導(dǎo)讀

各位讀者大家好，2020年9月燃料電池全球?qū)＠�監(jiān)控報(bào)告全新發(fā)布。本期監(jiān)控報(bào)告的內(nèi)容主要包括三個(gè)部分，分別為：

1、2020年9月燃料電池領(lǐng)域公開(kāi)專(zhuān)利整體情況介紹；

2、國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人專(zhuān)利公開(kāi)情況介紹；

3、部分申請(qǐng)人介紹及其公開(kāi)專(zhuān)利解讀，具體專(zhuān)利技術(shù)包括豐田公司增加燃料電池從間歇發(fā)電轉(zhuǎn)換為通常發(fā)電時(shí)的過(guò)程控制以及平衡燃料電池電堆內(nèi)部的水分分布；現(xiàn)代公司通過(guò)紫外線粘合劑涂層來(lái)防止生成水向電解質(zhì)膜移動(dòng)以及改善電極層與電解質(zhì)膜之間的界面結(jié)合力；本田公司以低成本對(duì)燃料電池輸出進(jìn)行檢查；博世公司通過(guò)使電堆保持相對(duì)干燥來(lái)減少停機(jī)時(shí)吹掃液態(tài)水的能量消耗。

一、整體情況介紹

1．1 專(zhuān)利公開(kāi)地域情況

2020年9月，燃料電池領(lǐng)域在全球范圍內(nèi)公開(kāi)／授權(quán)的專(zhuān)利共1224件，較上月相比（1124），數(shù)量有一定下降。本月，中國(guó)地區(qū)專(zhuān)利公開(kāi)數(shù)量與上月（581）而言有一定增加，主要為發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)公告和實(shí)用新型專(zhuān)利公告數(shù)量有一定上升。部分公開(kāi)國(guó)家／地區(qū)／組織以及數(shù)量情況如圖1－1所示。

圖1－1 部分地區(qū)燃料電池專(zhuān)利9月公開(kāi)／授權(quán)情況

1．2 專(zhuān)利技術(shù)分支情況

圖1－2 燃料電池專(zhuān)利9月公開(kāi)／授權(quán)的技術(shù)分布

1．3 申請(qǐng)人專(zhuān)利申請(qǐng)情況

將專(zhuān)利申請(qǐng)人經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化處理后，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化申請(qǐng)人的專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖1－3所示。本月，豐田公司公開(kāi)專(zhuān)利118件，其中發(fā)明申請(qǐng)和發(fā)明授權(quán)數(shù)量分別為75、40件；日產(chǎn)公司公開(kāi)專(zhuān)利30件、現(xiàn)代公司公開(kāi)專(zhuān)利29件、本田公司公開(kāi)專(zhuān)利27件；濰柴動(dòng)力公開(kāi)專(zhuān)利21件；格羅夫公開(kāi)專(zhuān)利20件，其中實(shí)用新型共計(jì)18件；大洋電機(jī)和日本礙子均公開(kāi)專(zhuān)利14件。

圖1－3 標(biāo)準(zhǔn)化申請(qǐng)人專(zhuān)利9月公開(kāi)／授權(quán)排名

在燃料電池測(cè)試平臺(tái)方面，武漢中極氫能公開(kāi)了燃料電池測(cè)試臺(tái)用氫氣循環(huán)裝置、氣體加濕裝置以及圖形用戶界面；北京新研創(chuàng)能在現(xiàn)有電堆測(cè)試平臺(tái)的基礎(chǔ)上增加了在線內(nèi)阻檢測(cè)單元；科威爾公開(kāi)了一種可滿足大功率燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試需要且能同時(shí)滿足功率等級(jí)向下兼容的測(cè)試需要的燃料電池測(cè)試臺(tái)；武漢海億新能源公開(kāi)了一種機(jī)柜式電堆測(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)，該測(cè)臺(tái)為三柜式布局結(jié)構(gòu)，其空氣系統(tǒng)、水路系統(tǒng)、氫氣系統(tǒng)三大子系統(tǒng)的布局在空間上進(jìn)行了分隔處理；大連銳格新能源公開(kāi)了一種燃料電池氫氣循環(huán)泵測(cè)試臺(tái)用氫氣回收裝置。

