導(dǎo)讀

各位讀者大家好，2020年7月燃料電池全球?qū)＠O(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7月燃料電池領(lǐng)域公開專利整體情況介紹；2、國內(nèi)申請(qǐng)人專利公開情況介紹；3、部分申請(qǐng)人介紹及其公開專利解讀，具體包括豐田公司燃料電池輸出功率控制以防止質(zhì)子交換膜過于干燥而導(dǎo)致電池性能大幅下降，金屬雙極板制造過程中防止涂層剝落對(duì)隔板加工精度造成影響以及電堆密封圈異常檢測；本田公司燃料電池活化方法；博世公司氫氣配量閥結(jié)構(gòu)。

一、整體情況介紹

 1．1 專利公開地域情況

2020年7月，燃料電池領(lǐng)域在全球范圍內(nèi)公開／授權(quán)的專利共1296件，較上月相比（1231），數(shù)量有一定增加。本月，中國地區(qū)專利公開數(shù)量與上月（668）有一定增加，發(fā)明授權(quán)專利較上月（89）有一定增加。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7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7月公開／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，豐田公司公開專利125件，其中發(fā)明申請(qǐng)和發(fā)明授權(quán)數(shù)量分別為68、56件；日產(chǎn)公司公開專利40件、現(xiàn)代公司公開專利38件、本田公司公開專利32件，其中日產(chǎn)公司授權(quán)公告的發(fā)明專利共計(jì)21件；格羅夫公開專利25件，其中實(shí)用新型專利占17件；濰柴動(dòng)力公開專利18件，實(shí)用新型專利共計(jì)15件；西安交通大學(xué)公開專利17件、清華大學(xué)公開專利16件。

圖1－3 標(biāo)準(zhǔn)化申請(qǐng)人專利7月公開／授權(quán)排名

在燃料電池用閥方面，上海杰寧新能源公開了一種氫燃料電池供氫閥組的組合設(shè)備；博世公司公開了一種用于控制氣體介質(zhì)的配量閥及噴射泵單元；上海捷氫公開了一種用于排氫的電磁閥，具有結(jié)構(gòu)簡單、低溫啟動(dòng)效應(yīng)快等特點(diǎn)。江蘇國富氫能與張家港氫云共同申請(qǐng)了用于氫氣瓶的瓶口閥，具體包括瓶口閥的進(jìn)出氣結(jié)構(gòu)、泄壓裝置、組合閥等；上海舜華公開了5件與儲(chǔ)氫瓶瓶閥有關(guān)的技術(shù)，包括高壓氫氣手動(dòng)截止閥、電磁閥主閥、超高壓先導(dǎo)式電磁閥等；行云新能科技公開了一種用于高壓氫氣瓶的瓶閥組件?，F(xiàn)代公司公開了一種燃料電池系統(tǒng)用空氣切斷閥裝置。

二、國內(nèi)申請(qǐng)人專利公開情況

2．1 國內(nèi)整車廠7月專利公開情況

圖2－1 整車廠7月專利公開情況

國內(nèi)整車廠在7月的專利公開情況如圖2－1所示。其中，格羅夫公開專利25件，主要涉及系統(tǒng)控制、整車、熱管理、排放回收等。中國一汽公開8件專利，主要涉及電堆結(jié)構(gòu)與電堆組裝、雙極板、動(dòng)力系統(tǒng)等；東風(fēng)汽車公開專利6件，主要涉及燃料電池系統(tǒng)怠速控制、低溫啟動(dòng)加熱裝置、氫泄漏檢測等。其他在7月公開相關(guān)專利的整車廠還包括上汽集團(tuán)、武漢泰歌、江鈴汽車、北汽集團(tuán)、長城汽車、金龍汽車、宇通客車、中國重汽等。

