導(dǎo)讀

各位讀者大家好，2020年8月燃料電池全球?qū)＠�監(jiān)控報告全新發(fā)布。本期監(jiān)控報告的內(nèi)容主要包括三個部分，分別為：1、2020年8月燃料電池領(lǐng)域公開專利整體情況介紹；2、國內(nèi)申請人專利公開情況介紹；3、部分申請人介紹及其公開專利解讀，具體包括豐田公司燃料電池劣化判定以及雙極板流場設(shè)計原理；現(xiàn)代公司燃料電池抗氧化劑以及在緊急情況下用于耗盡剩余電力的燃料電池系統(tǒng)。

一、整體情況介紹

1．1 專利公開地域情況

2020年8月，燃料電池領(lǐng)域在全球范圍內(nèi)公開／授權(quán)的專利共1124件，較上月相比（1296），數(shù)量有一定下降。本月，中國地區(qū)專利公開數(shù)量較上月（699）而言下降較多，發(fā)明申請專利公開和實用新型專利公告數(shù)量均有一定幅度下降。部分公開國家／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)燃料電池專利8月公開／授權(quán)情況

1．2 專利技術(shù)分支情況

圖1－2 燃料電池專利8月公開／授權(quán)的技術(shù)分布

1．3 申請人專利申請情況

將專利申請人經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理后，對標(biāo)準(zhǔn)化申請人的專利申請數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計，如圖1－3所示。本月，豐田公司公開專利119件，其中發(fā)明申請和發(fā)明授權(quán)數(shù)量分別為77、42件；本田公司和日產(chǎn)公司均公開專利30件，其中日產(chǎn)公司公開專利中，發(fā)明授權(quán)專利較多；博世公司、上海氫晨、上海神力、億華通和中國一汽均公開專利10件。

圖1－3 標(biāo)準(zhǔn)化申請人專利8月公開／授權(quán)排名

在燃料電池電堆活化方面，上海電氣提出通過供給加濕氣體，并在熱機(jī)后通過階梯狀加載電流來對電堆進(jìn)行活化；威孚高科提出通過預(yù)濕來使質(zhì)子交換膜和電極潤濕，并利用開路電路去除膜電極表面的雜質(zhì)等來使膜電極快速激活，并通過供給未加濕的空氣來進(jìn)行變電流強(qiáng)制活化。張家口市氫能科技有限公司提出一種電堆活化裝置，該裝置包括電子負(fù)載、電壓巡檢儀、控制控制器、電堆、風(fēng)機(jī)等，可使電堆溫度始終在適宜的溫度范圍內(nèi)來自動執(zhí)行活化工藝程序；另外，該申請人還提出一種電堆活化方法，可利用燃料電池自身反應(yīng)的水來對電極進(jìn)行初步潤濕，并采用恒電壓輸出模式，控制反應(yīng)溫度來快速完成電堆活化。

二、國內(nèi)申請人專利公開情況

2．1 國內(nèi)整車廠8月專利公開情況

圖2－1 整車廠8月專利公開情況

國內(nèi)整車廠在8月的專利公開情況如圖2－1所示。其中，中國一汽公開10件專利，主要涉及電堆結(jié)構(gòu)、雙極板、膜電極組件制造以及膜電極測試等；格羅夫公開專利5件，主要涉及燃料電池低溫啟動以及低壓下電等；鄭州宇通公司公開專利4件，主要涉及燃料電池功率、能量控制以及熱管理等。其他在8月公開相關(guān)專利的整車廠還包括長城汽車、東風(fēng)汽車、武漢泰歌、中車青島四方、北汽集團(tuán)、江淮汽車以及金龍汽車等。

2．2 燃料電池企業(yè)8月專利公開情況

圖2－2 燃料電池企業(yè)8月專利公開情況

國內(nèi)燃料電池企業(yè)在8月的專利公開情況如圖2－2所示。上海神力、上海氫晨以及億華通均公開10件專利，其中，上海神力的公開專利主要涉及雙極板制造與檢測、系統(tǒng)模擬設(shè)備等；上海氫晨的公開專利主要涉及雙極板、集流板以及端板等；億華通的公開專利主要涉及氫系統(tǒng)相關(guān)部件（止回閥、調(diào)壓裝置）、控制器以及硬件在線測試平臺等。風(fēng)氫揚本月公開專利9件，主要涉及電堆溫度控制、冷卻與散熱系統(tǒng)以及燃料電池箱體等；深圳雄韜本月公開專利8件，具體申請主體包括深圳雄韜電源科技、深圳氫雄以及上海氫雄。其他在8月公開相關(guān)專利的企業(yè)還包括濰柴動力、江蘇國富氫能、上海舜華、威孚高科以及張家口氫能科技、鄂爾多斯國科能源、格力電器、深圳國氫等。

