導讀：

各位讀者大家好，2021年04月燃料電池全球專利監(jiān)控報告全新發(fā)布～本期監(jiān)控報告主要內容包括三個部分，分別為：

1、2021年04月燃料電池領域公開專利整體情況介紹；

2、國內申請人專利公開情況介紹；

3、部分申請人公開專利介紹，具體專利技術包括豐田公司燃料電池冷藏車用電源系統(tǒng)、燃料電池老化處理方法；本田公司燃料電池MEA漏電檢測、燃料電池啟動方法；博世公司＆尼古拉雙堆燃料電池系統(tǒng)工作方法。儲氫相關技術部分專利一覽等。

1． 整體情況介紹

1．1 專利公開地域情況

2021年4月，燃料電池領域在全球范圍內公開／授權的專利共1259件，與上月數據相當。本月，中國地區(qū)專利公開數量786件，其中發(fā)明專利申請公開424件、發(fā)明專利授權公告共164件；日本公開專利數量136件，美國公開專利數量95件，德國公開專利數量75件。部分公開國家／地區(qū)／組織以及數量情況如圖1－1所示。

圖1－1 部分地區(qū)燃料電池專利4月公開／授權情況

1．2 專利技術分支情況

圖1－2 燃料電池專利4月公開／授權的技術分布

1．3 申請人專利申請情況

將專利申請人經過標準化處理后，對標準化申請人的專利申請數量進行統(tǒng)計，如圖1－3所示。本月，豐田公司公開專利77件，其中發(fā)明專利授權公告44件；格羅夫公開專利63件，其中發(fā)明專利申請公開共59件；博世公司公開專利46件、大眾公司與奧迪公司共公開專利38件、現(xiàn)代公司公開專利37件；中科院大連化物所公開專利35件，其中發(fā)明專利授權公告14件；濰柴動力公開專利21件，億華通公開專利19件，可隆工業(yè)與清華大學均公開專利15件；上海捷氫、新源動力、智慧能源、中國一汽均公開專利9件。

圖1－3 標準化申請人專利4月公開／授權排名

在電堆壓堆與封裝技術上，現(xiàn)代公司公開了一種電堆緊固裝置與緊固方法，通過該裝置與緊固方法可有效防止絕緣板在組裝時被其他部件干擾或妨礙，從而顯著增強組裝效率；上海重塑公開了一種電堆封裝結構，通過在通風組件進氣管和出氣管上設置多個氣孔，可通過吹風將進氣處的氫氣吹散，并利用出氣管將殼體內的氣體排出，防止部分氫氣進入至陰極，保障燃料電池工作安全性與性能；上海捷氫公開一種電堆封裝箱，該封裝箱通過支撐導向結構以及可調節(jié)支撐導向桿實現(xiàn)電堆的有效導向、定位和支撐，從而有效保護電堆；武漢泰歌公開了一種電堆組裝機構，該組裝機構通過夾具將待裝配電堆固定在機架上，然后利用驅動裝置將夾具轉動至需要角度，保證裝配所需條件、解決懸吊安裝掉落的問題；愛德曼氫能公開了一種電堆封裝裝置，通過連接桿二升降、伺服驅動電機滑動，伺服驅動電機帶動起子套筒給到上罩殼與燃料電池堆一面加裝螺栓，然后通過伺服電機帶動操作臺轉動，實現(xiàn)對不同側面的加裝。

在本月公開專利合作申請上，武漢理工大學與廣東廣順新能源共同申請以下專利“一種基于充電－用氫模式的燃料電池剩余里程預測方法”、“燃料電池車輛駕駛行為分析方法、裝置和存儲介質”；博世公司與Nikola（尼古拉）共同申請以下專利：“用于使機動車的燃料電池系統(tǒng)運行方法”、“用于燃料電池電堆的冷卻系統(tǒng)”；廣東中以能源與中科院上海應物所共同申請“一種控制燃料電池穩(wěn)定供氫的裝置及其使用方法”的專利；北京科技大學與國網綜合能源服務集團共同申請“一種有效識別電堆單元放電不一致性并對其進行相應調節(jié)，以保證每個單電池電信號處于安全工作范圍內”的專利；上海重塑與同濟大學共同申請了“一種燃料電池系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了供氫單元、空氣供應單元、水熱管理單元以及電功率管理子系統(tǒng)，可提供更高的系統(tǒng)性能”的專利。