二、國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人專(zhuān)利公開(kāi)情況

2．1 國(guó)內(nèi)整車(chē)廠9月專(zhuān)利公開(kāi)情況

圖2－1 整車(chē)廠9月專(zhuān)利公開(kāi)情況

國(guó)內(nèi)整車(chē)廠在9月的專(zhuān)利公開(kāi)情況如圖2－1所示。其中，格羅夫公開(kāi)專(zhuān)利20件，涉及較多與燃料電池車(chē)輛結(jié)構(gòu)、部件相關(guān)的專(zhuān)利；鄭州宇通公開(kāi)專(zhuān)利7件，主要涉及熱管理、系統(tǒng)控制以及吹掃控制等；中國(guó)一汽公開(kāi)公開(kāi)專(zhuān)利6件，主要涉及電堆冷啟動(dòng)能力評(píng)估方法、膜電極密封裝置的制備夾具以及去除GDL中的水的方法；東風(fēng)汽車(chē)公開(kāi)專(zhuān)利5件，上汽集團(tuán)公開(kāi)專(zhuān)利4件；長(zhǎng)安汽車(chē)、長(zhǎng)城汽車(chē)均公開(kāi)專(zhuān)利3件，其中長(zhǎng)安汽車(chē)公開(kāi)的專(zhuān)利主要涉及車(chē)用燃料電池能量分配和氫泄漏檢測(cè)。

2．2 燃料電池企業(yè)9月專(zhuān)利公開(kāi)情況

圖2－2 燃料電池企業(yè)9月專(zhuān)利公開(kāi)情況

國(guó)內(nèi)燃料電池企業(yè)在9月的專(zhuān)利公開(kāi)情況如圖2－2所示。其中，濰柴動(dòng)力公開(kāi)專(zhuān)利21件，主要涉及氫燃料電池輸出功率控制、電堆封裝結(jié)構(gòu)、陽(yáng)極保護(hù)結(jié)構(gòu)以及SOFC相關(guān)專(zhuān)利等；大洋電機(jī)公開(kāi)相關(guān)專(zhuān)利14件，主要涉及冷啟動(dòng)、氫氣循環(huán)裝置以及空壓機(jī)控制等；無(wú)錫先導(dǎo)公開(kāi)專(zhuān)利11件，主要涉及膜電極及其組件的制備方法和制備裝置、雙極板生產(chǎn)線、電堆生產(chǎn)線等；上海捷氫、浙江氫谷均公開(kāi)專(zhuān)利9件，其中浙江氫谷公開(kāi)的專(zhuān)利主要涉及排放回收，具體包括尾氣水分離裝置、氫氣與空氣混合及液相存儲(chǔ)器等。其他在9月公開(kāi)相關(guān)專(zhuān)利的企業(yè)還包括武漢中極氫能、河南豫氫、魔方新能源、上海杰寧新能源、鋒源氫能、上海電氣、深圳國(guó)氫、愛(ài)德曼、明宇新能源、上海驥翀等。

2．3 科研院所（校）9月專(zhuān)利公開(kāi)情況

圖2－3 燃料電池科研院所（校）9月專(zhuān)利公開(kāi)情況

燃料電池相關(guān)科研院所（校）在9月的專(zhuān)利公開(kāi)情況如圖2－3所示。其中，吉林大學(xué)公開(kāi)專(zhuān)利8件，主要涉及動(dòng)力系統(tǒng)能量管理、水回收裝置、氫氣尾排氣裝置以及排放優(yōu)化裝置等；武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所公開(kāi)專(zhuān)利6件，主要涉及石墨雙極板制造、碳紙疏水預(yù)處理以及燃料電池注膠模具等；華南理工大學(xué)公開(kāi)專(zhuān)利5件，主要涉及催化劑、膜電極制備等。其他在9月公開(kāi)相關(guān)專(zhuān)利的科研院所（校）還包括中科院大連化物所、同濟(jì)大學(xué)、西安交通大學(xué)、電子科技大學(xué)、清華大學(xué)等。

