導(dǎo)讀：

各位讀者大家好，2021年03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)告主要內(nèi)容包括三個(gè)部分，分別為：

1、2021年03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)人公開(kāi)專(zhuān)利介紹，具體專(zhuān)利技術(shù)包括現(xiàn)代公司燃料電池平均功率計(jì)算、燃料電池裝堆后活化方法；本田公司燃料電池停機(jī)吹掃時(shí)間設(shè)定方法、防止燃料電池低溫啟動(dòng)時(shí)清掃閥節(jié)流孔件發(fā)生閉塞；豐田公司抑制儲(chǔ)氫罐卷繞纖維發(fā)生松弛。部分雙極板加工方法／裝置相關(guān)公開(kāi)專(zhuān)利一覽等。

1． 整體情況介紹

1．1 專(zhuān)利公開(kāi)地域情況

2021年3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1308件。本月，中國(guó)地區(qū)專(zhuān)利公開(kāi)數(shù)量790件，較上月公開(kāi)數(shù)量（659件）增加較多，主要為發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)數(shù)量增加較多；日本公開(kāi)專(zhuān)利數(shù)量148件，美國(guó)公開(kāi)專(zhuān)利數(shù)量127件。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3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3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93件，其中發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)公告50件、發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)41件；格羅夫公開(kāi)專(zhuān)利51件，均為發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)；博世公司公開(kāi)專(zhuān)利35、現(xiàn)代公司公開(kāi)專(zhuān)利31件；大眾公司與奧迪公司共公開(kāi)專(zhuān)利26件；中科院大連化物所公開(kāi)專(zhuān)利22件；愛(ài)德曼氫能、北京理工大學(xué)、濰柴動(dòng)力、武漢理工大學(xué)均公開(kāi)專(zhuān)利11件；未勢(shì)能源、森村SOFC、上海韻量、松下公司、無(wú)錫先導(dǎo)智能、武漢雄韜氫雄均公開(kāi)專(zhuān)利9件。

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

在燃料電池測(cè)試技術(shù)上，上海韻量新能源公開(kāi)了一種燃料電池振動(dòng)測(cè)試裝置，該振動(dòng)測(cè)試裝置通過(guò)將輸氣管道吸氣口設(shè)置在室外，采用正壓式通風(fēng)方式，避免了泄露的可燃性氣體進(jìn)入振動(dòng)測(cè)試裝置內(nèi)部而引起的爆炸發(fā)生；北京新研創(chuàng)能公開(kāi)了一種空冷電堆活化測(cè)試平臺(tái)，該測(cè)試平臺(tái)能夠提高進(jìn)入至空冷電堆中的常溫空氣的水分含量，并通過(guò)借助水霧中液態(tài)微粒子氣化過(guò)程吸收電堆中的熱量，來(lái)避免電堆超溫，從而降低電堆活化難度以及縮短電堆活化時(shí)間等；合肥科威爾公開(kāi)了一種燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)雙系統(tǒng)多工況測(cè)試臺(tái)架，可同時(shí)滿(mǎn)足單機(jī)大功率的測(cè)試需求以及并機(jī)測(cè)試需求；奇瑞汽車(chē)公開(kāi)了一種燃料電池系統(tǒng)絕緣檢測(cè)方法，通過(guò)獲取冷卻水TDS計(jì)算出其電導(dǎo)率，然后通過(guò)冷卻水電導(dǎo)率獲得冷卻水上刻度、下刻度絕緣電阻率，進(jìn)而推算出電堆冷卻系統(tǒng)絕緣電阻。

2． 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(chǎng)3月專(zhuān)利公開(kāi)情況

