導(dǎo)讀

各位讀者大家好，2021年02月燃料電池全球?qū)＠�監(jiān)控報告全新發(fā)布～本期監(jiān)控報告主要內(nèi)容包括三個部分，分別為：

1、2021年02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、部分申請人公開專利介紹，具體專利技術(shù)包括豐田公司防止在二次電池側(cè)升壓變換器發(fā)生故障時，燃料電池車輛所需電力不足以及二池電池過充；確保燃料電池在低溫啟動時迅速升溫。本田公司防止金屬雙極板凸起密封件頂部在抵接時發(fā)生凹陷變形。上海交通大學(xué)金屬雙極板石墨微晶碳涂層制備方法。部分加濕相關(guān)公開專利一覽等。

一、整體情況介紹

1．1 專利公開地域情況

2021年2月，燃料電池領(lǐng)域在全球范圍內(nèi)公開／授權(quán)的專利共1176件。本月，中國地區(qū)專利公開數(shù)量659件，較上月公開數(shù)量（658件）基本持平；日本公開專利數(shù)量164件，較上月公開數(shù)量（136件）有一定上升，其中發(fā)明申請專利公開數(shù)量增加較多。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2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2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102件，其中發(fā)明專利授權(quán)公告56件、發(fā)明專利申請公開46件；格羅夫公開專利52件，其中發(fā)明專利申請公開32件、實用新型專利公告19件；奧迪公司公開專利36件、現(xiàn)代公司公開專利29件、本田公司公開專利28件，博世公司公開專利26件；大眾公司、清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)均公開專利14件；韓國SANG－A FRONTEC、北京潞電電氣＆華商三優(yōu)、未勢能源均公開專利10件；3M、大洋電機、日本礙子、森村SOFC、億華通、一汽解放均公開專利7件。

圖1－3 標(biāo)準(zhǔn)化申請人專利2月公開／授權(quán)排名

在專利合作申請方面，清華大學(xué)與浙江鋒源氫能共同申請了一種H2氣相熱還原制備低鉑Pt基合金催化劑的方法、清華大學(xué)與廣州國機密封科技共同申請了一種高壓氫氣密封用接觸特性分析系統(tǒng)、清華大學(xué)與安徽中鼎密封件公司共同申請了一種可在線分析高壓（氫氣）密封用O型圈線徑變化的測試裝置。同濟(jì)大學(xué)與廣州機械科學(xué)研究院有限公司共同申請了一種氫燃料電池空氣供應(yīng)冷卻系統(tǒng)。山東大學(xué)與山東冷輪海卓氫能共同申請了一種超低速旋轉(zhuǎn)低應(yīng)變高填充率儲氫合金反應(yīng)裝置。豐田與奧迪共同申請了一種制備具有鉑原子層的催化劑的方法，豐田與日本電裝共同申請了一種用于燃料電池系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)。

二、國內(nèi)申請人專利公開情況

2．1 國內(nèi)整車廠2月專利公開情況

圖2－1 整車廠2月專利公開情況

國內(nèi)整車廠在2月的專利公開情況如圖2－1所示。其中，格羅夫公開專利52件，主要涉及氫燃料電池汽車結(jié)構(gòu)件、熱管理系統(tǒng)、供氫控制裝置、電源管理系統(tǒng)；一汽解放公開專利7件，主要涉及空氣供給系統(tǒng)、供氫系統(tǒng)、水汽分離裝置等；東風(fēng)汽車公開專利6件，主要涉及燃料電池大巴車高壓配電系統(tǒng)、雙極板流體流動評價、燃料電池車NVH測試裝置以及能量管理優(yōu)化方法等；上汽集團(tuán)公開專利4件，主要涉及PEMFC低溫自啟動方法、燃料電池冷卻子系統(tǒng)以及燃料電池發(fā)動機懸置系統(tǒng)等。廣汽集團(tuán)、奇瑞汽車、中國一汽、中通客車均公開專利2件。另外，江淮汽車、金龍客車、北汽集團(tuán)、上海楞次、一汽大眾、佛山飛馳、宇通客車在2月均公開專利1件。

