在線檢測加壓氣體存儲系統中的襯套屈曲的方法
2023-05-22 08:22:01 1
在線檢測加壓氣體存儲系統中的襯套屈曲的方法
【專利摘要】本發明涉及在線檢測加壓氣體存儲系統中的襯套屈曲的方法。所述加壓氣體存儲系統包括具有內表面和外表面的外殼。所述內表面限定用於保持加壓氣體的內部容積。第一導電層附接到所述外殼上。內襯套設置在所述內表面上方。第二導電層附接到內襯套。電容計測量所述第一導電層和所述第二導電層之間的電容量，其中電容量的變化表示所述存儲系統的屈曲。
【專利說明】在線檢測加壓氣體存儲系統中的襯套屈曲的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用於燃料電池驅動的車輛的檢測襯套屈曲的氣體存儲系統。
【背景技術】
[0002]在很多應用中使用燃料電池作為電功率源。特別是，提出將燃料電池用於汽車中從而取代內燃發動機。通常所使用的燃料電池設計使用固態聚合物電解質(「SPE」)膜或者質子交換膜(「PEEM」)，以提供陽極和陰極之間的離子遷移。在質子交換膜類型的燃料電池中，將氫氣作為燃料提供給陽極，並且將氧氣作為氧化劑提供給陰極。氧氣可以是純淨狀態(O2)或者是空氣(O2和N2的混合物)。通常PEM燃料電池具有膜電極組件(「MEA」)，其中固態聚合物電解質在一個表面上具有陽極催化劑，在相對的表面上具有陰極催化劑。
[0003]現代燃料電池車輛將氫氣存儲在具有高達700巴的壓力的壓力容器中。通常，這些容器由襯套材料製成，所述襯套材料用作防止氣體擴散的屏障物。襯套通常由碳纖維層的基質環繞，所述碳纖維層主要負責承受700巴的填充容器的應力。在某些情況下，襯套是非常軟的材料，所述襯套從纖維複合物剝離並且向內屈曲(buckle)。認為的是，容器內壓力大約為O巴(即空容器)時會發生這種剝離。還可以觀察到當與外界的壓差足夠高時，在較高的內部壓力下也可發生所述屈曲。當通過襯套材料擴散的氣體被捕獲在複合物和襯套之間時情況如此。認為襯套屈曲是襯套材料內部的高應力的誘因，接著所述高應力會引起耐用性問題以及襯套材料的疲勞破裂。
[0004]因此，需要一種存儲用於燃料電池應用的加壓氣體的改進系統，該系統提供檢測襯套屈曲的開始的在線檢測方法。
【發明內容】
[0005]本發明通過在至少一個實施例中提供用於加壓氣體的存儲系統來解決現有技術的一個或多個問題。加壓氣體存儲系統包括外殼，夕卜殼具有內表面和外表面。內表面限定用於保持加壓氣體的內部容積。第一導電層附接到外殼上。內襯套設置在內表面上方。第二導電層附接到內襯套上。在特徵上，第二導電層與第一導電層電絕緣。電容計測量第一導電層和第二導電層之間的電容量，其中電容量的變化表示所述存儲系統的屈曲。
[0006]在另一實施例中，提供用於加壓氣體的存儲系統。加壓氣體存儲系統包括具有內表面和外表面的外殼。內表面限定用於保持加壓氣體的內部容積。在特徵上，夕卜殼包括導電複合物。內襯套設置在內表面上方。導電層附接到內襯套上。導電層與外殼電絕緣。電容計測量外殼和導電層之間的電容量，其中電容量的變化表示所述存儲系統的屈曲。
[0007]在另一實施例中，提供一種用於確定加壓氣體存儲系統的屈曲的方法。該方法包括如下步驟:提供具有內表面和外表面的外殼；提供附接到外殼上的第一導電層；提供設置在內表面以及第二導電層上方的內襯套；提供與內襯套相關的第二導電層；以及提供電容計，所述電容計測量第一導電層和第二導電層之間的電容量。內表面限定用於保持加壓氣體的內部容積。在特徵上，第二導電層與第一導電層電絕緣。測量第一導電層和第二導電層之間的電容量，使得電容量的變化表示所述存儲系統的屈曲。
[0008]有利地，本發明的系統和方法用於檢測襯套屈曲，從而控制壓力以便停止屈曲或者計數屈曲事件的數量以與材料測試相關聯。
[0009]本發明包括如下方案。
[0010]1.一種用於加壓氣體的存儲系統，所述存儲系統包括:
[0011]外殼，所述外殼具有內表面和外表面，所述內表面限定用於保持加壓氣體的內部容積；
[0012]第一導電層，所述第一導電層附接到所述外殼上；
