[发明专利]用于车辆应用的集成压力容器

说明书

技术领域

本发明总体涉及将高压存储容器置于车辆结构中的设备和方法，更具体地，涉及将用于存储加压燃料源的容器集成到采用基于燃料电池体系结构作为原动力源的车辆上，从而该容器增加车辆的承载能力。 

背景技术

在典型燃料电池系统中，氢或富含氢的气体可以通过流动路径提供给燃料电池的一侧上的催化电极，而氧气（诸如在大气中的氧气形式）通过单独的流动路径提供给另一个位于燃料电池上其它位置的催化电极。这些电极上的氢元素和氧元素向氢离子和氧离子的电化学转换（分别称为阳极和阴极）允许引导分离的电子通过导电直流（DC）电路以产生有用功。通过燃料电池产生电流的主要特征之一是它们的非污染本质，原因是，伴随使用氢气和氧气反应物的副产品是水蒸气。在被称为质子交换膜（PEM）燃料电池的一种形式的燃料电池中，质子可穿透的膜形式的电解质夹在阳极和阴极之间以产生分层结构，该分层结构通常被称为膜电极组件（MEA）。每个MEA形成单个燃料电池，并且许多这种单个电池可以被组合以形成燃料电池堆，增加其功率输出。多个堆可以连接在一起以进一步增加功率输出。因为其相对简单和稳健的结构以及其非污染本质，所以PEM燃料电池已经显示了用于车辆应用的特别前景。 

但是，对燃料电池车辆的一种挑战是相对传统推进系统增加燃料电池汽车的功率重量比，其中，与燃料电池系统相关联的很多的辅助设备重量是寄生的。一种这样的部件是车载燃料存储系统，特别是当它与氢燃料存储罐相关联时，其中，该车载燃料存储系统的稳健性和相关的重量是由在车辆的整个预期寿命期间在包含氢气或相关燃料（如甲醇或氢前体）加压源的同时又维持罐的完整性的需求决定的，否则即使在正常使用（诸如日常操纵和受到道路的不平整）和极端使用（诸如因意外事故或相关的影响）的情况中都可能损坏罐，车辆或两者。因此需要通过使用已经在运输车辆中存在的这些部件来提供增强的结构刚性。还需要减少与在运输车辆中放置高压燃料存储容器相关的不利后果。 

发明内容

通过本发明满足这些需求，其中，高压燃料存储罐和相关容器可以按照增强车辆刚度的方式连接到车辆。这种集成方式可形成的结构优势可应用于燃料存储系统包括单存储罐或多个存储罐的构造中，特别是，在至少一个容器具有大直径（伴随的高扭转刚度）的构造中。根据本发明的一方面，燃料电池供能车辆的燃料容器组件包括容器和与容器协作的至少一个壳。容器形成具有内部容积的燃料存储箱，并且还包括一个或多个孔，所述孔形成为穿过所述容器以允许根据需要引入和移除燃料。所述壳用作负载传送构件，从而在组件和车辆中的承载结构之间传送源于容器的结构负载（诸如来自燃料的压力负载）以及外部负载（诸如由于通过壳与车辆框架或其他结构部件的连接部施加到壳的负载），以增强车辆结构中的固有承载能力。在目前本文的上下文中，术语“框架”不仅覆盖传统的框架上车身的车辆体系结构，而且包括更新的被称为一体式车身结构的结构变形，后一种构造中传统地由框架扮演的角色通过承载式结构设计由高惯性矩的组成物代替，在承载式结构设计中在更传统的框架上车身的设计中没有被加载的部分（例如，外车身板，车顶等）现在是结构构件。这样，术语“框架”，当其应用于没有单独框架的一体式车身车辆时，覆盖该车辆的这种支撑部分，许多其他部件附接到、设置于该支撑部分上，或者从该支撑部分至少获得它们的承载能力的显著部分。 

任选地，组件还包括一个或多个夹紧环，其围绕一个或多个壳设置，以提供这些壳之间的增强的连接性。在另一选择中，容器、壳和环的部分或全部可以由金属或复合材料制成，诸如纤维增强复合材料。壳可以另外包括单向（UD）纤维、肋、加强筋或相关结构作为补充增强，以对抗弯曲或力的其他引起损坏的模式。在另一形式中，所述组件包括延伸超出所述容器的多个壳（当连接到车辆框架或相关承载结构部件时），以允许所述组件与所述承载结构之间的负载传递。在更具体的形式中，多个壳固定到容器，从而当组件附接到车辆时，附接是沿车辆的大体垂直轴线形成的。在一个具体形式中，多个壳绕容器的大体圆柱形外围设置。在包括位于容器的每个纵向端部的两个壳的情况下，两个壳将彼此大体径向相对。在另一选择中，容器限定具有至少一个被形成为圆顶的端部的大体圆柱形结构。圆顶周围的锥形区域可以允许在圆顶与壳之间形成渐进斜坡连接。在一种形式中，可以由相继的更大量复合层或其他材料堆积制成这种渐进连接。