2．2 國內(nèi)燃料電池企業(yè)2月專利公開情況

圖2－2 燃料電池企業(yè)2月專利公開情況

國內(nèi)燃料電池企業(yè)在2月的專利公開情況如圖2－2所示。北京潞電電氣和華商三優(yōu)本月公開專利10件，主要涉及氫能發(fā)電車、氫氣供氣系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)、泄漏安全防護(hù)系統(tǒng)、氫能不間斷供電方法等；未勢能源公開專利10件，主要涉及雙極板、電壓巡檢儀、電堆端板、氫測試、閥門壽命測試裝置等；深圳國氫公開專利9件，主要涉及空氣壓縮機、冷卻系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、散熱器等；大洋電機、億華通均公開專利7件，其中億華通公開專利主要涉及燃料電池進(jìn)氣處理系統(tǒng)、溫度控制方法、單片電池巡檢系統(tǒng)等；摩氫科技本月公開專利6件，主要涉及熱管理、冷卻系統(tǒng)、排液排氣裝置、水回收系統(tǒng)等。另外，風(fēng)氫揚、格力電器、江蘇集萃安泰創(chuàng)明、魔方新能源、上海捷氫科技、上海神力科技、武漢中極氫創(chuàng)均公開專利5件。

2．3 科研院所（校）2月專利公開情況

圖2－3 燃料電池科研院所（校）2月專利公開情況

燃料電池相關(guān)科研院所（校）在2月的專利公開情況如圖2－3所示。其中，清華大學(xué)公開專利14件，主要涉及高壓氫氣密封檢測相關(guān)技術(shù)、冷啟動快速測試系統(tǒng)、動力系統(tǒng)控制方法等；同濟(jì)大學(xué)公開專利14件，主要涉及燃料電池催化劑漿料穩(wěn)定性測試、電堆剩余壽命預(yù)測、氫引射泵測試系統(tǒng)、氣體擴散層制備、透濕膜制備等；中科院大連化物所公開專利13件，主要涉及儲氫材料制備、氣體擴散層制備、催化層漿料制備以及膜電極密封等。其他在2月公開相關(guān)專利的科研院所（校）還包括華中科技大學(xué)、江蘇大學(xué)、浙江大學(xué)、湖北大學(xué)、吉林大學(xué)、上海交通大學(xué)、西安交通大學(xué)、北京科技大學(xué)、長春工業(yè)大學(xué)等。

三、部分申請人公開專利介紹

3．1 豐田公司

2021年2月，豐田公司在燃料電池領(lǐng)域共公開專利102件，主要涉及電堆、系統(tǒng)控制、整車等技術(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JP2021026818A、CN112349925A。JP2021026818A防止在二次電池側(cè)升壓變換器發(fā)生故障時，燃料電池車輛所需電力不足以及二池電池過充；CN112349925A涉及確保燃料電池在低溫啟動快速升溫。

3．1．1 JP2021026818A——防止在二次電池側(cè)升壓變換器發(fā)生故障時，燃料電池車輛所需電力不足以及二池電池過充

    在燃料電池車輛從正常運行狀態(tài)轉(zhuǎn)向加速時，為滿足驅(qū)動電機、空壓機等的電力消耗，控制系統(tǒng)根據(jù)其所需電力計算出燃料電池的要求輸出以及二次電池的要求輸出。燃料電池側(cè)升壓轉(zhuǎn)換器（FDC）以及二次電池側(cè)升壓轉(zhuǎn)換器（BDC）分別將其各側(cè)的輸出電壓升壓至目標(biāo)電壓（如650V）以將電力提供給驅(qū)動電機、空壓機等使用。

