罐系统的制作方法

1.本发明涉及一种罐系统，尤其用于存储气体，例如氢气，其中，罐系统作为移动式罐系统例如可用于车辆中、尤其道路车辆，例如汽车中。

背景技术：

2.在车辆、例如在乘用车或商用车中能够在燃料电池中以高效率利用气态燃料如氢气。为此车辆携带具有罐容器的相应的罐系统，燃料存储或存放在所述罐容器中。为了在热或机械地作用到罐容器上的情况下防止气体不受控地流出，罐容器通常设有安全阀，气体可以在罐容器中达到极限压力和/或极限温度时通过安全阀逸出。这种安全阀通常具有热触发的和通过压力触发的触发机构并且也称为tprd，其中，“tprd”作为缩写代表英文表述“thermal and pressure relief device”。
3.在文献us 2018/0172215 a1中公开一种气体容器，其具有安全阀和传感器组件，该传感器组件具有一个或多个在气体容器的延伸尺度上分布地布置的温度灵敏的元件。这些温度灵敏的元件产生信号，以便打开安全阀。

技术实现要素：

4.根据本发明设置一种罐系统。
5.根据本发明的罐系统可以尤其构造为用于车辆中或者一般用作移动式罐系统并且包括沿着纵轴线延伸的罐容器，用于接收气体，例如氢气；以及包括传感器组件，该传感器组件具有沿着纵轴线延伸的传感器装置或多个沿着纵轴线分布地布置的传感器装置，其中，每个传感器装置构造为变形探测器并且设置为用于由于变形而输出或改变电信号。
6.本发明所基于的构思在于，沿着罐容器的整个长度设置测量系统，以便能够检测可能仅局部作用的热影响或机械影响。因此，沿着罐容器(该罐容器例如可以构造为瓶或圆柱形的)的纵向延伸尺度布置有在罐容器的长度上延伸的传感器装置，该传感器装置具有例如呈电导体形式的可变形的测量探测器。替代地，多个具有各一个呈电导体形式的可变形的测量探测器的传感器装置可以沿着罐容器的纵向延伸尺度分布地布置。每个传感器装置设置为用于在测量探测器例如由于温度变化或由于机械地作用到测量探测器上的力而变形的情况下产生或改变电信号。例如，测量探测器可以由于变形而与引导电流的结构发生接触并且由此输出电信号。此外，测量探测器自身也可以是电流流过的，其中，测量探测器的电阻由于变形而改变，这可作为电信号，例如电流或电压的变化被探测到。
7.本发明的优点在于，也可靠地检测仅局部作用的热影响或机械影响。此外有利的是，一个或多个传感器装置构造为变形探测器，因为该变形探测器设置为用于不但由于温度变化而且由于机械变形，例如由于在罐容器中的压力变化或由于外部影响而输出或改变电信号。因此可以总体上有利地减少传感器的数量。
8.下面给出有利的构型和扩展方案。
9.根据一些实施方式可以设置，传感器组件具有沿着纵轴线延伸的传感器装置，其
中，该传感器装置具有位置固定地与罐容器机械连接的第一电导体和第二电导体，所述第一电导体具有回曲形延伸的第一区段，并且第二电导体具有平行于第一导体的第一区段回曲形延伸的第二区段，其中，第二电导体的第二区段相对于第一电导体可如此运动地布置，使得在第二导体变形时可建立第一与第二区段之间的电接触。第一和第二电导体因此分别具有锯齿形或蛇形曲线形延伸的区段，其中，电导体在这些区段中平行地延伸。即第一和第二电导体的回曲或蛇形曲线直接彼此并排地延伸。如果使可自由运动的第二电导体变形，例如因为该第二电导体由于变热而膨胀，则第二电导体的回曲部与第一电导体的平行或相邻延伸的回曲部接触。如果两个电导体之一与电压源电连接，例如与电池连接，则在另一电导体上在接触情况下可以量取相应的电信号。
10.根据一些实施方式可以设置，第一电导体和第二电导体具有彼此不同的热膨胀系数。第二电导体例如可以具有比第一电导体更大的热膨胀系数，使得第二电导体在温度变化的情况下相比于第一电导体更强地膨胀。由此传感器装置更快速或更可靠地响应。
11.根据一些实施方式，第二电导体可以热耦合、尤其借助导热膏耦合到罐容器上。特别有利的是，电导体安装在罐容器的外表面上，因为以这种方式实现在罐容器与第二电导体之间改善的导热。
