional, the strength of fuel storage increasing elements, to their stiffening, be waived.

Es ist keine zusätzliche Montage erforderlich. Außerdem kann eine Anbringung außerhalb des eigentlichen Karosseriebereiches, beispielsweise auf einem Dach oder unterhalb eines Fahrzeuges, vermieden werden.It is no additional Assembly required. Furthermore Can be an attachment outside the actual body area, for example on a roof or below a vehicle.

So können zumindest auch die Herstellungskosten von Fahrzeugen günstig beeinflusst werden.So can At least the manufacturing cost of vehicles favorably influenced become.

Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.following the invention will be explained in more detail by way of example.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 in schematischer Form einen Schnitt durch ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Speichermoduls und 1 in schematic form a section through an example of a memory module according to the invention and

2 ein Niederflurfahrzeug mit im Dachbereich angeordneten Speichermodulen. 2 a low-floor vehicle with arranged in the roof area memory modules.

In 1 sind zwei miteinander verbundene Speicher module, als tragende Elemente eines Fahrzeugs dargestellt. Dabei ist jeweils ein hohler Druckbehälter 1 aus Aluminium vorgesehen, der außen mit faserverstärktem Polymer 2 beschichtet ist. An der in der Darstellung vorderen und hinteren Stirnseite eines Speichermoduls sind unten Befestigungselemente 4 vorhanden, die flächig mit entsprechend angepasster Oberflächenkontur an die Gestaltung des Druckbehälters 1 angepasst sind. Mit den Befestigungselementen 4 können Speichermodule miteinander aber auch mit anderen tragenden Elementen eines Fahrzeugs verbunden werden.In 1 are two interconnected memory modules, shown as bearing elements of a vehicle. Each is a hollow pressure vessel 1 made of aluminum, the outside with fiber-reinforced polymer 2 is coated. At the front and rear end of a memory module in the representation below are fasteners 4 existing, the area with appropriately adapted surface contour to the design of the pressure vessel 1 are adjusted. With the fasteners 4 For example, memory modules can also be connected to other supporting elements of a vehicle.

Letzteres können beispielsweise Hohlprofile 3 einer Fahrzeugwand sein. Es können aber auch Verbindungshohlprofile 5 sein. Mit denen auch die Verbindung zweier Speichermodule, wie in 1 gezeigt, möglich ist. Mit den Hohlprofilen 3 und Verbindungshohlprofilen 5 kann die Integration in die tragende Struktur von Fahrzeugen und an die jeweiligen lokalen Gegebenheiten erreicht werden.The latter can, for example, hollow sections 3 to be a vehicle wall. But it can also be hollow connection profiles 5 be. With which also the connection of two memory modules, as in 1 shown is possible. With the hollow sections 3 and connecting hollow profiles 5 Integration into the load-bearing structure of vehicles and local conditions can be achieved.

Mit 2 soll auch verdeutlicht werden, wie mit der Erfindung das Verhältnis Nutzvolumen/Fahrzeugvolumen verbessert werden kann. Hier ist ein Niederflurfahrzeug für den Öffentlichen Nahverkehr gezeigt, bei dem im Dachbereich insgesamt zwölf Speichermodule vorgesehen sind. Diese sind in zwei Reihen parallel zur Fahrzeuglängsachse angeordnet. Sie können, wie im allgemeinen Teil der Beschreibung angesprochen, über Verbindungsleitungen miteinander verbunden sein.With 2 should also be clarified, as with the invention, the ratio of useful volume / vehicle volume can be improved. Here, a low-floor vehicle for public transport is shown, in the roof area a total of twelve memory modules are provided. These are arranged in two rows parallel to the vehicle's longitudinal axis. They can, as mentioned in the general part of the description, be connected to each other via connecting lines.

Die Einleitung von Kräften und Momenten kann ausgehend von den Seitenwänden eines Fahrzeugs über Hohlprofile erfolgen. Solche Hohlprofile 3 oder Verbin dungshohlprofile 5 können analog oder ähnlich, wie die in 1 gezeigten, ausgebildet und mit Speichermodulen verbunden sein.The introduction of forces and moments can be done from the side walls of a vehicle via hollow sections. Such hollow profiles 3 or connec tion hollow profiles 5 can be analog or similar, like those in 1 shown, trained and connected to memory modules.

Claims

A storage module for compressed fluidic fuels in which compressed fuel is temporarily stored within a cavity and can be filled and emptied via at least one port, characterized in that the storage module forms a supporting element of a vehicle body or a frame structure of a vehicle and with further supporting Connected to elements of a vehicle.

Memory module according to claim 1, characterized that a memory module in composite construction with at least two materials is made.

Memory module according to claim 1 or 2, that at least one cavity for storing compressed fuel with a pressure vessel ( 1 ) coated with a fiber-reinforced polymer ( 2 ) is formed.

Memory module according to one of the preceding claims, characterized in that connection and / or fastening elements ( 4 ) are embedded in the fiber-reinforced polymer.

Memory module according to one of the preceding claims, characterized in that on and / or in a pressure vessel ( 1 ) Reinforcing and / or connecting profile elements ( 5 ) are arranged.

Memory module according to one of the preceding claims, characterized in that reinforcing, connecting profile elements ( 5 ), Connecting and / or fastening elements ( 4 ) in surface contact with the pressure vessel ( 1 ) stand.

Memory module according to one of the preceding claims, characterized in that the contour of reinforcing, connecting profile elements ( 5 ), Connecting and / or fastening elements ( 4 ) to the outer and / or inner contour of the pressure vessel ( 1 ) is adjusted.

Memory module according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of memory modules are present on a vehicle.

Memory module according to one of the preceding claims, characterized characterized in that connections several memory modules are interconnected.

Memory module according to one of the preceding claims, characterized characterized in that at least two memory modules are symmetrical in relation to the longitudinal and / or transverse axis of a vehicle are arranged.

Memory module according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure vessel ( 1 ), between pressure vessels ( 1 ) and fiber-reinforced polymer ( 2 ) on and / or within the fiber-reinforced polymer ( 2 ) an insulation layer or insulation elements is / are arranged.

Memory module according to one of the preceding claims, characterized characterized in that it is in at least separating, sidewall in the soil and / or roof area of a vehicle is arranged.

Memory module according to one of the preceding claims, characterized in that an internal pressure in the pressure vessel ( 1 ) of at least 10 bar is maintained.

Memory module according to one of the preceding claims, characterized characterized in that its outer and / or inner geometry / contour at least partially unbalanced and / or is not rotationally symmetrical.

Memory module according to one of the preceding claims, characterized in that pressure vessels ( 1 ) and / or fiber-reinforced polymer ( 2 ) has / have varying wall thicknesses.