三、部分申請(qǐng)人公開(kāi)專(zhuān)利解讀

3．1 豐田公司

2020年9月，豐田公司在燃料電池領(lǐng)域共公開(kāi)專(zhuān)利118件，主要涉及電堆、系統(tǒng)控制、空氣系統(tǒng)等技術(shù)分支。下文分析的豐田公司燃料電池相關(guān)專(zhuān)利的專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為JP2020140931A、JP2020149843A。JP2020140931A主要涉及燃料電池從間歇發(fā)電轉(zhuǎn)換為通常發(fā)電時(shí)的過(guò)程控制；JP2020149843A涉及平衡燃料電池電堆內(nèi)部的水分分布。

3．1．1 JP2020140931A——燃料電池系統(tǒng)控制

當(dāng)燃料電池車(chē)輛短暫停止時(shí)，為了抑制各單電池電壓下降，此時(shí)仍會(huì)供給燃料氣體和氧化氣體（先供應(yīng)燃料氣體，再供應(yīng)氧化氣體）。另外，為了將各單電池的電壓維持在規(guī)定的電壓范圍內(nèi)會(huì)暫時(shí)停止發(fā)電，即間歇運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)從間歇運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)切換至通常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，出現(xiàn)了以下問(wèn)題：由于陽(yáng)極側(cè)上存在水堵塞造成部分電池發(fā)生燃料氣體供應(yīng)不足，此時(shí)陽(yáng)極側(cè)電勢(shì)增加，引起電壓反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，陽(yáng)極催化劑發(fā)生劣化。另外，由于部分電池中氧化氣體過(guò)量供應(yīng)，使得電池電壓升高并超過(guò)氧化還原電位，使得陰極催化劑發(fā)生劣化。

圖3－1－1 JP2020140931A燃料電池系統(tǒng)示意圖

為了防止從間歇運(yùn)轉(zhuǎn)切換至通常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)燃料電池性能發(fā)生下降，專(zhuān)利JP2020140931A提出了一種燃料電池系統(tǒng)（見(jiàn)上圖）控制方法，通過(guò)向電堆供應(yīng)和循環(huán)比實(shí)際需求量更多的燃料氣體，來(lái)抑制燃料氣體缺乏引起的陽(yáng)極催化劑劣化。另外，在供給更多燃料氣體的同時(shí)，吹掃出陽(yáng)極側(cè)不均勻分布的液態(tài)水，并將陰極側(cè)不均勻分布液態(tài)水從陰極側(cè)向陽(yáng)極側(cè)吹掃出。具體控制流程如下：首先，控制單元700執(zhí)行通常發(fā)電過(guò)程，當(dāng)指示執(zhí)行間歇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，控制單元將各單電池的電壓維持在預(yù)定范圍內(nèi)；當(dāng)間歇運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束轉(zhuǎn)變?yōu)橥ǔ０l(fā)電過(guò)程時(shí)，控制單元執(zhí)行過(guò)渡處理，將燃料氣體供給量設(shè)定為大于電堆所需發(fā)電量相對(duì)應(yīng)的燃料氣體量，并使其充分循環(huán)；在完成足夠的燃料氣體供應(yīng)后，開(kāi)始供給所需的氧化氣體量，使燃料電池開(kāi)始發(fā)電，并同時(shí)通過(guò)電池單元監(jiān)控器580獲取每個(gè)單電池的電壓；當(dāng)單電池電壓升高并接近氧化還原電壓ORP時(shí)，控制單元執(zhí)行增加發(fā)電量命令，使單電池電壓低于其上限電壓Vcu；當(dāng)氧化氣體供應(yīng)量達(dá)到要求值時(shí)，控制單元結(jié)束過(guò)渡過(guò)程中并使燃料電池轉(zhuǎn)變?yōu)橥ǔ０l(fā)電過(guò)程。