2．2 燃料電池企業(yè)7月專利公開情況

圖2－2 燃料電池企業(yè)7月專利公開情況

國內(nèi)燃料電池企業(yè)在7月的專利公開情況如圖2－2所示。濰柴動(dòng)力公開專利18件，主要涉及燃料電池?zé)峁芾?，系統(tǒng)控制等。深圳世椿公開專利14件，主要涉及石墨板貼合治具與浸膠罐，金屬雙極板自動(dòng)化生產(chǎn)線、點(diǎn)膠自動(dòng)固定裝置，氣體擴(kuò)散層上料裝置以及膜電極制備設(shè)備等。銀隆新能源與上海治臻均公開10件專利，其中上海治臻與上海交通大學(xué)、未勢能源共同申請(qǐng)了兩件專利，具體涉及電堆裝配與金屬雙極板制造。其他在7月公開相關(guān)專利的企業(yè)還包括江蘇國富氫能、張家港氫云、上海舜華、上海垂虹金屬制品、深圳氫藍(lán)時(shí)代、鋒源氫能、魔方新能源、格力電器、上海捷氫等。

2．3 科研院所（校）7月專利公開情況

圖2－3 燃料電池科研院所（校）7月專利公開情況

燃料電池相關(guān)科研院所（校）在7月的專利公開情況如圖2－3所示。其中，西安交大公開專利17件，主要涉及加氫站用離子液體壓縮機(jī)、金屬支撐型固體氧化物燃料電池結(jié)構(gòu)、密封等；清華大學(xué)公開專利16件，主要涉及燃料電池壽命檢測、衰退診斷等；上海交通大學(xué)公開專利9件，主要涉及透氣雙極板、質(zhì)子交換膜以及催化劑制造等。其他在7月公開相關(guān)專利的科研院所（校）還包括吉林大學(xué)、太原理工大學(xué)、大連化物所、華中科技大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等。

三、部分申請(qǐng)人公開專利解讀

3．1 豐田公司

2020年7月，豐田公司在燃料電池領(lǐng)域共公開專利125件，主要涉及系統(tǒng)控制、電堆、儲(chǔ)氫、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(hào)為JP2020102329A、US10714763B2、JP2020113372A。其中，JP2020102329A涉及燃料電池輸出功率控制，防止質(zhì)子交換膜過于干燥而導(dǎo)致電池性能大幅下降；US10714763B2涉及金屬雙極板制造，防止涂層剝落對(duì)隔板加工精度造成影響；JP2020113372A涉及電堆密封圈異常檢測。

3．1．1 JP2020102329A——燃料電池系統(tǒng)

燃料電池在運(yùn)行過程中，如果質(zhì)子交換膜中水分減少，其質(zhì)子傳導(dǎo)性會(huì)隨之降低，會(huì)導(dǎo)致燃料電池輸出電壓降低，即出現(xiàn)燃料電池性能下降的情形。因此，在燃料電池運(yùn)行過程中，最好避免出現(xiàn)質(zhì)子交換膜含水量不足的情況。但是，在外界氣溫過高的情況下讓燃料電池以大功率運(yùn)行，在散熱器冷卻性能不足的情況下，會(huì)導(dǎo)致燃料電池車輛運(yùn)行功率受到限制。

為了解決上述問題，豐田公司根據(jù)外界環(huán)境溫度、制冷劑溫度來控制燃料電池的功率輸出，避免燃料電池質(zhì)子交換膜過度干燥，由此可以防止燃料電池輸出急劇惡化。

具體而言，控制系統(tǒng)通過傳感器采集車速、加速度、坡度等信息計(jì)算車輛運(yùn)行所需的功率和二次電池所能提供的功率，然后判斷當(dāng)前油門開度達(dá)到100％的時(shí)間是否超過預(yù)定時(shí)間，若油門開度達(dá)到100％的時(shí)間超過預(yù)定時(shí)間，則根據(jù)環(huán)境溫度的高低來計(jì)算燃料電池輸出功率限制值，并限制燃料電池的輸出功率?？刂茊卧谕饨绛h(huán)境溫度通過查表等方式來確定車輛最高巡航速度，最高巡航速度對(duì)應(yīng)于燃料電池系統(tǒng)熱平衡時(shí)的巡航速度，當(dāng)然若考慮電機(jī)熱平衡設(shè)計(jì)，也可以將電機(jī)熱平衡作為約束條件。根據(jù)最高巡航速度確定車輛的驅(qū)動(dòng)力，再結(jié)合二次電池的SOC和充放電性能，計(jì)算出燃料電池的輸出功率限制值。