2．  國內申請人專利公開情況

2．1 國內整車廠4月專利公開情況

圖2－1 整車廠4月專利公開情況

國內整車廠在4月的專利公開情況如圖2－1所示。其中，格羅夫公開專利63件，主要涉及氫燃料電池汽車結構件、汽車駕駛控制、能量管理以及車內氫氣濃度檢測等；中國一汽公開專利9件，主要涉及燃料電池熱管理、供氫控制以及增濕系統(tǒng)等；長城汽車公開專利6件，主要涉及燃料電池車輛能量管理、車輛絕緣檢測以及空氣系統(tǒng)消聲器等；東風汽車公開專利5件，主要涉及供氫控制、金屬雙極板涂層修復以及空氣壓力調節(jié)等；中通客車公開專利5件，主要涉及電堆溫度控制方法、FC客車集成式熱管理系統(tǒng)以及氫系統(tǒng)集成工裝等；一汽解放公開專利4件、宇通客車公開專利3件，愛馳汽車以及金龍汽車以及奇瑞汽車均公開專利2件，長安汽車與飛馳汽車均公開專利1件。

2．2 燃料電池企業(yè)4月專利公開情況

圖2－2 燃料電池企業(yè)4月專利公開情況

國內燃料電池企業(yè)在4月的專利公開情況如圖2－2所示。其中，濰柴動力共公開專利21件（包括17件PCT專利），專利技術主要涉及SOFC冷卻系統(tǒng)、排氣能量再利用、系統(tǒng)啟動方法等；億華通公開專利19件，主要涉及燃料電池熱管理、動力系統(tǒng)、氫瓶支架以及引射裝置等；上海捷氫與新源動力均公開專利9件，其中上海捷氫公開專利技術主要涉及空壓機、集流板、水溫控制、加氫閥以及氣密性檢測系統(tǒng)等；愛德曼公開專利8件，主要涉及電堆組裝、金屬雙極板插入式巡檢結構以及系統(tǒng)測試裝置等。深圳國氫與武漢喜瑪拉雅光電均公開專利7件，其中深圳國氫公開專利技術主要涉及燃料電池汽車冷卻系統(tǒng)、氫氣濃度檢測系統(tǒng)以及泄漏檢測等；鋒源氫能、國鴻氫能、深圳世椿以及國電投氫能均公開專利6件，其中鋒源氫能公開專利主要涉及金屬雙極板制造方法、基板流道成型檢測以及催化劑制備等。安徽枡水、上海重塑、無錫先導智能裝備、武漢理工氫電以及浙江高成綠能均公開專利5件。其他在4月公開相關專利的企業(yè)還包括銀隆新能源、廣東喜瑪拉雅氫能、氫楓能源、未勢能源、摩氫科技等。

2．3 科研院所（校）4月專利公開情況

圖2－3 燃料電池科研院所（校）4月專利公開情況

燃料電池相關科研院所（校）在4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35件（包括1件美國專利公開），主要涉及金屬雙極板制造、膜電極及其組件制造、啟停方法等；清華大學公開專利15件，主要涉及雙極板制造、催化劑、冷啟動以及壽命預測等；北京理工大學公開專利14件，主要涉及空壓機、安全監(jiān)控系統(tǒng)、加濕系統(tǒng)等；南京大學公開專利7件，主要涉及質子交換膜以及膜電極制備等；武漢理工大學與重慶地大工研院均公開專利6件，其中武漢理工大學公開專利主要涉及質子交換膜制備、鉑催化劑回收、雙極板流場參數設計等。電子科技大學、同濟大學、武漢船用電力推進裝置研究所均公開專利5件；福州大學、浙江大學、中國科技技術大學均公開專利3件。?

3．  部分申請人及公開專利介紹

3．1 豐田公司

2021年4月，豐田公司在燃料電池領域共公開專利77件，主要涉及電堆、系統(tǒng)控制、整車等技術分支。下文分析的豐田公司燃料電池相關專利的專利公開號為JP2021052575A、JP2021064438A。JP2021052575A涉及燃料電池冷藏車用電源系統(tǒng)；JP2021064438A涉及燃料電池老化處理。

3．1．1 JP2021052575A——燃料電池冷藏車用電源系統(tǒng)