圖2－1 整車(chē)廠(chǎng)3月專(zhuān)利公開(kāi)情況

國(guó)內(nèi)整車(chē)廠(chǎng)在3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51件，主要涉及氫燃料電池汽車(chē)結(jié)構(gòu)件、汽車(chē)駕駛（安全）、動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、溫度控制等；東風(fēng)汽車(chē)公開(kāi)專(zhuān)利6件，主要涉及電堆加熱裝置、汽車(chē)氫氣瓶檢測(cè)方法、雙極板激光焊接夾具、低溫吹掃等；上汽集團(tuán)公開(kāi)專(zhuān)利5件，主要涉及質(zhì)子交換膜制備、尾氣水汽分離裝置、空氣系統(tǒng)控制方法、冷啟動(dòng)控制等；一汽解放公開(kāi)專(zhuān)利5件，主要涉及燃料電池活化方法、水汽分離裝置、整車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)、車(chē)輛能量管理方法等；眾宇動(dòng)力公開(kāi)專(zhuān)利5件，主要涉及電堆捆綁裝置、電堆巡檢連接結(jié)構(gòu)、去離子器等。奇瑞汽車(chē)公開(kāi)專(zhuān)利4件，中國(guó)一汽公開(kāi)專(zhuān)利3件，北汽福田、江淮汽車(chē)均公開(kāi)專(zhuān)利2件。另外，北汽集團(tuán)、長(zhǎng)安汽車(chē)、大運(yùn)汽車(chē)、廣汽集團(tuán)、金龍汽車(chē)在3月均公開(kāi)專(zhuān)利1件。

2．2 燃料電池企業(yè)3月專(zhuān)利公開(kāi)情況

圖2－2 燃料電池企業(yè)3月專(zhuān)利公開(kāi)情況

國(guó)內(nèi)燃料電池企業(yè)在3月的專(zhuān)利公開(kāi)情況如圖2－2所示。愛(ài)德曼氫能與濰柴動(dòng)力均公開(kāi)專(zhuān)利11件，其中愛(ài)德曼氫能公開(kāi)專(zhuān)利主要涉及雙極板結(jié)構(gòu)、點(diǎn)膠工裝、快速粘接裝置，CCM制造裝置，電堆組裝設(shè)備等。格力電器公開(kāi)專(zhuān)利10件，主要涉及雙極板結(jié)構(gòu)、燃料電池保護(hù)控制系統(tǒng)與降溫控制系統(tǒng)等。上海韻量、未勢(shì)能源、無(wú)錫先導(dǎo)智能裝置、武漢雄韜氫雄共公開(kāi)專(zhuān)利9件，其中上海韻量公開(kāi)的專(zhuān)利主要涉及燃料電池檢測(cè)技術(shù)，包括膜電極泄漏檢測(cè)、電堆捆扎力檢測(cè)、電堆尺寸檢測(cè)等；未勢(shì)能源公開(kāi)的專(zhuān)利主要涉及儲(chǔ)氫瓶熱激活排壓閥、氫氣管路夾，膜電極組裝方法等。北京華商三優(yōu)與北京潞電電氣合作申請(qǐng)專(zhuān)利共公開(kāi)8件，主要涉及儲(chǔ)氫罐室外儲(chǔ)存相關(guān)裝置與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、氫能源發(fā)電車(chē)以及散熱器等；魔方新能源與無(wú)錫威孚高科均公開(kāi)專(zhuān)利7件；江蘇申氫宸與山東東岳均公開(kāi)專(zhuān)利6件；江蘇國(guó)富氫能／張家港氫云、舜華新能源、弈森科技均公開(kāi)專(zhuān)利5件，其他在3月公開(kāi)相關(guān)專(zhuān)利的企業(yè)有：河南豫氫、摩氫科技、億華通、浙江高成綠能、明天氫能等。