當(dāng)檢測到BDC無法將其輸入電壓升高至指定電壓時，此時控制器判斷BDC發(fā)生故障。為了保障加速狀態(tài)下器件的用電需求以及防止二次電池過充，此時控制器將BDC輸入、輸出側(cè)導(dǎo)通，并基于BDC輸出側(cè)的電壓（即二次電池的輸出電壓），在以FDC最小升壓比的基礎(chǔ)上，計算FDC的輸入電壓，從而確認(rèn)出燃料電池的最大可輸出電壓，并通過燃料電池側(cè)供電。

然而，在實際控制燃料電池輸出電壓時，如果燃料電池實際輸出電壓超過最大可輸出電壓，即使在FDC最小升壓比下，F(xiàn)DC輸出側(cè)電壓也超過了BDC側(cè)輸出電壓，此時燃料電池向二次電池充電，可能導(dǎo)致器件所需電力供應(yīng)不足以及二次電池過充。

圖3－1－1 背景技術(shù)燃料電池系統(tǒng)示意圖

基于此，豐田公司提出了一種通過增加輔助機器功耗來降低燃料電池輸出電壓，從而保障器件所需電力以及防止二次電池過充的方法，詳情參見下文。

燃料電池系統(tǒng)如下圖所示，包括燃料電池100、FDC 110、繼電器單元120、智能功率模塊單元130（以下簡稱IPM 130）、二次電池190、加熱器164、空壓機單元135、驅(qū)動電機138等。其中IPM 130包括高壓布線132B、132G、142B、142G，逆變器134，放電機構(gòu)144，電壓傳感器133、143，空氣壓縮機單元135、驅(qū)動電機單元137以及BDC 140等。

圖3－1－2 專利JP2021026818A燃料電池系統(tǒng)示意圖

S1：首先判斷BDC是否發(fā)生故障。（當(dāng)燃料電池車輛從正常運行狀態(tài)轉(zhuǎn)向加速狀態(tài)時）控制單元通過電壓傳感器133、143來監(jiān)測BDC兩側(cè)的電壓，若BDC輸出電壓未達(dá)到預(yù)設(shè)值時，則判斷BDC發(fā)生故障。此時，控制器控制BDC開關(guān)晶體管TR2導(dǎo)通、TR3截止來使BDC輸入、輸出側(cè)導(dǎo)通。

S2：確認(rèn)是否滿足FDC最小升壓比以及在滿足最小升壓比時的執(zhí)行操作。控制器通過電壓傳感器106、109獲取此時電堆輸出電壓Vfc以及二次電池Vb的輸出電壓，并根據(jù)Vb／Vfc來確定升壓比。當(dāng)計算所得升壓比滿足最小升壓比時，此時可直接將燃料電池側(cè)的發(fā)電電力通過FDC升壓后供給至所需用電器件使用。

S3：升壓比不能滿足時的執(zhí)行操作。當(dāng)計算所得的升壓比不能滿足最小升壓比時，在這種情況下，即使FDC以最小升壓比對燃料電池輸出電壓進(jìn)行升壓，升壓后的電壓值也會超過Vb。此時控制器停止FDC操作，增加輔助機器的功耗來降低燃料電池的輸出電壓，如增加空壓機轉(zhuǎn)速、使用加熱器等，并同時停止向燃料電池供給空氣，空氣流入旁通流路中。當(dāng)控制器獲取到的電堆輸出電壓值與二次電池輸出電壓值之差小于等于FDC可以執(zhí)行升壓操作的預(yù)設(shè)值Vth時，控制器可控制FDC重新運行并執(zhí)行升壓操作。緊接著，停止增加輔助機器的電力消耗，并將燃料氣體和空氣供應(yīng)至電堆以進(jìn)行發(fā)電，然后將燃料電池側(cè)產(chǎn)生的電力用于車輛運行。

3．1．2 CN112349925A——確保燃料電池在低溫啟動時迅速升溫

通過在冷卻劑入口處設(shè)置利用外部電源工作的加熱器來加熱冷卻劑，然后驅(qū)動冷卻劑泵將加熱后的冷卻劑供給至燃料電池，可保障燃料電池車輛在低溫啟動時快速啟動。然而，驅(qū)動冷卻劑泵消耗的電力為車載電池的電力，當(dāng)電池電量不足時，冷卻劑泵不能有效將加熱后的冷卻劑供給至燃料電池，燃料電池升溫速度不理想。

