[发明专利]在线检测加压气体存储系统中的衬套屈曲的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于燃料电池驱动的车辆的检测衬套屈曲的气体存储系统。

背景技术

在很多应用中使用燃料电池作为电功率源。特别是，提出将燃料电池用于汽车中从而取代内燃发动机。通常所使用的燃料电池设计使用固态聚合物电解质(“SPE”)膜或者质子交换膜(“PEEM”)，以提供阳极和阴极之间的离子迁移。在质子交换膜类型的燃料电池中，将氢气作为燃料提供给阳极，并且将氧气作为氧化剂提供给阴极。氧气可以是纯净状态(O₂)或者是空气(O₂和N₂的混合物)。通常PEM燃料电池具有膜电极组件(“MEA”)，其中固态聚合物电解质在一个表面上具有阳极催化剂，在相对的表面上具有阴极催化剂。

现代燃料电池车辆将氢气存储在具有高达700巴的压力的压力容器中。通常，这些容器由衬套材料制成，所述衬套材料用作防止气体扩散的屏障物。衬套通常由碳纤维层的基质环绕，所述碳纤维层主要负责承受700巴的填充容器的应力。在某些情况下，衬套是非常软的材料，所述衬套从纤维复合物剥离并且向内屈曲(buckle)。认为的是，容器内压力大约为0巴(即空容器)时会发生这种剥离。还可以观察到当与外界的压差足够高时，在较高的内部压力下也可发生所述屈曲。当通过衬套材料扩散的气体被捕获在复合物和衬套之间时情况如此。认为衬套屈曲是衬套材料内部的高应力的诱因，接着所述高应力会引起耐用性问题以及衬套材料的疲劳破裂。

因此，需要一种存储用于燃料电池应用的加压气体的改进系统，该系统提供检测衬套屈曲的开始的在线检测方法。

发明内容

本发明通过在至少一个实施例中提供用于加压气体的存储系统来解决现有技术的一个或多个问题。加压气体存储系统包括外壳，外壳具有内表面和外表面。内表面限定用于保持加压气体的内部容积。第一导电层附接到外壳上。内衬套设置在内表面上方。第二导电层附接到内衬套上。在特征上，第二导电层与第一导电层电绝缘。电容计测量第一导电层和第二导电层之间的电容量，其中电容量的变化表示所述存储系统的屈曲。

在另一实施例中，提供用于加压气体的存储系统。加压气体存储系统包括具有内表面和外表面的外壳。内表面限定用于保持加压气体的内部容积。在特征上，外壳包括导电复合物。内衬套设置在内表面上方。导电层附接到内衬套上。导电层与外壳电绝缘。电容计测量外壳和导电层之间的电容量，其中电容量的变化表示所述存储系统的屈曲。

在另一实施例中，提供一种用于确定加压气体存储系统的屈曲的方法。该方法包括如下步骤：提供具有内表面和外表面的外壳；提供附接到外壳上的第一导电层；提供设置在内表面以及第二导电层上方的内衬套；提供与内衬套相关的第二导电层；以及提供电容计，所述电容计测量第一导电层和第二导电层之间的电容量。内表面限定用于保持加压气体的内部容积。在特征上，第二导电层与第一导电层电绝缘。测量第一导电层和第二导电层之间的电容量，使得电容量的变化表示所述存储系统的屈曲。

有利地，本发明的系统和方法用于检测衬套屈曲，从而控制压力以便停止屈曲或者计数屈曲事件的数量以与材料测试相关联。

本发明包括如下方案。

1.一种用于加压气体的存储系统，所述存储系统包括：

外壳，所述外壳具有内表面和外表面，所述内表面限定用于保持加压气体的内部容积；

第一导电层，所述第一导电层附接到所述外壳上；

内衬套，所述内衬套设置在所述内表面和第二导电层上方；

第二导电层，所述第二导电层与所述内衬套相关联，所述第二导电层与所述第一导电层电绝缘；以及

电容计，所述电容计测量所述第一导电层和所述第二导电层之间的电容量，其中所述电容量的变化表示所述存储系统的屈曲。

2.根据方案1所述的存储系统，其中，所述外壳包括固态基质。

3.根据方案2所述的存储系统，其中，所述固态基质包括碳纤维复合物。

4.根据方案2所述的存储系统，其中，所述第一导电层嵌入在所述固态基质中。

5.根据方案1所述的存储系统，其中，所述第一导电层设置在所述内表面处。

6.根据方案1所述的存储系统，其中，所述第二导电层嵌入在所述内衬套中。

7.根据方案1所述的存储系统，其中，所述第一导电层和所述第二导电层均独立地包括从由金属箔和金属格栅构成的组中选择的部件。

8.根据方案1所述的存储系统，其中，所述外壳具有圆形截面。