2．3 科研院所（校）3月專(zhuān)利公開(kāi)情況

圖2－3 燃料電池科研院所（校）3月專(zhuān)利公開(kāi)情況

燃料電池相關(guān)科研院所（校）在3月的專(zhuān)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(zhuān)利22件，主要涉及燃料電池膜電極制備、電堆封裝、直接甲醇燃料電池抗毒化方法、直接液體燃料電池陰極水含量測(cè)定等；北京理工大學(xué)和武漢理工大學(xué)均公開(kāi)專(zhuān)利11件，其中北京理工大學(xué)公開(kāi)專(zhuān)利主要涉及動(dòng)力系統(tǒng)DC／DC變換裝置、動(dòng)力系統(tǒng)能量輸入輸出監(jiān)控裝置、低電流壓氣機(jī)控制方法、超高速電動(dòng)空壓機(jī)擴(kuò)穩(wěn)控制方法；武漢理工大學(xué)公開(kāi)專(zhuān)利主要涉及催化劑漿料、質(zhì)子交換膜制備，電堆排水性能改善，反極程度監(jiān)測(cè)方法等；西安交通大學(xué)公開(kāi)專(zhuān)利7件，主要涉及固體氧化物燃料電池相關(guān)技術(shù)以及氫燃料電池循環(huán)氫氣一體化處理裝置等；哈爾濱工業(yè)大學(xué)、吉林大學(xué)、南京大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)均公開(kāi)專(zhuān)利5件，其中同濟(jì)大學(xué)公開(kāi)專(zhuān)利主要涉及超薄碳基雙極板、金屬雙極板耐久性測(cè)試、低溫啟動(dòng)等。大連理工大學(xué)、清華大學(xué)均公開(kāi)專(zhuān)利4件。北京工業(yè)大學(xué)、福州大學(xué)、北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所、廣東工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)、揚(yáng)州大學(xué)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、重慶大學(xué)均公開(kāi)專(zhuān)利3件。

3．   部分申請(qǐng)人及公開(kāi)專(zhuān)利介紹

3．1 現(xiàn)代公司

2021年3月，現(xiàn)代公司在燃料電池領(lǐng)域共公開(kāi)專(zhuān)利31件，主要涉及電堆、系統(tǒng)控制、檢驗(yàn)檢測(cè)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KR102221208B1、CN106450381B。KR102221208B涉及燃料電池平均功率計(jì)算；CN106450381B涉及燃料電池裝堆后的活化方法。

3．1．1 KR102221208B——燃料電池平均功率計(jì)算

現(xiàn)有技術(shù)有采用在順序測(cè)量電堆所有單電池電壓后，然后通過(guò)測(cè)量末端電流來(lái)計(jì)算出燃料電池功率。由于各單電池電壓測(cè)量時(shí)間與電流測(cè)量存在時(shí)間差，因此不能較為精確地計(jì)算出燃料電池功率。當(dāng)不精確的計(jì)算結(jié)果用于診斷燃料電池發(fā)電狀態(tài)以及對(duì)燃料電池進(jìn)行調(diào)整時(shí)，可能造成燃料電池?fù)p壞。

基于此，現(xiàn)代公司提出一種提升測(cè)量燃料電池平均功率精確度的方法，該方法通過(guò)測(cè)量燃料電池各單電池正向電壓后，然后測(cè)量輸出端電流，緊接著在相同時(shí)間內(nèi)從末端反向測(cè)量各單元電池的電壓，以正向電壓、反向電壓為基礎(chǔ)計(jì)算出平均電壓，然后通過(guò)平均電壓和測(cè)量電流值計(jì)算出燃料電池的平均功率。詳情如下。

燃料電池平均功率測(cè)量裝置如下圖所示，包括電堆100、電壓測(cè)量單元400、控制部、電流測(cè)量單元300、電源單元200等，電源單元可以提供電壓測(cè)量單元操作所需的功率。

圖3－1－1 KR102221208B1燃料電池系統(tǒng)示意圖

在燃料電池運(yùn)行過(guò)程中，電壓測(cè)量單元從電堆最低單元電池向最高單元電池方向依次對(duì)各單電池電壓進(jìn)行測(cè)量，從而得到正向電壓；在得到正向電壓后，由電流測(cè)量單元對(duì)燃料電池輸出端電流進(jìn)行測(cè)量；緊接著，電壓測(cè)量單元在同一時(shí)間內(nèi)從相反方向再次對(duì)電堆各單電池電壓進(jìn)行測(cè)量以得到反向電壓；控制部根據(jù)正、反向電壓計(jì)算出平均值，然后根據(jù)平均電壓值與所測(cè)電流值計(jì)算出平均功率。控制器將平均功率與每個(gè)單電池的功率進(jìn)行，從而判斷單電池是否存在異常。