為了解決上述問題，豐田公司提出了通過將外部電源電力供給至加熱器以及冷卻劑泵來保證燃料電池車輛在低溫啟動時迅速升溫的方法，具體如下：

燃料電池系統(tǒng)如下圖所示，包括燃料氣體供給系統(tǒng)200、氧化氣體供給系統(tǒng)300、冷卻系統(tǒng)500、蓄電裝置660、控制部650、加熱器540等。外部電源700通過電源側(cè)連接部720與車輛側(cè)連接部120連接，外部電源可為太陽能面板、安放型燃料電池、商用電源等。

圖3－1－3 專利CN112349925A燃料電池系統(tǒng)示意圖

當(dāng)燃料電池系統(tǒng)停止時控制，控制器基于外部溫度傳感器判斷是否需要執(zhí)行預(yù)熱。當(dāng)外部溫度較低時，控制器（通知用戶）將外部電源與車輛連接，此時利用外部電源向加熱器和泵A供給電力，加熱器對冷卻劑旁通流路550中的冷卻劑進(jìn)行加熱，加熱后的冷卻劑流入燃料電池并使其升溫，泵A可使冷卻劑循環(huán)。在用戶開始使用車輛時，控制器（用戶）解除外部電源與車輛的連接，預(yù)熱結(jié)束。

本方法可避免因蓄電裝置660 SOC不足導(dǎo)致的預(yù)熱運轉(zhuǎn)停滯，使燃料電池在低溫環(huán)境下也能保持較高溫度，以便燃料電池車輛在低溫啟動時快速預(yù)熱。

3．2 本田公司

2021年2月，本田公司在燃料電池領(lǐng)域共公開專利28件，主要涉及電堆、排放回收、儲氫等技術(shù)分支。下文分析的本田公司燃料電池相關(guān)專利主要涉及防止金屬雙極板凸起密封件頂部在抵接時發(fā)生凹陷變形。

3．2．1 防止金屬雙極板凸起密封件頂部在抵接時發(fā)生凹陷變形

為了改善金屬隔板的密封性能以及節(jié)約制造成本，現(xiàn)有技術(shù)采取在金屬隔板上沖壓成型凸起密封件，凸起密封件通過與樹脂框構(gòu)件抵接而形成線狀密封部分，從而發(fā)揮密封功能。然而，在抵接過程中，凸起密封件頂部在受到壓力時易發(fā)生凹陷變形，造成密封效果不佳。

基于此，本田公司提出了3種不同結(jié)構(gòu)的金屬隔板，可有效防止凸起密封件頂部在抵接過程中發(fā)生凹陷變形。

燃料電池單電池立體分解圖、剖視圖以及金屬隔板俯視圖如下圖所示。

圖3－2－1 本田公司燃料電池單電池及金屬隔板示意圖

專利CN112397739A提出一種金屬隔板結(jié)構(gòu)，該金屬隔板包括凸起密封件45、47，側(cè)部52、53、62、63（彈性支承部），彎曲部51、61，底板部15a、15b等。其中，側(cè)部較彎曲部柔軟，在對凸起密封件施加載荷時，側(cè)部較彎曲部先發(fā)生變形并產(chǎn)生反作用力，從而防止載荷集中至凸起密封件頂部。另外，側(cè)部可通過變形來吸收層疊方向的位移，防止過大的載荷集中至凸起密封件頂部。