[0013]內襯套，所述內襯套設置在所述內表面和第二導電層上方；
[0014]第二導電層，所述第二導電層與所述內襯套相關聯，所述第二導電層與所述第一導電層電絕緣；以及
[0015]電容計，所述電容計測量所述第一導電層和所述第二導電層之間的電容量，其中所述電容量的變化表示所述存儲系統的屈曲。
[0016]2.根據方案I所述的存儲系統，其中，所述外殼包括固態基質。
[0017]3.根據方案2所述的存儲系統，其中，所述固態基質包括碳纖維複合物。
[0018]4.根據方案2所述的存儲系統，其中，所述第一導電層嵌入在所述固態基質中。
[0019]5.根據方案I所述的存儲系統，其中，所述第一導電層設置在所述內表面處。
[0020]6.根據方案I所述的存儲系統，其中，所述第二導電層嵌入在所述內襯套中。
[0021]7.根據方案I所述的存儲系統，其中，所述第一導電層和所述第二導電層均獨立地包括從由金屬箔和金屬格柵構成的組中選擇的部件。
[0022]8.根據方案I所述的存儲系統，其中，所述外殼具有圓形截面。
[0023]9.根據方案I所述的存儲系統，其中，所述存儲系統保持處於從大約100巴到700巴的壓力下的加壓氣體。
[0024]10.一種用於加壓氣體的存儲系統,所述存儲系統包括:
[0025]具有內表面和外表面的外殼，所述內表面限定用於保持加壓氣體的內部容積；
[0026]內襯套，所述內襯套設置在所述內表面和第二導電層上方；
[0027]導電層，所述導電層與所述內襯套相關聯，所述導電層與所述外殼電絕緣；以及
[0028]電容計，所述電容計測量所述導電層和所述外殼之間的電容量，其中所述電容量的變化表示所述存儲系統的屈曲。
[0029]11.根據方案10所述的存儲系統，其中，所述外殼包括碳纖維複合物。
[0030]12.根據方案I所述的存儲系統，其中，所述第二導電層嵌入在所述內襯套中。
[0031]13.一種檢測用於加壓氣體的存儲系統的襯套屈曲的方法，所述方法包括:
[0032]提供具有內表面和外表面的外殼，所述內表面限定用於保持加壓氣體的內部容積；
[0033]提供第一導電層，所述第一導電層附接到所述外殼上；
[0034]提供內襯套，所述內襯套設置在所述內表面和第二導電層上方；
[0035]提供與所述內襯套相關聯的第二導電層，所述第二導電層與所述第一導電層電絕緣；以及
[0036]提供電容計，所述電容計測量所述第一導電層和所述第二導電層之間的電容量；以及
[0037]測量所述第一導電層和所述第二導電層之間的電容量，其中所述電容量的變化表示所述存儲系統的屈曲。
[0038]14.根據方案9所述的方法，其中，所述固態基質包括碳纖維複合物。
[0039]15.根據方案9所述的方法，其中，所述第一導電層嵌入在所述固態基質中。
[0040]16.根據方案9所述的方法，其中，所述第一導電層定位在所述內表面處。
[0041]17.根據方案9所述的方法，其中，所述第二導電層嵌入在所述內襯套中。
[0042]18.根據方案9所述的方法，其中，所述外殼具有圓形截面。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0043]本發明的示例性實施例通過具體說明和附圖將被更加充分地理解，在附圖中:
[0044]圖1為具有屈曲檢測機構的加壓氣體存儲系統的不意圖；
[0045]圖2為具有屈曲檢測機構的加壓氣體存儲系統的示意截面圖；
[0046]圖3為具有屈曲檢測機構的加壓氣體存儲系統的一部分的示意截面圖；
[0047]圖4為具有屈曲檢測機構的加壓氣體存儲系統的一部分的示意截面圖，其中絕緣層位於第一導電層和第二導電層之間；
[0048]圖5為示出了由圖1-4中闡述的系統檢測到的內襯套的屈曲的示意截面圖；以及
[0049]圖6為示出了由上述系統檢測到的內襯套的屈曲的示意圖。
【具體實施方式】
[0050]現將詳細參考本發明的當前優選組成、實施例和方法，其構成了對發明人來說目前已知的最佳執行模式。附圖沒必要按比例繪製。然而，應當理解的是，所公開的實施例僅僅是本發明的實例，所述實施例可以以各種替代性的形式被實施。因此，本文所公開的特定細節並不能解釋為是限制性的，而僅僅作為本發明任意方面的典型基礎和/或作為教導本領域技術人員廣泛地採用本發明的典型基礎。