圖3－1－2 測(cè)量燃料電池單元電壓、電流的定時(shí)視圖

本測(cè)量方法通過(guò)同步電堆電壓測(cè)量時(shí)間點(diǎn)與電流測(cè)量時(shí)間點(diǎn)，可以精確計(jì)算出電堆的平均功率，并精確診斷燃料電池的狀態(tài)，以及對(duì)燃料電池進(jìn)行操作，防止燃料電池發(fā)生損壞。

3．1．2 CN106450381B——燃料電池堆活化方法

在組裝燃料電池堆后，由于初次運(yùn)行時(shí)電堆電化學(xué)反應(yīng)活性低，因此需要對(duì)電堆進(jìn)行活化處理以使其發(fā)揮最佳性能。在采用脈沖放電（反復(fù)執(zhí)行高電流密度的放電與關(guān)斷）對(duì)電堆進(jìn)行活化處理時(shí)，針對(duì)約220個(gè)單電池的處理時(shí)間為90－120分鐘。采用該種方式雖然可以通過(guò)改變?nèi)剂想姵貎?nèi)部水流動(dòng)來(lái)使活化速度加快，但增加了氫氣用量（需使用約2．9Kg氫氣）且處理時(shí)間仍偏長(zhǎng)。

基于此，現(xiàn)代公司提出了一種新的活化處理方法，通過(guò)使相鄰單電池之間短路來(lái)快速降低電堆電壓，并去除殘留在電堆中氧，可有效減少氫氣用量以及減少電堆活化處理時(shí)間。詳情如下。

S1：在開(kāi)始進(jìn)行電堆活化處理時(shí)，向電堆供應(yīng)氧氣和氫氣，在使電堆處于開(kāi)路電壓狀態(tài)后停止氧氣和氫氣的供應(yīng)；

S2：通過(guò)單電池電壓感測(cè)端板來(lái)讓電堆中的相鄰單電池電連接，使得相鄰單電池短路，從而使單電池電壓變?yōu)?V；

S3：在使單電池短路后，再次向電堆供應(yīng)氧氣和氫氣，并采用施加0．6－1．0A／cm2的電流密度對(duì)電堆進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理時(shí)間為10－60秒；在預(yù)處理過(guò)程中，設(shè)定0．6－1．0A／cm2大小的電流密度可檢測(cè)有缺陷的單電池，并且確認(rèn)其在高、低電流密度下的電壓穩(wěn)定性。具體地，現(xiàn)代設(shè)定了預(yù)處理過(guò)程中的電流為360A，處理時(shí)間30秒。

S4：當(dāng)電堆重新進(jìn)入開(kāi)路電壓狀態(tài)后，通過(guò)施加1．0－1．4A／cm2電流密度約30－180秒，再次通過(guò)短路使電堆降壓將至0V（保持時(shí)間小于5秒），從而去除電堆殘留的氧。如現(xiàn)代設(shè)定了電流432A，處理時(shí)間120秒，通過(guò)以高電流密度脈沖運(yùn)行來(lái)使催化劑周?chē)�的全氟磺酸膨脹，引發(fā)電極結(jié)構(gòu)變化，使閉孔變成開(kāi)孔，從而減少物質(zhì)轉(zhuǎn)移阻力。通過(guò)快速去除殘留在電堆中的氧，可使Pt－OX還原并使鉑／粘合劑界面優(yōu)化，從而提升了活化速度。