12.根据一些实施方式可以设置，第一和第二电导体在多个沿着纵轴线间隔开地布置的分离部位处位置固定地紧固在罐容器上，从而在分离部位之间分别形成传感器部段。尤其，第一导体的回曲形的第一区段和第二导体的回曲形的第二区段固定在分离部位上。因此，尤其第二电导体在一个部段内可以与另一部段无关地膨胀或者说变形。通过对由于第一与第二导体在各部段之一中的接触而输出的电信号进行分析处理可以求取已经发生接触的部段，例如基于应力，因为第一和第二电导体直至各个部段的导体长度不同，这分别限定不同的电阻。替代地，与电压源未永久连接的电导体可以在分离部位处是分离或中断的，使得对于每个传感器部段设置一个导体部段。因此，对于每个导体部段在与第二导体部段的接触情况下可以探测自身的信号。因此，有利地能够以非常简单的方式实现对变形的局部分辨的监控。例如，对于每个传感器部段可以探测达到极限温度，在该极限温度下，第一与第二导体接触。
13.根据一些实施方式可以设置，传感器组件具有多个沿着纵轴线分布地布置的、呈应变片形式的传感器装置，这些传感器装置与罐容器连接。应变片因此与容器罐一起变形，例如由于温度变化或者由于机械引起的变形。通过应变片沿着罐容器的纵轴线分布的布置可以以简单的方式地点分辨地探测变形。
14.根据一些实施方式可以设置，传感器组件具有布置在罐容器的内表面上和/或外表面上的传感器装置。例如，上述电导体和/或应变片可以安装在罐容器的外周面上。这简化了传感器组件的安装。传感器组件在外表面上的安装的另一优点在于，例如在火灾情况下可非常快速地探测外部的热影响。也可以考虑安装在罐容器的内周面上，由此尤其可以非常精确并且具有短延迟时间地检测保存在罐容器中的气体的温度变化。
15.根据一些实施方式，罐系统可以具有与罐容器的出口连接的安全阀，该安全阀能够在关闭状态与打开状态之间切换，在所述关闭状态下，该安全阀流体密封地关闭出口；在所述打开状态下，该安全阀允许通过出口的流体流动，其中，安全阀与传感器组件信号连接并且基于由传感器组件输出或改变的电信号是可切换的。安全阀尤其可以构造为所谓的
tprd，其构造为用于在达到极限温度或在达到极限压力的情况下打开。安全阀还可以具有电磁切换机构，该电磁切换机构由于通过传感器组件输出或改变的电信号将安全阀从关闭状态切换到打开状态中。例如，安全阀可以具有电磁开关，该电磁开关在无电流的情况下保持在关闭状态中并且在施加操纵电压的情况下打开。电磁开关尤其可以平行于热触发机构和压力触发机构设置。
16.根据一些实施方式，罐系统可以具有与传感器组件电连接的控制装置，其设置为用于基于由传感器组件输出或改变的电信号求取至少一个第一温度值。
17.根据一些实施方式，罐系统可以具有用于检测罐容器中的压力的压力传感器，其中，压力传感器与控制装置电连接；并且其中，控制装置设置为用于基于检测到的压力求取第二温度值、将第一与第二温度值比较，并且如果第一温度值与第二温度值彼此的偏差大于极值，则输出偏差信号。例如，在罐容器的已知填充量的情况下可以通过一般的气体公式根据压力接近温度。如果通过传感器组件检测的温度明显与之有偏差，则这可以指示传感器的故障状态或指示热源的存在。
附图说明
18.在下面参照各附图阐述本发明。附图示出了：
19.图1根据本发明的一个实施例的罐系统的示意性截面图；和
20.图2根据本发明的另一实施例的罐系统的示意性截面图。
21.在附图中，相同的附图标记表明相同或功能相同的部件，只要没有与之相反地说明。
具体实施方式
22.图1纯示意性地示出罐系统100，其例如可使用在车辆、尤其是道路车辆如乘用车或商用车中。如在图1中示例地示出的那样，罐系统100具有罐容器1和传感器组件2。可选地还可以设置安全阀3。同样可选地，电压源4和/或控制装置5可以是罐系统100的一部分。
23.如在图1中示意地示出，罐容器1可以基本上构造为瓶状。一般地，罐容器1限定用于接收气体、例如氢气的内部空间10并且沿着纵轴线l1延伸。内部空间10被罐容器1的内表面1a围绕。内表面1a包围纵轴线l1。罐容器1a的外表面1b与内表面1a相反地定向，如这在图1中示意性地示出的那样。罐容器1例如可以具有由金属材料构成的内容器(未示出)，其形成内表面1a以及外容器(未示出)，其包围内容器并且形成外表面1b。外容器例如可以由纤维增强的塑料材料构成。如在图1中还示意性地示出的那样，罐容器1可以具有出口11，其相对于纵轴线l1例如可以构造在罐容器1的第一端部处，如在图1中示意性地示出的那样。此外，罐容器1可以具有装载开口12，其相对于纵轴线l1例如可以构造在罐容器1的第二端部处，如在图1中纯示意性地示出的那样。