圖3－1－2 JP2020140931A燃料電池系統(tǒng)控制流程圖

3．1．2 JP2020149843A——平衡燃料電池電堆內(nèi)部的水分分布

燃料電池中膜電極的濕度會(huì)直接影響燃料電池發(fā)電性能，當(dāng)燃料電池長(zhǎng)時(shí)間高功率運(yùn)行時(shí)，膜電極溫度較高，容易因缺水而導(dǎo)致膜電極干燥進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)電效率降低。而在燃料電池電堆內(nèi)部，水分分布不均衡，在陰極氣體和陽(yáng)極氣體入口側(cè)，氣體較為干燥；而隨著陽(yáng)極氣體反應(yīng)生成水分，在陽(yáng)極氣體下游水分逐漸升高，甚至產(chǎn)生液態(tài)水。與此同時(shí)，陽(yáng)極氣體下游的液態(tài)水會(huì)通過(guò)電解質(zhì)膜滲透到陰極側(cè)，導(dǎo)致相同部位陰極側(cè)氣體水分含量較高。為了解決高溫狀態(tài)下燃料電池膜電極缺水以及電堆內(nèi)部水分分布不均勻的問(wèn)題，豐田公司在設(shè)計(jì)氣體流道時(shí)進(jìn)行了改進(jìn)，將陽(yáng)極氣體和陰極氣體的流道設(shè)計(jì)為流動(dòng)方向相反，并且在氣體流動(dòng)路徑上設(shè)置有氣體阻力改變結(jié)構(gòu)，使得進(jìn)氣端和排氣端的氣體阻力較小，而中間部位氣體阻力較大，由此強(qiáng)迫氣體充分與電解質(zhì)膜接觸，使得氣體攜帶的水分充分濕潤(rùn)膜電極。參見(jiàn)下圖，陽(yáng)極氣體由左上角進(jìn)入，由右下角排出，而陰極氣體由左下角進(jìn)入，由右上角排出，陽(yáng)極氣體和陰極氣體流動(dòng)的方向相反，這樣陰極氣體的排氣端即為陽(yáng)極氣體的進(jìn)氣端，此時(shí)陰極氣體水分較高，水分由電解質(zhì)膜滲透到陽(yáng)極側(cè)，可以充分濕潤(rùn)陽(yáng)極氣體進(jìn)氣端的干燥氣體。

圖3－1－3 JP2020149843A氣體流動(dòng)示意圖

此外，豐田公司還在雙極板（隔板）上設(shè)置了節(jié)流部16，節(jié)流部16位于雙極板的槽中，可以改變氣體流動(dòng)的阻力。節(jié)流部16分別設(shè)置于氣體進(jìn)氣端和排氣端，當(dāng)氣體由進(jìn)氣端經(jīng)過(guò)節(jié)流部16進(jìn)入膜電極時(shí)，節(jié)流部16減少了氣體通道的橫截面積，因此可以迫使氣體更多的經(jīng)過(guò)氣體擴(kuò)散層到達(dá)催化劑層。而在排氣端，膜電極中間的氣體經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)，氣體量減少，此時(shí)排氣端的節(jié)流部16可以讓氣體更多的保留在膜電極中間部位，也能減少氣體流出時(shí)帶走水分，提高膜電極中間部分的濕度。由此，豐田公司通過(guò)設(shè)置節(jié)流部能夠進(jìn)一步平衡電堆內(nèi)部的水分分布，避免膜電極過(guò)度干燥，提升燃料電池運(yùn)行效率。

圖3－1－4 JP2020149843A雙極板上設(shè)置有節(jié)流部

3．2 現(xiàn)代公司

2020年9月，現(xiàn)代公司在燃料電池領(lǐng)域共公開(kāi)專(zhuān)利29件，主要涉及電堆、系統(tǒng)控制等技術(shù)分支。下文分析的現(xiàn)代公司燃料電池相關(guān)專(zhuān)利的專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為KR1020200109959A。KR1020200109959A主要涉及通過(guò)紫外線粘合劑涂層來(lái)防止生成水向電解質(zhì)膜移動(dòng)以及改善電極層與電解質(zhì)膜之間的界面結(jié)合力。