S5：在去除氧后，經(jīng)預(yù)定休息時(shí)間（30－300秒）后，再次供應(yīng)氧氣和氫氣。

（重復(fù)上述過(guò)程至少11次）

圖3－1－3 CN106450381B電堆活化處理

現(xiàn)代公司的活化處理方案通過(guò)使電堆相鄰單電池短路并使處于開(kāi)路電壓狀態(tài)的單電池電壓降至0V后，可重復(fù)進(jìn)行活化，并且在活化過(guò)程中，通過(guò)采用短路來(lái)快速降低電壓，并去除堆內(nèi)殘留的氧，從而加速了活化過(guò)程�？傮w而言，該活化過(guò)程減少了固定所需要的時(shí)間，可使活化處理時(shí)間縮短至75分鐘左右，同時(shí)減少了活化過(guò)程的氫氣用量，氫氣耗量約1．7千克。

3．2 本田公司

2021年3月，本田公司在燃料電池領(lǐng)域共公開(kāi)專(zhuān)利25件，主要涉及系統(tǒng)控制、電堆、排放回收等技術(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CN112467173A、CN112542597A。CN112467173A涉及燃料電池停機(jī)吹掃時(shí)間設(shè)定方法；CN112542597A涉及防止燃料電池低溫啟動(dòng)時(shí)清掃閥節(jié)流孔件發(fā)生閉塞。

3．2．1 CN112467173A——燃料電池停機(jī)吹掃時(shí)間設(shè)定方法

為了防止燃料電池車(chē)輛在低溫環(huán)境下其燃料電池系統(tǒng)內(nèi)殘留的水分發(fā)生凍結(jié)，需要在停機(jī)時(shí)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)殘留水分進(jìn)行吹掃，以保證車(chē)輛在低溫環(huán)境下的啟動(dòng)性能�，F(xiàn)有技術(shù)參考了供給至電堆內(nèi)部的氧化氣體質(zhì)量流量來(lái)設(shè)定掃氣時(shí)間，以使得掃氣后的電堆交流阻抗達(dá)至最佳濕潤(rùn)狀態(tài)時(shí)的對(duì)應(yīng)值。然而，基于上述方法設(shè)定掃氣時(shí)間并進(jìn)行掃氣處理后，當(dāng)燃料電池系統(tǒng)在冰點(diǎn)以下啟動(dòng)時(shí)，其實(shí)際交流阻抗會(huì)與理想設(shè)定值存在偏差，存在電堆過(guò)分干燥或干燥不充分的情形。由于大氣壓強(qiáng)、溫度對(duì)氣體質(zhì)量流量計(jì)算存在影響，特別是當(dāng)燃料電池車(chē)輛運(yùn)行在海拔高且平均氣溫低的高原地區(qū)時(shí)，采用上述方法進(jìn)行掃氣處理往往不能達(dá)到預(yù)期效果，因此需要更加精準(zhǔn)地對(duì)掃氣時(shí)間進(jìn)行設(shè)定。

基于此，本田公司提出了一種基于與大氣壓有關(guān)的體積流量值來(lái)設(shè)定掃氣時(shí)間的方法，該設(shè)定方法可有效減少系統(tǒng)在冰點(diǎn)下啟動(dòng)后的阻抗偏差，提高燃料電池車(chē)輛在冰點(diǎn)下的啟動(dòng)性能。詳情如下。

燃料電池系統(tǒng)如圖所示，包括：電堆、氣流傳感器、控制部、通信單元等，其中通信單元包括大氣濕度獲取部件、大氣壓獲取部件等，另外可根據(jù)需要在正極72與負(fù)極71之間連接交流阻抗測(cè)量器。