[0051]除非在實例中或者以其他方式被明確地指出，否則說明書中的表示材料量或者反應和/或使用條件的所有數量都被理解為用詞語「大約」來修改，從而描述本發明的最寬泛的範圍。在所陳述的數量極值內的實踐通常是優選的。並且，除非以相反的方式明確表述，都這樣規定:百分比、「(的)部分」以及比值是按重量計的；對與本發明相關的特定目的而言合適或者優選的材料的組或類的說明暗含了，該組或類中的任意兩種或者更多種組分的混合物同樣是合適的或者優選的；按照化學術語對組分的說明指的是在向該說明書中規定的任何組合中添加時的組分，並且不必排除混合之後混合物的各組分之間的相互化學反應；首字母縮略詞或者其他簡稱的第一次定義適用於對此相同簡稱的本文所有後續使用，並且還適用於對最初定義的縮略詞實施正常的語法變化；並且，除非以相反的方式明確指出，針對性質先前或之後引用的技術相同的技術來確定所述相同性質的測量值。
[0052]還應當理解的是，本發明並不限於下文所述的特定實施例和方法，這是因為特定的部件和/或條件當然可能改變。另外，本文所使用的術語僅僅是用於描述本發明的特定實施例的目的，並且絕不旨在是限制性的。
[0053]還必須注意的是，正如在說明書和所附權利要求中所使用的，單數形式「一」，「一個」以及「該」也包括複數形式，除非上下文以其他方式明確地指出。例如，對單數形式的部件的引用旨在也包括多個所述部件。
[0054]貫穿本申請，在引用了公開文本的情況下，這些公開文本所公開的全部內容以引用的方式全部併入本申請，以更全面地描述與本發明相關的現有技術。
[0055]參考圖1、2和3，提供了闡述加壓氣體存儲系統的示意圖。加壓氣體存儲系統10包括外殼12,所述外殼具有內表面14和外表面16。內表面14限定用於保持加壓氣體的內部容積20。第一導電層24附接到外殼12上。外殼12限定用於保持加壓氣體的容器18,所述加壓氣體例如是氫氣或氧化氣體(例如，氧氣、空氣等)以用於為燃料電池提供能量。在一具體形式中，容器18具有圓形截面。通常，加壓氣體可存儲在從大約100巴到700巴的壓力下。內襯套30設置在內表面14上。第二導電層26附接到內襯套30上。電容計32測量第一導電層24和第二導電層26之間的電容量，其中電容量的變化表示存儲系統10的屈曲。所測量的電容量的變化表示內襯套30的屈曲。在一具體形式中，氣體存儲系統10還包括指示器34，以用於指示襯套的屈曲。有利地，當檢測到屈曲時，指示器提供警示或警報。
[0056]如上所述，第一導電層24附接到外殼12上。在一變型中，第一導電層24嵌入到外殼12中。在一具體形式中，第一導電層24可以是金屬箔或者金屬格柵。合適的金屬包括但不限於，鋁、不鏽鋼、鈦等。在另一具體形式中，外殼16包括固態基質22，例如複合物。合適複合物的實例包括但不限於碳複合物，其包括分散在樹脂內的碳纖維或者粉末。應當理解的是，當被加壓時，外殼12所形成的容器的容積會增大。因此，第一導電層24必須足夠柔韌，以隨著容器而擴大或者收縮。例如，容積的變化被標定以便適當地檢測屈曲。在一具體形式中，針對容器確定電容量與壓力的關係。
[0057]如上所述，第二導電層26附接到內襯套30上。在一變型中，第二導電層26嵌入在內襯套30中。在圖4中闡述的另一變型中，第二導電層26附接到內襯套30的表面34上。在該變型中，電絕緣層(例如，介電層)36插入到第二導電層26和外殼12之間。在這些變型中的任一情況下，第二導電層26可以是金屬箔或者金屬格柵。合適金屬包括但不限於鋁、不鏽鋼、鈦等。
[0058]第一導電層24和第二導電層26與插入其間的電介質結合起來而形成電容器。因此，在屈曲期間，有必要使第一導電層24與外殼12在一起並且使第二導電層26與內襯套30在一起。