通過上述方法，可以提前對(duì)燃料電池輸出功率進(jìn)行限制，由此可以保證燃料電池運(yùn)行在較高功率輸出范圍，而不會(huì)導(dǎo)致質(zhì)子交換膜過于干燥，從而出現(xiàn)燃料電池性能大幅度下降。

3．1．2 US10714763B2——燃料電池用隔板的制造方法

燃料電池金屬雙極板在制造過程中會(huì)進(jìn)行表面處理，如涂覆碳層。但是涂覆碳層的雙極板在后續(xù)的沖壓過程中，碳層可能會(huì)剝落，剝離后的細(xì)顆粒會(huì)堆積于金屬模的表面。由此，在下一次沖壓加工時(shí)，金屬模與雙極板材料（在表面形成有碳層的基材）的摩擦系數(shù)上升，阻礙沖壓中的隔板材料的移動(dòng)，使得隔板材料的加工精度降低，可能導(dǎo)致流路部等產(chǎn)生破裂、彎曲增大而使粘合部（與燃料電池電池單體的粘合部）的密封性變差的問題。

為了解決上述問題，豐田公司在金屬模的表面開槽，槽的大小足以容納剝落的涂層顆粒。雙極板在沖壓過程中，涂層最容易出現(xiàn)剝落的位置是雙極板折彎的角部，此時(shí)剝落的涂層顆粒會(huì)隨著加工油排到模具外部。通過這種方式，金屬雙極板在沖壓過程中剝落的涂層顆粒不會(huì)對(duì)沖壓過程造成影響，保證了金屬雙極板的加工精度。

圖3－1 金屬模的表面開槽示意圖

3．1．3 JP2020113372A——燃料電池堆的制造

燃料電池電堆在制造過程中，需要通過密封墊圈對(duì)相鄰雙極板進(jìn)行密封。但是由于密封墊圈在電堆內(nèi)部，很難通過外部檢測發(fā)現(xiàn)密封墊圈發(fā)生變形，而變形的密封墊圈會(huì)影響電堆性能。

為解決上述問題，豐田公司利用超聲波來檢測密封墊圈是否發(fā)生變形。由于超聲波的波速和通過的空間密度有關(guān)，因此當(dāng)墊圈發(fā)生變形時(shí)，接收到的超聲波的波速較慢，由此可以判斷電堆墊圈是否發(fā)生變形。參見下圖，在電堆兩側(cè)分別放置超聲波發(fā)生器和接收器，并通過接收器計(jì)算超聲波的強(qiáng)度。當(dāng)電堆的密封墊圈未出現(xiàn)變形時(shí)，超聲波的強(qiáng)度，若電堆密封墊圈出現(xiàn)變形，超聲波強(qiáng)度降低。通過超聲波檢測電堆密封墊圈是否出現(xiàn)異常，可以盡早對(duì)出現(xiàn)異常的電堆進(jìn)行更換和處理，提高了電堆生產(chǎn)的良品率。