圖3－2－1 CN112467173A燃料電池系統(tǒng)示意圖

當(dāng)系統(tǒng)控制部檢測(cè)到燃料電池車(chē)輛電力開(kāi)關(guān)從接通狀態(tài)轉(zhuǎn)換為斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，控制部基于通信單元獲取的氣象信息，判斷下次啟動(dòng)是否在低溫條件下。當(dāng)判斷燃料電池車(chē)輛下次啟動(dòng)在低溫條件下時(shí)，控制部基于考慮了大氣壓變化的體積流量值F來(lái)設(shè)定掃氣時(shí)間，并獲取計(jì)算體積流量值F的相關(guān)參數(shù)，包括由氣流傳感器獲取到的空氣質(zhì)量流量M、由壓力傳感器檢測(cè)到的陰極入口壓力Pi、車(chē)輛所處海拔的大氣壓強(qiáng)Pa，陰極入口處溫度Ti等。體積流量值F計(jì)算可參考下列公式。

圖3－2－2 體積流量值F計(jì)算公式

在計(jì)算出體積流量值F后，可參考體積流量值F與掃氣時(shí)間St之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算出掃氣時(shí)間St。掃氣時(shí)間St還可根據(jù)參照系數(shù)K（系數(shù)K值可根據(jù)相對(duì)濕度Ha％進(jìn)行確定）進(jìn)行修正。

圖3－2－3 修正系數(shù)K與相對(duì)濕度Ha關(guān)系示意圖

此方案基于汽車(chē)所處海拔的大氣壓來(lái)計(jì)算得出體積流量值F，并通過(guò)體積流量值F對(duì)掃氣時(shí)間進(jìn)行確認(rèn)，因此無(wú)論是在空氣稀薄的高原地區(qū)還是平地，都能設(shè)定合適的掃氣時(shí)間來(lái)確保燃料電池始終處于最合適的濕潤(rùn)狀態(tài)，防止燃料電池車(chē)輛在低溫啟動(dòng)時(shí)交流阻抗出現(xiàn)偏差，確保其低溫啟動(dòng)性能。

3．2．2 CN112542597A——防止燃料電池低溫啟動(dòng)時(shí)清掃閥節(jié)流孔件發(fā)生閉塞

在燃料電池工作過(guò)程中，可通過(guò)控制陽(yáng)極循環(huán)流路清掃閥的開(kāi)閉來(lái)控制含氮陽(yáng)極排氣的排出，保障陽(yáng)極循環(huán)流路的氫濃度。當(dāng)燃料電池在低溫環(huán)境下啟動(dòng)時(shí)，包含水蒸氣的陽(yáng)極排氣排出時(shí)，由于電堆與排氣輔助設(shè)備之間的溫度差，陽(yáng)極排氣被快速冷卻，水蒸氣凝華成細(xì)小冰粒，且冰粒隨著陽(yáng)極排氣在陽(yáng)極循環(huán)回路中移動(dòng)。在低溫啟動(dòng)初期，由于清掃閥的溫度較低，因此帶冰粒的陽(yáng)極排氣可通過(guò)設(shè)置有節(jié)流孔件的清掃閥。當(dāng)燃料電池驅(qū)動(dòng)清掃閥動(dòng)作而使清掃閥溫度上升時(shí)，一部分冰粒發(fā)生熔化并附著在節(jié)流孔件的壁部，因此冰粒開(kāi)始在節(jié)流孔件中進(jìn)行積聚，使得節(jié)流孔件開(kāi)始出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。隨著燃料電池工作時(shí)間的推移，節(jié)流孔件繼續(xù)升溫，節(jié)流孔件入口處的冰粒溶解，出口側(cè)的冰粒仍?xún)鼋Y(jié)，溶解后液體因堵塞的冰粒而滯留，使得節(jié)流孔件完全閉塞。當(dāng)節(jié)流孔件完全閉塞時(shí)，包含氮的陽(yáng)極排氣無(wú)法通過(guò)清掃閥排出，使得燃料電池陽(yáng)極側(cè)氮濃度上升，而氫濃度相應(yīng)出現(xiàn)下降。氫濃度的下降可能會(huì)使得燃料電池?zé)o法進(jìn)行發(fā)電。