24.可选的安全阀3可以尤其布置在出口11中，如这在图1中示例性且示意性地示出的那样。一般地，安全阀3与出口11流体导通地连接。安全阀3用于，如果罐容器1的内部空间中的压力或温度达到极值，则使存储在罐容器1中的气体通过出口11释放。一般地，安全阀因此能够在关闭状态与打开状态之间切换，在所述关闭状态下，该安全阀流体密封地关闭出口11，在所述打开状态下，该安全阀允许通过出口11的流体流动。为了确保自动触发，安全
阀3自身可以具有热触发装置，例如呈气体填充的气体活塞形式，该气体活塞在达到温度极值的情况下破裂，以及具有压力触发装置，例如呈作用到阀体上的弹簧形式。如果罐容器1的内部空间中的压力或温度达到极值，则热触发装置和压力触发装置因此将安全阀从关闭状态切换到打开状态中。此外，安全阀可以具有平行于热触发装置和压力触发装置切换的机械操纵机构，例如呈无电流关闭的电磁开关形式(未示出)。
25.传感器组件2构造为用于在罐容器1的整个纵向延伸尺度上检测变形。在图1中纯示意性地示出传感器组件2，该传感器组件具有沿着罐容器1的纵轴线l1延伸的传感器装置20。如在图1中示意性地示出的那样，传感器装置20例如可以具有沿着纵轴线l1延伸的第一电导体21和同样沿着纵轴线l1延伸的第二电导体22。例如，第一和第二电导体21、22可以布置在罐容器1的内部空间10中、尤其布置在内表面1a上，如这在图1中示意性地示出的那样。替代地，第一和第二电导体21、22也可以布置在罐容器1的外表面1b上。
26.如在图1中示意性地示出的那样，第一电导体21具有回曲形延伸的第一区段21a。第一电导体21可以尤其位置固定地与罐容器1连接，例如粘接。因此，例如如果罐容器1由于温度变化而膨胀或收缩，则第一电导体21以与罐容器1的变形类似的方式变形。
27.第二电导体22同样具有回曲形延伸的第二区段22a，其平行于第一导体21的第一区段21a延伸，如这在图1中示意性地示出的那样。第一和第二区段21a、22a因此在一定程度上相互啮合，然而相互间隔开且平行地延伸。第二电导体22可以热耦合到罐容器1上，例如其方式是：将导热膏布置在第二电导体22与罐容器1的内表面1a或外表面1b之间。此外，第二电导体22至少在第二区段22a中可自由运动、尤其沿着纵轴线l1。第二电导体22因此至少在第二区段22a中可自由变形。如果第二电导体22因此由于变热而膨胀，则第二电导体22的第二区段22a与第一电导体21的第一区段21a电接触，如这在图1中示意性地通过符号x示出。因此，第二电导体22的第二区段22a相对于第一电导体21可如此运动地布置，使得在第二电导体22变形时能够建立第一与第二区段21a、22a之间的电接触。第一电导体21和第二电导体22例如可以具有彼此不同的热膨胀系数，尤其第二电导体22也可以具有与罐容器1的材料不同的热膨胀系数。由此，如果第二电导体22具有比第一电导体21和/或罐容器1更大的热膨胀系数，则第二电导体22可以在温度变化的情况下比第一电导体21更强地变形，从而能够快速地探测温度变化。
28.如在图1中还示意性地示出的那样，第二电导体22可以与电压源4电连接，该电压源例如可以通过电池构成。如果第二电导体22的第二区段22a通过变形与第一电导体21的第一区段21a电接触，则如上所述地，因此可以在第一电导体21上量取到电信号。
29.在图1中纯示例性地示出，第一电导体21与控制装置5连接。控制装置5例如可以设置为用于量取在第一电导体21上作用的电压。可选地，控制装置5还可以与安全阀3连接，如在图1中示意性地示出的那样，其中，控制装置5可以设置为用于基于由第一电导体21或一般由传感器组件2输出的电信号产生操纵信号，以便将安全阀3从关闭状态切换到打开状态中。然而也可以考虑，第一电导体21与安全阀3导电连接。如果电导体21、22的第一和第二区段21a、22a接触，则通过在第一电导体21上作用的电压源4的电压操纵安全阀3的电磁开关，以便将其打开。