圖3－2 利用超聲波來檢測密封墊圈是否發(fā)生變形

3．2 本田公司

2020年7月，本田公司在燃料電池領(lǐng)域共公開專利37件，主要涉及電堆、整車、系統(tǒng)控制等技術(shù)分支。

下文分析的本田公司燃料電池相關(guān)專利的專利公開號(hào)為WO2020138338A1。WO2020138338A1燃料電池活化方法。

3．2．1 WO2020138338A1——燃料電池的活化方法及裝置

燃料電池電堆裝配完成后，其發(fā)電性能較差，為提升其發(fā)電性能需要對(duì)電堆進(jìn)行活化處理。現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)電堆進(jìn)行活化處理采用重復(fù)向電堆供應(yīng)反應(yīng)氣體，然后停止供應(yīng)空氣的操作，但是這樣會(huì)導(dǎo)致氫氣滲透到陰極，并在下一次供應(yīng)空氣時(shí)，氫氣和空氣中的氧氣在陰極直接發(fā)生反應(yīng)，其產(chǎn)生較大熱量會(huì)加速電堆的性能衰減。

為了改善上述問題，本田公司對(duì)于活化的流程進(jìn)行改進(jìn)。參見下圖，活化過程為第一通電步驟和第二通電步驟交替進(jìn)行，其中第一通電步驟是向陽極通入氫氣，向陰極通入空氣和惰性氣體混合氣體，然后電堆輸出通過電負(fù)載連通，燃料電池進(jìn)行發(fā)電，經(jīng)過一段時(shí)間后，進(jìn)入第二通電步驟，此時(shí)關(guān)閉陰極空氣通道，僅向陰極通入惰性氣體，由于空氣濃度下降，電堆電壓開始下降，而由于陰極填充惰性氣體，因此氫氣不會(huì)交叉泄露到陰極，也就保證了在第一通電步驟中，陰極的空氣不會(huì)直接與氫氣直接發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)電堆輸出電壓低于閾值電壓后一段時(shí)間后，重新開啟空氣通道，電堆進(jìn)入第一通電步驟，由此反復(fù)循環(huán)對(duì)電堆進(jìn)行活化。

圖3－3 WO2020138338A1燃料電池活化流程

3．3 博世公司

2020年7月，博世公司在燃料電池領(lǐng)域共公開專利32件，主要涉及電堆、氫系統(tǒng)等技術(shù)分支。

下文分析的博世公司燃料電池相關(guān)專利的專利公開號(hào)為CN111373158A、CN111373341A。CN111373158A、CN111373341A主要涉及氫氣配量閥結(jié)構(gòu)。

3．3．1 CN111373158A、CN111373341A——?dú)錃馀淞块y

本月博世公司公開了2件專利，都是關(guān)于氫氣配量閥結(jié)構(gòu)的。參見下圖，配量閥的總體結(jié)構(gòu)大致相同，主要包括電磁體、電磁銜鐵、彈簧、關(guān)閉元件、密封元件和流通通道幾個(gè)部分，電磁銜鐵在電磁鐵和彈簧的合力作用下沿閥體上下移動(dòng)，當(dāng)電磁鐵不通電時(shí)，電磁銜鐵被彈簧壓緊，關(guān)閉元件帶動(dòng)密封元件將流通通道密閉，氫氣不能從流通通道流出；而當(dāng)電磁鐵通電后，電磁銜鐵向上移動(dòng)，密封元件不能將流通通道密封，氫氣可以從流通通道流出。電磁銜鐵移動(dòng)的位移與電磁鐵線圈電流大小相關(guān)，因此可以通過控制電磁鐵線圈電流的大小來控制氫氣流量。

為了進(jìn)一步提升配量閥的使用效果，本月博世公司的兩件專利分別對(duì)于配量閥的安裝對(duì)中精度以及密封效果進(jìn)行改進(jìn)。參見下圖中左圖，博世公司在噴嘴的外側(cè)上布置有密封元件54，該密封元件用于對(duì)接收噴嘴開口中的間隙進(jìn)行密封。參見下圖中右圖，博世公司在配量閥的縱軸線徑向地設(shè)計(jì)有第一階梯和第二階梯，用于將配量閥在泵殼體和噴射泵主體對(duì)中和導(dǎo)向。

圖3－4 氫氣配量閥改進(jìn)示意圖

3．4 國內(nèi)燃料電池企業(yè)相關(guān)專利一覽