圖3－2－4 節(jié)流孔件處冰粒聚集示意圖

為了解決上述問(wèn)題，本田公司發(fā)現(xiàn)當(dāng)清掃閥完全閉塞時(shí)，若系統(tǒng)繼續(xù)驅(qū)動(dòng)清掃閥而使其升溫，節(jié)流孔件中積聚冰粒可完全溶解，此時(shí)陽(yáng)極排氣可從節(jié)流孔件中排出。燃料電池系統(tǒng)可在節(jié)流孔件完全解凍后，切換清掃閥開(kāi)閉控制陽(yáng)極氣體的排出，以調(diào)整陽(yáng)極循環(huán)回路的氫濃度。因此，本田公司提出了一種燃料電池系統(tǒng)低溫啟動(dòng)方法，通過(guò)將清掃閥設(shè)置為常開(kāi)狀態(tài)，可有效防止氫濃度過(guò)低，保證燃料電池系統(tǒng)低溫啟動(dòng)性能。詳情如下。

燃料電池系統(tǒng)如圖所示，包括陽(yáng)極循環(huán)回路55、氣液分離部、包含節(jié)流孔件74的清掃閥72、排水管66等。

圖3－2－5 燃料電池系統(tǒng)示意圖

圖3－2－6 CN112542597A控制示意圖

首先，在燃料電池啟動(dòng)經(jīng)設(shè)定時(shí)間t11后，控制部判斷陽(yáng)極出口溫度是否低于設(shè)定的凍結(jié)溫度閾值，當(dāng)?shù)陀陂撝禃r(shí)，控制器執(zhí)行節(jié)流孔件閉塞進(jìn)行控制，并將清掃閥設(shè)置為常開(kāi)狀態(tài)。通過(guò)把清掃閥設(shè)置為常開(kāi)狀態(tài)，可保證在節(jié)流孔件在發(fā)生閉塞前順利排放含氮陽(yáng)極排氣，保障陽(yáng)極循環(huán)回路氫氣濃度，確保燃料電池低溫啟動(dòng)性能。與此同時(shí)，控制部還會(huì)基于陽(yáng)極排氣的飽和水蒸氣量（通過(guò)陽(yáng)極飽和水蒸氣壓以及清掃氣體量來(lái)計(jì)算得出）來(lái)計(jì)算冰粒量，并根據(jù)冰粒量來(lái)判定節(jié)流孔件是否完全閉塞。

當(dāng)冰粒量超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)，控制器執(zhí)行閉塞確認(rèn)控制，繼續(xù)保持清掃閥常開(kāi)狀態(tài)，由于在閉塞進(jìn)行狀態(tài)時(shí)氫氣濃度較高，因此可允許在閉塞確定狀態(tài)處理時(shí)氫濃度下降。隨后，控制部持續(xù)對(duì)陽(yáng)極出口溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)陽(yáng)極出口溫度高于解凍溫度閾值時(shí)，節(jié)流孔件積聚的冰粒可完全溶解，此時(shí)控制器結(jié)束閉塞確認(rèn)控制，并進(jìn)行通常控制。在通�？刂浦�，控制器可根據(jù)清掃氣體量來(lái)控制清掃閥的開(kāi)閉，以將氫濃度維持在合適范圍。

圖3－2－7 燃料電池低溫啟動(dòng)時(shí)序圖

3．3 豐田公司

2021年3月，豐田公司在燃料電池領(lǐng)域共公開(kāi)專(zhuān)利93件，主要涉及電堆、系統(tǒng)控制、儲(chǔ)氫相關(guān)等。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CN112497721A，該專(zhuān)利主要涉及抑制儲(chǔ)氫罐卷繞纖維發(fā)生松弛。

3．3．1 CN112497721A——抑制儲(chǔ)氫罐卷繞纖維發(fā)生松弛

現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)了一種儲(chǔ)氫罐加強(qiáng)層制造方法，通過(guò)將熱固性樹(shù)脂纖維卷繞于襯里，然后通過(guò)加熱來(lái)使其固化，從而形成加強(qiáng)層。然而，在將樹(shù)脂纖維卷繞于襯里時(shí)，由于卷繞條件、襯里形狀等可能使卷繞的纖維產(chǎn)生松弛部分。當(dāng)纖維在松弛狀態(tài)下被熱固化后，加強(qiáng)層也會(huì)存在相應(yīng)的松弛部分，使得罐體強(qiáng)度降低。