3．2．1 KR1020200109959A——膜電極組件及其制造方法

陰極催化劑層處的生成水以反向擴(kuò)散形式向電解質(zhì)膜移動(dòng)時(shí)，溶解在水中的Pt離子也會(huì)隨水移動(dòng)到電解質(zhì)膜中并沉積其中。在燃料電池頻繁啟停過(guò)程中，沉積在電解質(zhì)膜中的催化劑金屬量增加，反應(yīng)氣體通過(guò)滲透可直接在電解質(zhì)膜上發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)熱以及反應(yīng)產(chǎn)生的過(guò)氧化氫會(huì)使電解質(zhì)膜發(fā)生劣化，甚至?xí)�使電解質(zhì)膜發(fā)生穿孔。另外，隨著燃料電池的運(yùn)行，電極層與電解質(zhì)膜之間的界面結(jié)合力會(huì)減弱，使得膜電極組件發(fā)生損壞，導(dǎo)致燃料電池性能和耐久性的降低。

圖3－2－1 帶有紫外線粘合劑涂層的MEA制作過(guò)程

為了防止生成水向電解質(zhì)膜移動(dòng)以及改善電極層與電解質(zhì)膜之間的界面結(jié)合力，現(xiàn)代提出了在電解質(zhì)膜表面形成一種紫外線粘合劑涂層，然后在該涂層上結(jié)合電極層。紫外線粘合劑涂層漿料可包含光引發(fā)劑、親水性單體、功能性單體、疏水劑、溶劑以及添加劑等。制備方法為：首先混合親水性單體和功能性單體，然后將光引發(fā)劑注入至混合漿料中并充分分散，然后添加疏水劑、溶劑以及添加劑等制備成紫外線粘合劑涂層漿料（該漿料具有300cPs至500cPs的粘度）。將紫外線粘合劑涂層漿料涂覆至電解質(zhì)膜表面，然后將電極層結(jié)合至該涂層，從電極層照射紫外線來(lái)使紫外線粘合劑涂層漿料固化，形成具有較強(qiáng)疏水性，導(dǎo)電性和粘合性的涂層。其中光引發(fā)劑可選取2，2－二甲氧基－2－苯基苯乙酮，1－羥基環(huán)己基苯基酮和包含苯偶姻甲基醚的化合物；親水性單體可選自丙烯酸2－乙基己酯（2－EHA），丙烯酸異辛酯（IOA），丙烯酸丁酯（BA），丙烯酸異癸酯（IDA）等；功能性單體可選自丙烯酸（AAC）；疏水劑可選自聚四氟乙烯（PTFE），氟化乙烯丙烯（FEP），四氟乙烯（PFA）及其組合；溶劑可選自去離子水（DI），異丙醇（IPA）及其組合；添加劑可以選自咪唑鎓鹽，吡啶鎓鹽，a鹽及其組合。

3．3 本田公司

2020年9月，本田公司在燃料電池領(lǐng)域共公開(kāi)專(zhuān)利27件，主要涉及電堆、整車(chē)、檢驗(yàn)檢測(cè)等技術(shù)分支。下文分析的本田公司燃料電池相關(guān)專(zhuān)利的專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為US10784525B2。US10784525B2主要涉及以低成本對(duì)燃料電池輸出進(jìn)行檢查。