30.因为第一和第二电导体21、22沿着纵轴线l1延伸，所以能够以简单的方式可靠地探测仅局部出现的变形，例如由于局部热生成。传感器装置20的变形引起电信号的输出，该
电信号可选地促使安全阀3打开。一般可以通过电信号探测达到预定的温度。尤其，控制装置5可以设置为用于基于由传感器组件2输出的电信号求取至少一个第一温度值。
31.在图1中示例性地示出，第二电导体22与电压源4连接。当然，对此替代地，第一导体21也可以与电压源4连接。
32.如在图1中示意性地示出的那样，可选地可以将压力传感器6与罐容器1的内部空间10连接，以便检测在罐容器1中存在的压力。压力传感器6可以传导信号地与控制装置5连接。控制装置5可以设置为用于基于检测到的压力求取第二温度值、将第一与第二温度值比较，并且如果第一温度值与第二温度值彼此的偏差大于极值，则输出偏差信号。尤其，因此可以简单地验证由传感器组件2求出的测量值和由压力传感器6求出的测量值。例如，如果罐容器1的填充量是已知的，则可以借助一般的气体公式根据由传感器6测量的压力求取温度。
33.在图2中示意性地且示例性地示出另一罐系统100。在图2中示出的罐系统100与在图1中示出的罐系统100的区别仅在于，第一和第二电导体21、22在多个沿着纵轴线l1间隔开地布置的分离部位23处位置固定地紧固在罐容器1上，从而在分离部位23之间分别形成传感器部段s20。如在图2中示意性地示出的那样，因此可以将导体21、22的第一和第二区段21a、22a分为各个部段s20。在分离部位23处，第一和第二导体21、22例如可以分别与罐容器1粘接。可选地，第一导体21可以在分离部位23出被电中断，从而在每个传感器部段s20中分别设置回曲形延伸的、单独的导体块21b。如此外在图2中示意性地示出的那样，这些导体块21b中的每一个可以与控制装置5单独地连接。如果第二电导体22在传感器部段s20之一中膨胀并且与第一导体21的相应的导体块21b电接触，则如此可产生的电信号可以配属于相应的传感器部段s20。由此能够以简单的方式位置分辨地检测温度和/或机械变形。
34.在图1和2中纯示例性地示出具有沿着纵轴线l1延伸的传感器装置20的传感器组件2，该传感器装置20构造为变形探测器并且设置为用于由于变形而输出电信号。替代地也可以考虑，传感器装置20仅具有至少区段地回曲形延伸的电导体，该电导体沿着纵轴线l1延伸，其中，电导体与电压源4连接或能够连接，并且其中，根据电阻的变化检测电导体的变形，例如借助在控制装置5中包含的分析处理电路。因此，传感器装置20可以构造为变形探测器并且设置为用于由于变形而改变电信号。
35.此外也可以考虑，代替一个或多个沿着纵轴线l1延伸的电导体21、22设置多个沿着纵轴线l1分布地布置的传感器装置20。例如，在这种情况下，每个传感器装置可以如在图1中所示的那样构造。替代地可以考虑，多个沿着纵轴线l1分布地布置的应变片设置为传感器装置20，这些应变片与罐容器1连接。应变片或者与罐容器1一起变形或者仅保持在该罐容器上并且因此基于其自身的温度变化而变形。通过其变形改变应变片的电阻。因此，应变片设置为用于由于变形而改变电信号。通过应变片沿着纵轴线l1的分布因此能够实现温度的位置分辨地求取。
36.与相应的传感器装置20的构型无关地，传感器组件2可以具有布置在罐容器1的内表面1a上和/或外表面1b上的传感器装置20。
37.所描述的传感器组件2的优点在于，该传感器组件也可以探测仅局部出现的温度变化。由此例如可以已经更早或更可靠地开启安全阀3的触发或者说打开。如果传感器组件2设置为用于与位置有关地检测温度，例如如这在图2中示出的传感器组件2中那样，或如果
多个传感器装置20沿着纵轴线l1分布地布置，则可以在罐容器1上或罐容器中求取温度分布。这例如可以被用于避免或至少识别在填充或清空罐容器1时的局部温度峰值。
38.虽然在上文中已经根据各实施例示例性地阐述本发明，但本发明不限于此，而是可通过多种方式改型。尤其也可以考虑上述实施例的组合。此外，本发明不限于在道路车辆中的应用，而是也可以用于其它移动式应用中，如轨道车辆、船舶或飞行器。此外也可以考虑罐系统的静止的应用。

