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(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8月燃料電池領(lǐng)域公開(kāi)專利整體情況介紹；2、國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人專利公開(kāi)情況介紹；3、部分申請(qǐng)人介紹及其公開(kāi)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(chǎng)設(shè)計(jì)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(kāi)地域情況

2020年8月，燃料電池領(lǐng)域在全球范圍內(nèi)公開(kāi)／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(guó)地區(qū)專利公開(kāi)數(shù)量較上月（699）而言下降較多，發(fā)明申請(qǐng)專利公開(kāi)和實(shí)用新型專利公告數(shù)量均有一定幅度下降。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)燃料電池專利8月公開(kāi)／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(kāi)／授權(quán)的技術(shù)分布

1．3 申請(qǐng)人專利申請(qǐng)情況

將專利申請(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)專利119件，其中發(fā)明申請(qǐng)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(kāi)專利30件，其中日產(chǎn)公司公開(kāi)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(guó)一汽均公開(kāi)專利10件。

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

在燃料電池電堆活化方面，上海電氣提出通過(guò)供給加濕氣體，并在熱機(jī)后通過(guò)階梯狀加載電流來(lái)對(duì)電堆進(jìn)行活化；威孚高科提出通過(guò)預(yù)濕來(lái)使質(zhì)子交換膜和電極潤(rùn)濕，并利用開(kāi)路電路去除膜電極表面的雜質(zhì)等來(lái)使膜電極快速激活，并通過(guò)供給未加濕的空氣來(lái)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(lái)自動(dòng)執(zhí)行活化工藝程序；另外，該申請(qǐng)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(lái)對(duì)電極進(jìn)行初步潤(rùn)濕，并采用恒電壓輸出模式，控制反應(yīng)溫度來(lái)快速完成電堆活化。

二、國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人專利公開(kāi)情況

2．1 國(guó)內(nèi)整車廠8月專利公開(kāi)情況

圖2－1 整車廠8月專利公開(kāi)情況

國(guó)內(nèi)整車廠在8月的專利公開(kāi)情況如圖2－1所示。其中，中國(guó)一汽公開(kāi)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(cè)試等；格羅夫公開(kāi)專利5件，主要涉及燃料電池低溫啟動(dòng)以及低壓下電等；鄭州宇通公司公開(kāi)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(kāi)相關(guān)專利的整車廠還包括長(zhǎng)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(kāi)情況

圖2－2 燃料電池企業(yè)8月專利公開(kāi)情況

國(guó)內(nèi)燃料電池企業(yè)在8月的專利公開(kāi)情況如圖2－2所示。上海神力、上海氫晨以及億華通均公開(kāi)10件專利，其中，上海神力的公開(kāi)專利主要涉及雙極板制造與檢測(cè)、系統(tǒng)模擬設(shè)備等；上海氫晨的公開(kāi)專利主要涉及雙極板、集流板以及端板等；億華通的公開(kāi)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(cè)試平臺(tái)等。風(fēng)氫揚(yáng)本月公開(kāi)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(kāi)專利8件，具體申請(qǐng)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(kāi)相關(guān)專利的企業(yè)還包括濰柴動(dòng)力、江蘇國(guó)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(guó)科能源、格力電器、深圳國(guó)氫等。

2．3 科研院所（校）8月專利公開(kāi)情況

圖2－3 燃料電池科研院所（校）8月專利公開(kāi)情況

燃料電池相關(guān)科研院所（校）在8月的專利公開(kāi)情況如圖2－3所示。其中，中科院大連化物所公開(kāi)專利8件，主要涉及雙極板制作以及單電池檢測(cè)等；電子科技大學(xué)公開(kāi)7件專利，主要涉及空冷燃料電池相關(guān)技術(shù)，包括陽(yáng)極側(cè)電流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、進(jìn)出口溫度檢測(cè)、溫度矩陣分布以及最佳工作點(diǎn)恒功率測(cè)試方法等；清華大學(xué)公開(kāi)7件專利，主要涉及雙極板制造、低溫啟動(dòng)以及停機(jī)吹掃等。其他在8月公開(kāi)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(qǐng)人及公開(kāi)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(kāi)專利119件，主要涉及電堆、系統(tǒng)控制、儲(chǔ)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(kāi)號(hào)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(chǎng)設(shè)計(jì)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(cè)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(wèn)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(guò)測(cè)試安裝在氧氣排出口與調(diào)壓閥之間的測(cè)試片上的測(cè)試催化劑層的劣化程度來(lái)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(cè)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(dòng)方向Fd觀察時(shí)，測(cè)試片安裝部呈L字形。測(cè)試片90通過(guò)緊固部件設(shè)置在保持部分72中；測(cè)試片包括測(cè)試催化劑層92與框架部分，其中測(cè)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(cè)試片安裝部空間位置示意圖（左）、測(cè)試片90示意圖（右）

當(dāng)在維護(hù)過(guò)程中執(zhí)行燃料電池劣化判定處理時(shí)，首先將測(cè)試片從安裝部取出，然后采取電化學(xué)裝置通過(guò)測(cè)量測(cè)試催化劑層的活性保持率來(lái)判定測(cè)試催化劑層的劣化程度，測(cè)試條件為電壓0．86V，相對(duì)濕度80％；當(dāng)活性保持率的值超過(guò)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(shí)，此時(shí)還需要進(jìn)一步測(cè)試燃料電池催化劑層的劣化程度，若測(cè)得活性保持率的值未超過(guò)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(guò)如縮短燃料電池的掃氣時(shí)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(cè)試過(guò)程。另外，當(dāng)活性保持率的值小于第一閾值時(shí)，此時(shí)則需要更換燃料電池。劣化判定流程圖參見(jiàn)圖3－3。

圖3－3 劣化判定流程圖

3．1．2 US20200266454A1、US20200266453A1——雙極板流場(chǎng)設(shè)計(jì)原理

豐田公司在8月公開(kāi)了兩件雙極板流場(chǎng)設(shè)計(jì)原理方面的專利，尤其是針對(duì)雙極板入口和出口的流場(chǎng)設(shè)計(jì)，通過(guò)使用反滲透率場(chǎng)設(shè)計(jì)和基于反應(yīng)擴(kuò)散算法來(lái)對(duì)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(fèi)時(shí)費(fèi)力的人工設(shè)計(jì)方式。通過(guò)對(duì)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(jì)空間的滲透性與微通道設(shè)計(jì)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(guò)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(diǎn)，沙灘上的漣漪，葉子上的靜脈圖案。典型的設(shè)計(jì)圖案參看下圖：

圖3－4 典型設(shè)計(jì)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(kāi)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(kāi)號(hào)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(yùn)行過(guò)程中，燃料氣體和氧化劑氣體的反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的自由基，這些自由基會(huì)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(huì)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(guò)氧化氫分解劑功能，常見(jiàn)的抗氧化劑包括氧化鈰等。然而氧化鈰的長(zhǎng)期穩(wěn)定性不高，為了提高抗氧化劑的長(zhǎng)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(jià)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(guò)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(guò)在氫氣氛下通過(guò)水熱合成來(lái)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(huì)及時(shí)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(kāi)關(guān)24，開(kāi)關(guān)由控制器來(lái)控制其通斷狀態(tài)。燃料電池系統(tǒng)整車運(yùn)行時(shí)，開(kāi)關(guān)24斷開(kāi)，放電回路不導(dǎo)通。而當(dāng)車輛發(fā)生事故時(shí)，控制器讓開(kāi)關(guān)24閉合，放電回路閉合，燃料電池內(nèi)部剩余電力通過(guò)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(kāi)專利一覽