[0059]參考圖5，提供其中外殼由導電材料形成的變型。在該變型中，無需第一導電層。例如，外殼12』由碳複合物形成，所述碳複合物包括分散在樹脂中的碳纖維或者碳粉末。特別地，加壓氣體存儲系統10』包括具有內表面14』和外表面16』的外殼12』。內表面14』限定用於保持加壓氣體的內部容積20』。外殼12』限定用於保持加壓氣體的容器，所述加壓氣體例如是氫氣或者氧化氣體(例如，氧氣、空氣等)，以用於如上文所述地那樣為燃料電池提供能量。內襯套30』設置在內表面14』上。導電層26』附接到內襯套30』上。電容計32』測量外殼12』和導電層26』之間的電容量，其中電容量的變化表示存儲系統10』的屈曲。測量的電容量變化表示內襯套30』的屈曲。在一具體形式中，氣體存儲系統10還包括指示器34，以用於指示襯套的屈曲。在變型中，電絕緣層插入到導電層26』和外殼12』之間，如結合圖4的說明在上文闡述的。[0060]參考圖6，提供示出了由如上所述的系統檢測到的內襯套屈曲的示意圖。內襯套30與外殼12分離，其中在分離處形成的空間50中的壓力PO大於在內襯套30的內側上的壓力Pp該分離程度被檢測為第一導電層24與第二導電層26之間的電容量的變化。替代性地對於圖5的設計，該分離程度被檢測為導電性外殼12和導電層26』之間的電容量的變化。
[0061]儘管已經闡述並描述了本發明的實施例，並不意在這些實施例闡述並描述本發明的所有可能的形式。而是，該說明書中所使用的詞語是說明性而非限制性的詞語，並且可以理解，在不偏離本發明的精神和範圍的情況下可以做出各種變化。
【權利要求】
1.一種用於加壓氣體的存儲系統，所述存儲系統包括: 外殼，所述外殼具有內表面和外表面，所述內表面限定用於保持加壓氣體的內部容積； 第一導電層，所述第一導電層附接到所述外殼上； 內襯套，所述內襯套設置在所述內表面和第二導電層上方； 第二導電層，所述第二導電層與所述內襯套相關聯，所述第二導電層與所述第一導電層電絕緣；以及 電容計，所述電容計測量所述第一導電層和所述第二導電層之間的電容量，其中所述電容量的變化表示所述存儲系統的屈曲。
2.根據權利要求1所述的存儲系統，其中，所述外殼包括固態基質。
3.根據權利要求2所述的存儲系統，其中，所述固態基質包括碳纖維複合物。
4.根據權利要求2所述的存儲系統，其中，所述第一導電層嵌入在所述固態基質中。
5.根據權利要求1所述的存儲系統，其中，所述第一導電層設置在所述內表面處。
6.根據權利要求1所述的存儲系統，其中，所述第二導電層嵌入在所述內襯套中。
7.根據權利要求1所述的存儲系統，其中，所述第一導電層和所述第二導電層均獨立地包括從由金屬箔和金屬格柵構成的組中選擇的部件。
8.根據權利要求1所述的存儲系統，其中，所述外殼具有圓形截面。
9.一種用於加壓氣體的存儲系統，所述存儲系統包括: 具有內表面和外表面的外殼，所述內表面限定用於保持加壓氣體的內部容積； 內襯套，所述內襯套設置在所述內表面和第二導電層上方； 導電層，所述導電層與所述內襯套相關聯，所述導電層與所述外殼電絕緣；以及電容計，所述電容計測量所述導電層和所述外殼之間的電容量，其中所述電容量的變化表示所述存儲系統的屈曲。
10.一種檢測用於加壓氣體的存儲系統的襯套屈曲的方法，所述方法包括: 提供具有內表面和外表面的外殼，所述內表面限定用於保持加壓氣體的內部容積； 提供第一導電層，所述第一導電層附接到所述外殼上； 提供內襯套，所述內襯套設置在所述內表面和第二導電層上方； 提供與所述內襯套相關聯的第二導電層，所述第二導電層與所述第一導電層電絕緣；以及 提供電容計，所述電容計測量所述第一導電層和所述第二導電層之間的電容量；以及測量所述第一導電層和所述第二導電層之間的電容量，其中所述電容量的變化表示所述存儲系統的屈曲。
【文檔編號】G01N27/24GK103969299SQ201410063035
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年1月24日 優先權日:2013年1月24日
【發明者】R·耶格爾 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司