在燃料電池冷藏車工作過程中，需要確保車內冷卻裝置的電力供應。當車輛臨時停車時，需要將二次電池的電力提供給冷卻裝置，因此在二次電池與驅動裝置之間設置了繼電器，并對該繼電器進行控制以向冷卻裝置供電。然而，當用于控制該繼電器的系統(tǒng)發(fā)生故障時，可能不能為冷卻裝置供電。

基于此，豐田公司提出一種燃料電池冷藏車用電源系統(tǒng)。該電源系統(tǒng)包括燃料電池系統(tǒng)70、驅動系統(tǒng)20、冷卻裝置30、控制單元80，二次電池繼電器40等。其中，二次電池通過導線L1向驅動電機和冷卻裝置供電；驅動系統(tǒng)20包括升壓系統(tǒng)50、逆變器22、驅動電機21等。

為了保障冷卻裝置的電力供應，豐田提出了在冷藏車工作期間的電源設定處理方法。

首先，控制單元確認是否檢測到燃料電池系統(tǒng)發(fā)生故障，如當燃料電池電壓低于設定下限電壓時，則判斷燃料電池系統(tǒng)發(fā)生故障。當檢測到燃料電池系統(tǒng)發(fā)生故障時，控制單元將冷卻裝置的電源設定為二次電池，并結束電源設定處理。當未檢測到燃料電池系統(tǒng)發(fā)生故障，控制單元開始確認是否檢測到驅動系統(tǒng)發(fā)生故障，如當超過預定閾值的電流流過逆變器22時，控制單元檢測到驅動系統(tǒng)發(fā)生故障，此時控制單元將冷卻裝置的電源設置為燃料電池。當未檢測到驅動系統(tǒng)發(fā)生故障，控制單元接著判斷二次電池是否發(fā)生故障，如當二次電池電壓低于設定的下限電壓時，控制單元檢測到二次電池發(fā)生故障，此時控制單元將冷卻裝置的電源設置為燃料電池。此外，在檢測二次電池發(fā)生故障時，控制單元還可判斷燃料電池是否啟動，當燃料電池啟動時，則保持將冷卻裝置的電源設置為二次電池；在燃料電池未起動的情況下，則切斷二次電池的電力供應狀態(tài)，防止當將二次電池電力用于燃料電池系統(tǒng)啟動電源時，使用故障的二次電池來啟動燃料電池系統(tǒng)，以向冷卻裝置供電。

3．1．2 JP2021064438A——燃料電池老化處理方法

由于電解質膜水含量不足，電堆在組裝后可能出現(xiàn)發(fā)電性能不足的現(xiàn)象。而現(xiàn)有燃料電池老化處理方法中，需要耗費較長時間才能來使電解質膜水含量充足�；�于此，豐田公司提出了一種新老化處理方法，通過以最大供應壓力供給氧化氣體，并經預定時間后停止電堆發(fā)電來快速增加電解質膜的含水量并去除附著在催化劑上的雜質。詳情如下：

當燃料電池堆組裝完成后，控制裝置80將燃料氣體和氧化氣體供應到燃料電池，并啟動連接到燃料電池的負載以使燃料電池開始發(fā)電，燃料電池在發(fā)電的同時產生熱量。其中，燃料氣體以預定流量進行供給，氧化氣體以最大供應壓力（如設定為≥150kPa）進行供給。當以最大供應壓力將氧化氣體供應至燃料電池時，由于每個電池隔板的氧化氣體通道壓力升高，氧化氣體流速降低，因此氧化氣體動能降低，使得每個單元電池流路上流動的氧化氣體壓力損失減小，從而使每個單元電池的氧化氣體流量均衡。

在經預設時間后，控制裝置降低氧化氣體的回路壓力，并停止電堆發(fā)電。當電堆停止發(fā)電后，單元電池的溫度開始降低。由于氧化氣體分壓降低，水蒸氣分壓開始上升。通過在蒸汽分壓增加的狀態(tài)下停止發(fā)電，可以促進由單元電池溫度下降引起的水蒸氣結露現(xiàn)象（即水蒸氣冷凝為液態(tài)水），因此可以提前增加各單電池電解質膜的含水量并去除附著在催化劑上的雜質，縮短了燃料電池老化處理時間。

3．2 本田公司

2021年4月，本田公司在燃料電池領域共公開專利22件，主要涉及電堆、系統(tǒng)控制、儲氫相關等技術分支。下文分析的本田公司燃料電池相關專利的專利公開號為US10971744B2、CN112599819A。US10971744B2涉及燃料電池MEA漏電檢測；CN112599819A涉及燃料電池啟動方法。