基于此，豐田提出了一種儲(chǔ)氫罐制造方法，通過(guò)調(diào)整罐內(nèi)壓力以及增大襯里形狀來(lái)改善卷繞纖維的松弛，保障罐體強(qiáng)度。詳情如下。

圖3－3－1 罐體結(jié)構(gòu)圖

圖3－3－2 罐體纖維卷繞裝置示意圖

罐體結(jié)構(gòu)以及罐體纖維卷繞裝置如上圖所示。罐體纖維卷繞方法如下：

S1 初始加壓程序：首先控制器控制內(nèi)壓調(diào)整機(jī)構(gòu)往罐內(nèi)送入加壓氣體來(lái)使襯里的內(nèi)壓上升到第一壓力P1，通過(guò)將內(nèi)壓加壓至第一壓力P1可抑制在后續(xù)卷繞工序中因卷繞纖維載荷導(dǎo)致的襯里大幅度變形，從而避免因襯里變形而導(dǎo)致卷繞纖維產(chǎn)生松弛部分；

S2 卷繞工序：控制器通過(guò)控制纖維引導(dǎo)部、旋轉(zhuǎn)裝置來(lái)執(zhí)行卷繞工序，通過(guò)組合環(huán)向卷繞、高角度螺旋卷繞以及低角度螺旋卷繞方式將浸漬有熱固性樹(shù)脂的纖維卷繞在包括襯里的罐主體上。在卷繞工序中，控制器在預(yù)先設(shè)置好的時(shí)間點(diǎn)依次將內(nèi)壓升高至第二壓力P2、第三壓力P3，抑制因卷繞載荷致使的襯里大幅度變形，避免了因襯里變形而導(dǎo)致卷繞纖維產(chǎn)生松弛部分；

S3 減壓工序：控制器將壓力調(diào)整流路22以及減壓流路20連通，并驅(qū)動(dòng)減壓閥23，以將罐內(nèi)氣體向外部排出，使罐內(nèi)壓力下降到第4壓力P4（P4＜P1）；

S4 形狀變形工序：形狀變形工序主要使襯里的形狀變大，包括軸線(xiàn)變形工序和加壓工序。其中軸線(xiàn)變形工序主要是通過(guò)向襯里施加外力，從而在軸線(xiàn)方向上增大襯里的形狀，從而減少纖維松弛程度；加壓工序主要是通過(guò)向罐內(nèi)輸送氮?dú)庖允构迌?nèi)壓力增大至第五壓力P5，從而增大襯里徑向形狀（P5＞P3），減少卷繞纖維松弛程度；

S5 固化工序：將罐主體置于加熱罐內(nèi)，使浸漬有熱固性樹(shù)脂的纖維固化，此時(shí)罐內(nèi)壓力仍為第五壓力P5。

圖3－3－3 襯里內(nèi)壓與各工序的關(guān)系示意圖

本方案通過(guò)在卷繞工序前以及卷繞工序過(guò)程中升壓，可防止卷繞纖維載荷導(dǎo)致的襯里大幅度變形，避免因襯里變形而導(dǎo)致卷繞纖維產(chǎn)生松弛部分；通過(guò)增加減壓工序，可使卷繞于襯里的纖維暫時(shí)松弛，減小重疊纖維間的摩擦力，使卷繞的纖維更容易移動(dòng)；在固化工序前通過(guò)形狀變形工序增大襯里形狀，可有效通過(guò)拉伸變化改善卷繞纖維的松弛程度，避免熱固化后罐體強(qiáng)度不佳。?

3．4 部分雙極板加工方法／裝置相關(guān)公開(kāi)專(zhuān)利一覽

（end）