2．3 科研院所（校）8月專利公開情況

圖2－3 燃料電池科研院所（校）8月專利公開情況

燃料電池相關(guān)科研院所（校）在8月的專利公開情況如圖2－3所示。其中，中科院大連化物所公開專利8件，主要涉及雙極板制作以及單電池檢測等；電子科技大學(xué)公開7件專利，主要涉及空冷燃料電池相關(guān)技術(shù)，包括陽極側(cè)電流實時監(jiān)測、進(jìn)出口溫度檢測、溫度矩陣分布以及最佳工作點恒功率測試方法等；清華大學(xué)公開7件專利，主要涉及雙極板制造、低溫啟動以及停機(jī)吹掃等。其他在8月公開相關(guān)專利的科研院所（校）還包括西安交通大學(xué)、武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所、福州大學(xué)、上海交通大學(xué)以及武漢理工大學(xué)等。

三、部分申請人及公開專利介紹

3．1 豐田公司

2020年8月，豐田公司在燃料電池領(lǐng)域共公開專利119件，主要涉及電堆、系統(tǒng)控制、儲氫等技術(shù)分支。

下文分析的豐田公司燃料電池相關(guān)專利的專利公開號為JP2020126719A、US20200266454A1、US20200266453A1。其中，JP2020126719A涉及燃料電池劣化判定；US20200266454A1、US20200266453A1涉及雙極板流場設(shè)計原理。

3．1．1 JP2020126719A——燃料電池劣化判定

燃料電池系統(tǒng)需要定期進(jìn)行維護(hù)和檢查，為了確定燃料電池部件的劣化，現(xiàn)有技術(shù)將測試片設(shè)置在燃料電池容納空間內(nèi)，由于該空間在燃料電池外部，因此難以充分地確定燃料電池內(nèi)部催化劑層（催化劑層在此均值陰極催化劑層）的劣化。

為了解決此問題，專利JP2020126719A提出由于燃料電池內(nèi)部環(huán)境易受到輸入氧化氣體干濕變化的影響，可通過測試安裝在氧氣排出口與調(diào)壓閥之間的測試片上的測試催化劑層的劣化程度來判斷燃料電池催化劑層的劣化程度。

JP2020126719A燃料電池系統(tǒng)如圖所示，測試片安裝部70設(shè)置在氧化氣體排出口部與調(diào)壓閥之間，沿氧化氣體的流動方向Fd觀察時，測試片安裝部呈L字形。測試片90通過緊固部件設(shè)置在保持部分72中；測試片包括測試催化劑層92與框架部分，其中測試催化劑層92與陰極催化劑層類似。

圖3－1 專利JP2020126719A燃料電池系統(tǒng)示意圖

圖3－2 測試片安裝部空間位置示意圖（左）、測試片90示意圖（右）

當(dāng)在維護(hù)過程中執(zhí)行燃料電池劣化判定處理時，首先將測試片從安裝部取出，然后采取電化學(xué)裝置通過測量測試催化劑層的活性保持率來判定測試催化劑層的劣化程度，測試條件為電壓0．86V，相對濕度80％；當(dāng)活性保持率的值超過第一閾值（第一閾值為確定燃料電池是否劣化到需要更換程度的值，該閾值與燃料電池行駛所需發(fā)電量和產(chǎn)生該發(fā)電量所需要的發(fā)電性能有關(guān)、并與單電池催化劑層的活性保持率有一定的關(guān)聯(lián)性）時，此時還需要進(jìn)一步測試燃料電池催化劑層的劣化程度，若測得活性保持率的值未超過第二閾值（第二閾值為用于確定燃料電池20的發(fā)電性能是否已經(jīng)劣化到執(zhí)行劣化抑制控制所需程度的值，該閾值設(shè)定與第一閾值類似），則需要執(zhí)行劣化抑制處理。劣化抑制處理可通過如縮短燃料電池的掃氣時間及掃氣量，使掃氣處理后的燃料電池中的濕度在50％以上，并完成維護(hù)劣化測試過程。另外，當(dāng)活性保持率的值小于第一閾值時，此時則需要更換燃料電池。劣化判定流程圖參見圖3－3。