3．2．1 US10971744B2——燃料電池MEA漏電檢測

當MEA在熱壓過程中產生損傷或是當碳纖維刺穿電解質膜時，MEA可能會發(fā)生漏電現(xiàn)象。在燃料電池工作過程中，反應熱會導致具有缺陷的MEA進一步發(fā)生劣化，進而影響燃料電池發(fā)電性能。因此，需要在裝堆前檢測出發(fā)生漏電的MEA，并執(zhí)行相應處理�，F(xiàn)有技術有采用施加恒流電源給電池充電并通過測量穩(wěn)定狀態(tài)時的電流值來檢測MEA是否發(fā)生漏電。然而，測量穩(wěn)定狀態(tài)下的電流值需要花費較長時間，使得檢查MEA的時間偏長。

為了縮短檢測時間，現(xiàn)有技術有提及在電流達到穩(wěn)定狀態(tài)前，通過施加更大的檢測電壓來縮短充電時間，從而縮短檢測MEA的時間。然而，電壓變化越大，電流值達至穩(wěn)定狀態(tài)所花的時間就越長。如果在電流不穩(wěn)定的狀態(tài)下進行檢查，則會導致精度降低。

基于此，本田提出了一種MEA漏電檢測方法。通過施加階段式遞減電流，可有效縮短檢測時間以及提高檢測精度。

首先，將待檢測MEA放置于檢測裝置上，通過施加載荷確保上下電極板夾持住MEA；當MEA固定后，施加電解質膜可承受的最大電壓U1（如1V）至MEA，經預定充電時間t1（如1s）后，減小施加電壓值至第二電壓U2（如0．6－0．8V）。在以第二電壓U2充電規(guī)定時間t2后（t2＞t1，t2可選6S），將電壓減小至檢測電壓U3（如0．3V），經時間t3后（t3＞t2，t3可選13s）測量電流值，同時根據電流值的大小來判斷MEA是否正常。在檢測判斷完成后即可解除電極板加壓并將MEA取出以結束檢查。

本方案通過施加較短時間的大電壓來快速對MEA進行充電；通過使施加的電壓階段式下降，減少了伴隨電壓下降產生的逆流電流量，從而減小了電流值變動；另外，利用電壓幅值較小的檢測電壓可同時兼顧檢測時間與檢測精度。

3．2．2 CN112599819A——燃料電池啟動方法

當燃料電池停止發(fā)電后，若系統(tǒng)內殘留有反應氣體，可能使得陰極側保持高電位，造成催化劑層發(fā)生劣化。為了防止該情況發(fā)生，現(xiàn)有技術中有采用排氣再循環(huán)處理（EGR處理），即在燃料電池運轉停止時將陰極流路中殘留的氧化氣體通過排氣再循環(huán)管路重新送至電堆，使電堆進行發(fā)電，同時將電堆與高壓蓄電池連接，利用電堆發(fā)電產生的電力來對高壓蓄電池充電。由此，電堆電壓降低，可利用高壓蓄電池的電力來啟動燃料電池車輛。然而，當燃料電池長時間閑置時，高壓蓄電池會因自身放電而使得SOC降低，因此沒有足夠的電力來驅動氣泵向電堆供給氧化氣體，造成燃料電池車輛無法啟動。

基于此，本田公司提出了一種燃料電池系統(tǒng)啟動方法，通過利用低壓蓄電池驅動排氣再循環(huán)泵吸入大氣并將其供給電堆中，同時從燃料罐向電堆供給燃料氣體來使電堆發(fā)電，將電堆發(fā)電產生的電力來對高壓蓄電池充電，當高壓蓄電池電力足夠時執(zhí)行通常發(fā)電。詳情如下：

燃料電池系統(tǒng)12包括電堆34、氧化氣體供給裝置36、燃料氣體供給裝置38、排氣再循環(huán)泵54（EGR泵）、高壓蓄電池14、低壓蓄電池16、升壓轉換器18、降壓轉換器28、升降壓轉換器26、控制裝置30等。