圖3－2－2 專利CN112397739A金屬隔板示意圖

在專利JP2021015766提出的金屬隔板結(jié)構(gòu)中，凸起密封件以彎折部52c、53c、62c、63c為界，其中彎曲部51、61在彎折部附近形成具有較大傾斜角的部分，側(cè)部52、53相對于底板部15a而言的傾斜角度比彎曲部51的傾斜角度小。此外，側(cè)部的彈性系數(shù)小于彎曲部的彈性系數(shù)（在層疊方向施加載荷時的變形程度）。因此，當(dāng)施加層疊方向的載荷時，相對于彎曲部51而言，側(cè)部52、53先發(fā)生變形。側(cè)部因變形而發(fā)生反作用力，防止載荷集中于凸起密封件頂部，凸起密封件可充分地與樹脂框架件抵接，確保良好的密封性能。

圖3－2－3 專利JP2021015766A金屬隔板示意圖

在專利JP2021012827A提出的金屬隔板結(jié)構(gòu)中，凸部密封件包括第一傾斜部52a、53a，第二傾斜部52b、53b，第一傾斜部在寬度方向上的長度大于第二傾斜部，但第二傾斜部的傾斜角度較第一傾斜部大。當(dāng)在層疊方向施加載荷時，由于第一傾斜部較寬且傾斜角度較小，可使載荷更好地進(jìn)行分布，防止凸起密封件頂部應(yīng)力集中，避免頂部發(fā)生變形。另外，凸起密封件45、47的寬度L與其高度H的比值大于等于3，即L／H≥3。通過該構(gòu)造，凸起密封件的寬度可變得相對長，且凸起密封件的彈性系數(shù)變小，因此凸起密封件可彈性變軟，改善了不翹曲的位移范圍。

圖3－2－4 專利JP2021012827A金屬隔板示意圖

3．3 上海交通大學(xué)

2021年2月，上海交通大學(xué)在燃料電池領(lǐng)域共公開專利3件，主要涉及金屬雙極板涂層制備。下文分析的上海交通大學(xué)燃料電池相關(guān)專利的專利公開號為US20210036336A1，該專利主要涉及金屬雙極板石墨微晶碳涂層制備。

3．3．1 US20210036336A1——金屬雙極板石墨微晶碳涂層制備

為了提高金屬雙極板的耐腐蝕性以及降低金屬雙極板的制造成本，現(xiàn)有技術(shù)有采用碳涂層確保金屬雙極板的耐腐蝕性。但在燃料電池車輛運行過程中，低載怠速、循環(huán)加載、啟動停止等典型工況均會導(dǎo)致碳涂層性能衰減，因此要求碳涂層具備較好的穩(wěn)定性和耐久性。

基于此，上海交通大學(xué)提出一種用于燃料電池金屬雙極板的石墨微晶碳涂層。該石墨微晶碳涂層的制備方法主要為：

圖3－3－1 金屬雙極板石墨微晶碳涂層制備方法

具體地：

S1：利用清潔劑清洗金屬雙極板表面的油污，烘干后將其放置爐腔中，待爐腔內(nèi)真空度達(dá)到預(yù)設(shè)值后通過等離子體轟擊金屬雙極板表面，以去除極板表面的氧化膜；

S2：在金屬雙極板板表面采用磁控濺射沉積耐蝕金屬打底層，耐蝕金屬可選Cr、Ti等；

S3：在耐蝕金屬打底層表面沉積耐蝕金屬與碳涂層共存過渡層，該過渡層可采用耐蝕金屬靶與石墨靶共同濺射的方式進(jìn)行沉積，在過渡層沉積過程中可采取增加沉積粒子能量的方式（如采用脈沖電源、增加沉積過程溫度以及改變?yōu)R射磁場強度等）促進(jìn)其進(jìn)行耐蝕金屬與碳化學(xué)鍵合，以形成金屬化合物，以進(jìn)一步提高涂層耐腐蝕性能；

S4：過渡層沉積結(jié)束后，通過加溫裝置對爐腔進(jìn)行升溫，當(dāng)升溫至預(yù)定溫度后，通過石墨靶濺射沉積碳膜在過渡層表面沉積高導(dǎo)電、耐腐蝕且穩(wěn)定的純碳涂層。

3．4 部分加濕相關(guān)公開專利一覽

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