技术特征：

1.一种罐系统(100)，尤其用于车辆，所述罐系统具有：沿着纵轴线(l1)延伸的罐容器(1)，用于接收气体；和传感器组件(2)，该传感器组件具有沿着纵轴线(l1)延伸的传感器装置(20)或者多个沿着纵轴线(l1)分布地布置的传感器装置(20)，其中，每个传感器装置(20)构造为变形探测器并且设置为用于由于变形而输出或改变电信号。2.根据权利要求1所述的罐系统(100)，其中，所述传感器组件(2)具有沿着纵轴线(l1)延伸的传感器装置(20)，其中，所述传感器装置(20)具有位置固定地与所述罐容器(1)机械连接的第一电导体(21)以及具有第二电导体(22)，所述第一电导体具有回曲形延伸的第一区段(21a)，并且所述第二电导体具有平行于所述第一导体(21)的第一区段(21a)回曲形延伸的第二区段(22a)，其中，所述第二电导体(22)的第二区段(22a)相对于所述第一电导体(21)能够如此运动地布置，使得在所述第二导体(22)变形时能够建立在所述第一区段与所述第二区段(21a、22a)之间的电接触。3.根据权利要求2所述的罐系统(100)，其中，所述第一电导体(21)和所述第二电导体(22)具有彼此不同的热膨胀系数。4.根据权利要求2或3所述的罐系统(100)，其中，所述第二电导体(22)热耦合、尤其借助导热膏耦合到所述罐容器(1)上。5.根据权利要求2至4中任一项所述的罐系统(100)，其中，所述第一电导体和第二电导体(21、22)在多个沿着纵轴线(l1)间隔开地布置的分离部位(23)处位置固定地紧固在所述罐容器(1)上，从而在所述分离部位(23)之间分别形成传感器部段(s20)。6.根据前述权利要求中任一项所述的罐系统(100)，其中，所述传感器组件(20)具有多个沿着纵轴线(l1)分布地布置的、呈应变片形式的传感器装置(20)，所述传感器装置与所述罐容器(1)连接。7.根据前述权利要求中任一项所述的罐系统(100)，其中，所述传感器组件(2)具有布置在所述罐容器(1)的内表面(1a)上和/或外表面(1b)上的传感器装置(20)。8.根据前述权利要求中任一项所述的罐系统(100)，其附加地具有：与所述罐容器(1)的出口(11)连接的安全阀(3)，该安全阀能够在关闭状态与打开状态之间切换，在所述关闭状态下，该安全阀流体密封地关闭所述出口(11)，而在所述打开状态下，该安全阀允许通过所述出口(11)的流体流动；其中，所述安全阀(3)与所述传感器组件(2)信号连接并且基于由所述传感器组件(2)输出或改变的电信号是能切换的。9.根据前述权利要求中任一项所述的罐系统(100)，其附加地具有：与所述传感器组件(2)电连接的控制装置(5)，该控制装置设置为用于基于由所述传感器组件(2)输出或改变的电信号求取至少一个第一温度值。10.根据权利要求9所述的罐系统(100)，其附加地具有：用于检测所述罐容器(1)中的压力的压力传感器(6)，其中，所述压力传感器(6)与所述控制装置电连接；并且其中，所述控制装置(5)设置为用于基于检测到的压力求取第二温度值、将第一温度值与第二温度值比较，并且如果所述第一温度值与所述第二温度值彼此的偏差大于极值，则输出偏差信号。

技术总结

本发明涉及一种罐系统(100)，尤其用于车辆，其包括沿着纵轴线延伸的罐容器，用于接收气体；以及传感器组件，其包括沿着纵轴线延伸的传感器装置或者多个沿着纵轴线分布地布置的传感器装置，其中，每个传感器装置构造为变形探测器并且设置为用于由于变形而输出或改变电信号。变电信号。变电信号。

技术研发人员：

A

受保护的技术使用者：

罗伯特

技术研发日：

2022.03.30

技术公布日：

2022/10/3