當燃料電池車輛停機時，控制器利用EGR泵執(zhí)行EGR處理，將系統(tǒng)內殘留的氧化氣體消耗掉。在車輛處于長時間閑置狀態(tài)下，若重新啟動燃料電池車輛，首先由電壓表、電流表、溫度計分別獲取高壓蓄電池、低壓蓄電池的電壓、電流以及溫度，基于高壓蓄電池、低壓的開路電壓（即獲得的電壓值）以及溫度分別計算各自的SOC，并進行記錄。判斷高壓蓄電池的開路電壓Vhocv是否大于等于驅動氣泵的閾值電壓Vth；當Vhocv＜Vth，高壓蓄電池不能驅動氣泵運轉。在此情況下，由低壓蓄電池驅動EGR泵，當EGR反轉驅動以及空氣吸入閥78打開時（t2時刻），由于因內部空氣循環(huán)產生的負壓，大氣被吸入到氧化氣體排出管路67側，并從氧化氣體出口連通口58b導入到陰極流路47中，因此陰極流量47內的氧濃度上升。在t3時刻，將阻斷閥84打開，驅動噴射器57，將燃料氣體供給到電堆，并且將高壓蓄電池與電堆連接，電堆開始進行發(fā)電并對高壓蓄電池進行充電。在Vhocv≥Vth的t4時刻，接觸器50閉合，空氣吸入閥78關閉，使用高壓蓄電池的電力驅動氣泵52，執(zhí)行通常發(fā)電。

3．3 博世公司＆尼古拉卡車

3．3．1 CN112740452A——雙堆燃料電池工作方法

為了保證燃料電池發(fā)電效率，需要對燃料電池運行溫度進行控制。如，在燃料電池運行期間需要提供有效冷卻以防止燃料電池出現(xiàn)過熱情況；另外，在低溫啟動時，需要快速提升電池溫度以提高反應效率。

基于此，博世公司與尼古拉公司共同申請專利中提及到一種高效、經濟運行燃料電池系統(tǒng)的方法，通過提出四種不同的運行模式，來保證雙堆系統(tǒng)的有效運行。具體如下：

燃料電池系統(tǒng)包括電堆22、26，第一冷卻劑回路14，第二冷卻劑回路18，旁通管路64、72，第一冷卻劑泵30、第二冷卻劑泵34，PTC加熱器42，內部空間熱交換器82等。

運行模式1：在電堆22、26不活動、第二冷卻劑泵34不活動（即第二冷卻劑回路18不活動）的情況下，通過第一冷卻劑泵30向燃料電池22輸入冷卻劑，輸入電堆的冷卻劑經PTC電熱器42加熱。在運行模式1中，第一冷卻劑回路58不活動，冷卻劑流經第一旁路管路64，同時內部空間熱交換器82不活動，以實現(xiàn)快速對電堆22進行預熱。當電堆22溫度達到可啟動的最低溫度后，電堆22開始工作，為了節(jié)省能量，此時停止PTC加熱器42工作，同時打開第二冷卻劑泵34，利用電堆22產生的廢熱加熱冷卻劑來對電堆26進行預熱。為了加速電堆26的預熱，冷卻劑同樣僅流經第二旁路管路72，同時內部空間熱交換器82可進行使用。

運行模式2：在電堆22活動，電堆26不活動的情況下，通過使冷卻劑泵30、34運行，以將冷卻劑泵送至冷卻劑回路14、18。冷卻劑經過不活動的電堆26，使電堆26保持溫暖。為了避免對冷卻劑進行不必要的加熱，在運行模式2下，PTC加熱器不進行工作（內部空間熱交換器82為運行狀態(tài)）。

運行模式3：在電堆22、26均活動的情況下，電堆22、26產生的廢熱經冷卻器62、70排走。在該模式下，PTC加熱器同樣不運行。

運行模式4：在該運行模式下，電堆26、第二冷卻器70不活動，通過降低冷卻功率，確保燃料電池車輛在外部低溫以及行車風引起冷卻風險時冷卻劑回路14、18中的冷卻劑溫度合適，此時冷卻劑繞行旁通流路72，且仍流入電堆26，使電堆26溫度保持在運行溫度范圍內。

在雙堆系統(tǒng)中，通過快速預熱單個電堆，同時利用該電堆工作產生的廢熱對另一電堆進行加熱，可有效減少電加熱器消耗的能量；通過利用系統(tǒng)中所有的冷卻器可將單個冷卻器設計得更小或者降低用于冷卻所需的排風功率；通過使冷卻劑流經不活動的電堆，并使該電堆保持在合適溫度，可降低驅動所需冷卻器的功率，實現(xiàn)節(jié)能目的。

3．4 儲氫相關技術部分專利一覽

（END）