圖3－3 劣化判定流程圖

3．1．2 US20200266454A1、US20200266453A1——雙極板流場設(shè)計原理

豐田公司在8月公開了兩件雙極板流場設(shè)計原理方面的專利，尤其是針對雙極板入口和出口的流場設(shè)計，通過使用反滲透率場設(shè)計和基于反應(yīng)擴(kuò)散算法來對通道間距進(jìn)行建模，從而提供可變節(jié)距的微通道模式，以將流體從入口引導(dǎo)至出口，改變了費時費力的人工設(shè)計方式。通過對Gray－Scott反應(yīng)擴(kuò)散方程的擴(kuò)散系數(shù)的各向異性定義，將優(yōu)化設(shè)計空間的滲透性與微通道設(shè)計布局相關(guān)聯(lián)，以獲得各向異性微通道布局。Gray－Scott反應(yīng)擴(kuò)散方程不僅模擬化學(xué)反應(yīng)的基本過程，而且還可以導(dǎo)致物質(zhì)的模式與自然界中的模式非常相似，例如斑馬上的條紋，豹皮，蝴蝶上的斑點，沙灘上的漣漪，葉子上的靜脈圖案。典型的設(shè)計圖案參看下圖：

圖3－4 典型設(shè)計圖案示意圖

3．2 現(xiàn)代公司

2020年8月，現(xiàn)代公司在燃料電池領(lǐng)域共公開專利20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)專利的專利公開號為KR1020200099368A、US10756369B2。KR1020200099368A主要涉及燃料電池抗氧化劑；US10756369B2主要涉及在緊急情況下耗盡燃料電池系統(tǒng)的剩余電力。

3．2．1 KR1020200099368A——燃料電池抗氧化劑

燃料電池在運行過程中，燃料氣體和氧化劑氣體的反應(yīng)過程中會產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的自由基，這些自由基會攻擊電解質(zhì)膜，導(dǎo)致電解質(zhì)膜的化學(xué)降解，并影響燃料電池的使用壽命。為了緩解電解質(zhì)膜的化學(xué)衰減，通常會向膜電極中添加抗氧化劑，抗氧化劑具有自由基清除劑功能或者過氧化氫分解劑功能，常見的抗氧化劑包括氧化鈰等。然而氧化鈰的長期穩(wěn)定性不高，為了提高抗氧化劑的長期化學(xué)穩(wěn)定性，現(xiàn)代公司研發(fā)了新型抗氧化劑。

新型抗氧化劑包括錫摻雜的氧化鈰，在摻錫二氧化鈰中，二氧化鈰的一些四價鈰離子（Ce4＋）可以被錫離子（Sn2＋）取代。錫摻雜的氧化鈰可以由下面化學(xué)式表示：    

其中，0 ＜x≤0．5，并且其中δ是式（I）的化合物是電中性的氧空位值。

抗氧化劑可以通過各種方法合成，例如水熱合成法，火焰水解沉積法和溶膠－凝膠自燃法等，優(yōu)選可以通過在氫氣氛下通過水熱合成來還原鈰而合成。

3．2．2 US10756369B2——在緊急情況下用于耗盡剩余電力的燃料電池系統(tǒng)

燃料電池車輛一旦發(fā)生碰撞，燃料電池內(nèi)部殘存的高電壓可能導(dǎo)致進(jìn)一步的危害。雖然在發(fā)生碰撞事故后，燃料電池系統(tǒng)會及時切斷燃料氣體和氧化氣體的供應(yīng)，但是燃料電池內(nèi)部仍然有未反應(yīng)完畢的氣體，因此需要將燃料電池內(nèi)部的剩余電力消耗掉。

現(xiàn)代公司在燃料電池電力輸出端口設(shè)置了放電電路，放電回路包括放電電阻22和開關(guān)24，開關(guān)由控制器來控制其通斷狀態(tài)。燃料電池系統(tǒng)整車運行時，開關(guān)24斷開，放電回路不導(dǎo)通。而當(dāng)車輛發(fā)生事故時，控制器讓開關(guān)24閉合，放電回路閉合，燃料電池內(nèi)部剩余電力通過放電電阻22被消耗掉。

圖3－5 US10756369B2放電電路

3．3 雙極板部分公開專利一覽