2．3 科研院所（校）4月專利公開情況

燃料電池相關(guān)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13件，其技術(shù)主要涉及膜電極相關(guān)組件制備、雙極板、增濕器等；清華大學(xué)公開專利12件，其技術(shù)主要涉及燃料電池狀態(tài)檢測(cè)、系統(tǒng)控制等；佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院本月公開專利5件，主要涉及催化電極制備；其他在4月公開相關(guān)專利的科研院所（校）還包括：武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所、同濟(jì)大學(xué)、大連理工大學(xué)、電子科技大學(xué)、深圳大學(xué)、武漢理工大學(xué)等。

圖2－3 燃料電池科研院所（校）4月專利公開情況

三、部分申請(qǐng)人及公開專利介紹

本月第3節(jié)將對(duì)部分申請(qǐng)人的公開專利進(jìn)行解讀，并對(duì)涉及到的部分申請(qǐng)人的專利技術(shù)分支情況進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

3．1 豐田公司

圖3－1豐田公司4月公開專利技術(shù)分支情況

2020年4月，豐田公司在燃料電池領(lǐng)域共公開專利80件，主要涉及電堆、系統(tǒng)控制、儲(chǔ)氫、整車等技術(shù)分支。

下文分析的豐田公司燃料電池系統(tǒng)控制相關(guān)專利的專利公開號(hào)為US20200136157A1、JP2020057460A。其中，US20200136157A1涉及執(zhí)行刷新控制期間雜質(zhì)排放的問(wèn)題、JP2020057460A涉及當(dāng)燃料電池系統(tǒng)負(fù)載所需功率變小時(shí)的操作優(yōu)化。

3．1．1 US20200136157A1——確保執(zhí)行刷新控制期間雜質(zhì)排出

在燃料電池系統(tǒng)中，鉑催化劑會(huì)隨時(shí)間發(fā)生氧化，氧化膜和其他雜質(zhì)附著在催化劑表面進(jìn)而降低催化性能。為了恢復(fù)催化劑性能，燃料電池系統(tǒng)會(huì)通過(guò)短時(shí)間降低燃料電池的電池電壓以減少鉑催化劑表面的氧化膜并使得雜質(zhì)從催化劑表面脫落來(lái)恢復(fù)燃料電池的發(fā)電性能，這個(gè)控制方式被稱為“刷新控制”。在刷新控制期間，氧化膜由于還原反應(yīng)而變成氧氣與廢氣一起從燃料電池中排出，但是雜質(zhì)則以固態(tài)形式從鉑催化劑中脫落。如果在刷新控制之后雜質(zhì)沒(méi)有及時(shí)排出，而是殘留在燃料電池中，則當(dāng)在正常發(fā)電期間，雜質(zhì)可能重新沉積在鉑催化劑的表面上并影響燃料電池的發(fā)電性能。為了保證刷新控制期間固態(tài)雜質(zhì)能夠及時(shí)排出燃料電池，需要保證刷新期間電堆內(nèi)部的液態(tài)水含量，使得雜質(zhì)隨著液態(tài)水排出燃料電池。

然而在燃料電池執(zhí)行刷新控制期間，為了降低燃料電池電堆電壓，會(huì)減少陰極空氣進(jìn)氣量，并進(jìn)而導(dǎo)致陰極生成的水量減少，此時(shí)燃料電池不能產(chǎn)生足夠的液態(tài)水排出雜質(zhì)。為了盡可能增加液態(tài)水以排出雜質(zhì)，豐田公司設(shè)計(jì)了如圖3－2所示的系統(tǒng)。燃料電池系統(tǒng)包含兩個(gè)子燃料電池系統(tǒng)，當(dāng)燃料電池子系統(tǒng)9a執(zhí)行刷新控制時(shí)，燃料電池子系統(tǒng)9b則正常發(fā)電。此時(shí)燃料電池9a陰極生成的液態(tài)水減少，而燃料電池子系統(tǒng)9b的陰極會(huì)生成大量水分，并隨陰極廢氣排出。豐田利用燃料電池子系統(tǒng)9b陰極廢氣中大量水分對(duì)燃料電池子系統(tǒng)9a的空氣進(jìn)氣側(cè)進(jìn)行加濕，或者直接將燃料電池子系統(tǒng)9b的陰極廢氣與燃料電池子系統(tǒng)9a進(jìn)氣側(cè)空氣進(jìn)行混合，提高進(jìn)入燃料電池子系統(tǒng)9a的空氣濕度，這樣就可以保證燃料電池子系統(tǒng)9a陰極側(cè)的液態(tài)水量，盡可能通過(guò)液態(tài)水排出雜質(zhì)。此外，豐田還提出可以在執(zhí)行刷新控制期間提高電堆的冷卻效果，進(jìn)一步降低電堆內(nèi)部溫度，以降低飽和蒸氣壓，促進(jìn)陰極水分在電堆內(nèi)部凝結(jié)。

圖3－2 US20200136157A1燃料電池系統(tǒng)

3．1．2 JP2020057460A——燃料電池系統(tǒng)負(fù)載所需功率變小時(shí)的操作優(yōu)化

當(dāng)燃料電池系統(tǒng)負(fù)載所需功率變小時(shí)，燃料電池產(chǎn)生的電力變小，整個(gè)燃料電池系統(tǒng)的能量效率降低，甚至負(fù)載所需功率可能由二次電池直接提供，此時(shí)燃料電池執(zhí)行間歇操作。當(dāng)燃料電池執(zhí)行間歇操作時(shí)，為了防止電堆劣化，仍會(huì)使空壓機(jī)旋轉(zhuǎn)并向陰極側(cè)供應(yīng)空氣以將開路電壓（OCV）維持在期望范圍內(nèi)。當(dāng)空壓機(jī)供應(yīng)的空氣量高于維持開路電壓（OCV）所需空氣量時(shí)，可控制多余的空氣量在排出流路中流動(dòng)。排出多余空氣量的操作會(huì)消耗維持空壓機(jī)發(fā)送多余空氣量的電力，因此燃料電池系統(tǒng)的有效操作性存在改善空間。

基于此，JP2020057460A提出了一種燃料電池系統(tǒng)，可在燃料電池系統(tǒng)負(fù)載所需功率變小時(shí)，使燃料電池系統(tǒng)的操作更為有效。