3．3．1 US10784525B2——燃料電池輸出檢測(cè)方法

為了對(duì)電堆進(jìn)行輸出檢查，現(xiàn)有技術(shù)采取讓電極間流過(guò)大電流來(lái)進(jìn)行燃料電池輸出測(cè)量，此種測(cè)試方法需要采用耐大電流測(cè)試設(shè)備以及消耗大量的反應(yīng)氣體，使得測(cè)試成本較高。然而為了降低成本，僅通過(guò)使電極間流動(dòng)小電流來(lái)進(jìn)行輸出測(cè)量，則存在精度不準(zhǔn)確的問(wèn)題。這是因?yàn)榇箅娏鳒y(cè)量時(shí)，由于電堆輸出電流大，導(dǎo)致輸出電壓低于氧化還原電位，因此起到了還原催化劑的作用；而測(cè)試電流較小時(shí)，由于輸出電壓高于氧化還原電位，因此輸出電壓可能受到催化劑氧化狀態(tài)的影響，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確�；�于此，專(zhuān)利US10784525B2提出一種燃料電池輸出檢測(cè)方法，在進(jìn)行輸出檢測(cè)前對(duì)電極催化劑進(jìn)行還原處理，然后采用流通小電流的方式來(lái)進(jìn)行輸出檢測(cè)，具體如下：首先，將組裝后的電池堆14設(shè)置于輸出檢測(cè)裝置10處，具體見(jiàn)圖3－3－1。

圖3－3－1 US10784525B2燃料電池輸出檢測(cè)示意圖

對(duì)電極催化劑實(shí)施還原處理工序，向陽(yáng)極電極26供給燃料氣體，向陰極電極28供給惰性氣體（如氮?dú)猓�，同時(shí)調(diào)節(jié)電堆14的溫度以及氣體露點(diǎn)來(lái)抑制電堆發(fā)生水淹和防止電解質(zhì)膜發(fā)生干燥。在供給氣體的同時(shí)，通過(guò)電壓施加部對(duì)電堆14施加循環(huán)升降的電壓（電極催化劑還原電位0．75V，施加循環(huán)升降電壓的范圍為0．08～1．00V，循環(huán)2次以上）以更有效地還原電極催化劑表面。在完成還原處理工序之后進(jìn)行輸出測(cè)定工序，此時(shí)停止電壓施加并將惰性氣體供應(yīng)替換成氧化氣體供應(yīng)，并通過(guò)通電部將陰陽(yáng)極電氣連接。在測(cè)定工序中，采取流通小電流的方式來(lái)進(jìn)行輸出檢測(cè)。

3．4 博世公司

2020年9月，博世公司在燃料電池領(lǐng)域共公開(kāi)專(zhuān)利13件，主要涉及電堆、空氣系統(tǒng)、氫系統(tǒng)等技術(shù)分支。下文分析的博世公司燃料電池相關(guān)專(zhuān)利的專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為DE102019202703A1。DE102019202703A1主要涉及通過(guò)使電堆保持相對(duì)干燥來(lái)減少停機(jī)時(shí)吹掃液態(tài)水的能量消耗。

3．4．1 DE102019202703A1——使電堆保持相對(duì)干燥來(lái)減少停機(jī)時(shí)吹掃液態(tài)水的能量消耗

當(dāng)燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行在低溫環(huán)境時(shí)（低于水的冰點(diǎn)溫度），在燃料電池停機(jī)過(guò)程中必須將電堆內(nèi)部的液態(tài)水進(jìn)行吹掃，以避免液態(tài)水結(jié)冰對(duì)電堆造成損傷。而燃料電池吹掃過(guò)程需要空壓機(jī)全功率運(yùn)行20－30秒，這樣就容易造成電能的浪費(fèi)。

為了解決上述問(wèn)題，博世公司在燃料電池氣體通道上設(shè)置了氣態(tài)水吸附裝置4，可以將氣體中的氣態(tài)水進(jìn)行充分吸收，由此確保電堆內(nèi)部的氣體水分含量很低。吸濕裝置可以采用吸濕性固體如硅膠等。為了進(jìn)一步提升除濕效果，可以利用冷卻裝置對(duì)氣態(tài)水吸附裝置4進(jìn)行冷卻，排出吸收的水分。此外，還可以利用附加的加熱裝置對(duì)電堆進(jìn)行加熱，確保除濕過(guò)程中電堆內(nèi)部?jī)H含有氣態(tài)水而減少液態(tài)水含量。

圖3－4－1 DE102019202703A1燃料電池系統(tǒng)示意圖

3．5 儲(chǔ)氫罐部分公開(kāi)專(zhuān)利一覽