導讀

各位讀者大家好，2020年7月燃料電池全球專利監(jiān)控報告全新發(fā)布。本期監(jiān)控報告的內容主要包括三個部分，分別為：1、2020年7月燃料電池領域公開專利整體情況介紹；2、國內申請人專利公開情況介紹；3、部分申請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子交換膜過于干燥而導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構。

一、整體情況介紹

 1．1 專利公開地域情況

2020年7月，燃料電池領域在全球范圍內公開／授權的專利共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／授權情況

1．2 專利技術分支情況

圖1－2 燃料電池專利7月公開／授權的技術分布

1．3 申請人專利申請情況

將專利申請人經過標準化處理后，對標準化申請人的專利申請數(shù)量進行統(tǒng)計，如圖1－3所示。本月，豐田公司公開專利125件，其中發(fā)明申請和發(fā)明授權數(shù)量分別為68、56件；日產公司公開專利40件、現(xiàn)代公司公開專利38件、本田公司公開專利32件，其中日產公司授權公告的發(fā)明專利共計21件；格羅夫公開專利25件，其中實用新型專利占17件；濰柴動力公開專利18件，實用新型專利共計15件；西安交通大學公開專利17件、清華大學公開專利16件。

圖1－3 標準化申請人專利7月公開／授權排名

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備；博世公司公開了一種用于控制氣體介質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，具有結構簡單、低溫啟動效應快等特點。江蘇國富氫能與張家港氫云共同申請了用于氫氣瓶的瓶口閥，具體包括瓶口閥的進出氣結構、泄壓裝置、組合閥等；上海舜華公開了5件與儲氫瓶瓶閥有關的技術，包括高壓氫氣手動截止閥、電磁閥主閥、超高壓先導式電磁閥等；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、國內申請人專利公開情況

2．1 國內整車廠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，主要涉及電堆結構與電堆組裝、雙極板、動力系統(tǒng)等；東風汽車公開專利6件，主要涉及燃料電池系統(tǒng)怠速控制、低溫啟動加熱裝置、氫泄漏檢測等。其他在7月公開相關專利的整車廠還包括上汽集團、武漢泰歌、江鈴汽車、北汽集團、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。濰柴動力公開專利18件，主要涉及燃料電池熱管理，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，金屬雙極板自動化生產線、點膠自動固定裝置，氣體擴散層上料裝置以及膜電極制備設備等。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、未勢能源共同申請了兩件專利，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、深圳氫藍時代、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、金屬支撐型固體氧化物燃料電池結構、密封等；清華大學公開專利16件，主要涉及燃料電池壽命檢測、衰退診斷等；上海交通大學公開專利9件，主要涉及透氣雙極板、質子交換膜以及催化劑制造等。其他在7月公開相關專利的科研院所（校）還包括吉林大學、太原理工大學、大連化物所、華中科技大學、同濟大學等。

三、部分申請人公開專利解讀

3．1 豐田公司

2020年7月，豐田公司在燃料電池領域共公開專利125件，主要涉及系統(tǒng)控制、電堆、儲氫、整車等技術分支。

下文分析的豐田公司燃料電池相關專利的專利公開號為JP2020102329A、US10714763B2、JP2020113372A。其中，JP2020102329A涉及燃料電池輸出功率控制，防止質子交換膜過于干燥而導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)

燃料電池在運行過程中，如果質子交換膜中水分減少，其質子傳導性會隨之降低，會導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，在燃料電池運行過程中，最好避免出現(xiàn)質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行，在散熱器冷卻性能不足的情況下，會導致燃料電池車輛運行功率受到限制。

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、坡度等信息計算車輛運行所需的功率和二次電池所能提供的功率，然后判斷當前油門開度達到100％的時間是否超過預定時間，若油門開度達到100％的時間超過預定時間，則根據(jù)環(huán)境溫度的高低來計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�基于外界環(huán)境溫度通過查表等方式來確定車輛最高巡航速度，最高巡航速度對應于燃料電池系統(tǒng)熱平衡時的巡航速度，當然若考慮電機熱平衡設計，也可以將電機熱平衡作為約束條件。根據(jù)最高巡航速度確定車輛的驅動力，再結合二次電池的SOC和充放電性能，計算出燃料電池的輸出功率限制值。

通過上述方法，可以提前對燃料電池輸出功率進行限制，由此可以保證燃料電池運行在較高功率輸出范圍，而不會導致質子交換膜過于干燥，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進行表面處理，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，碳層可能會剝落，剝離后的細顆粒會堆積于金屬模的表面。由此，在下一次沖壓加工時，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，使得隔板材料的加工精度降低，可能導致流路部等產生破裂、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，此時剝落的涂層顆粒會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對沖壓過程造成影響，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相鄰雙極板進行密封。但是由于密封墊圈在電堆內部，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，因此當墊圈發(fā)生變形時，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，在電堆兩側分別放置超聲波發(fā)生器和接收器，并通過接收器計算超聲波的強度。當電堆的密封墊圈未出現(xiàn)變形時，超聲波的強度，若電堆密封墊圈出現(xiàn)變形，超聲波強度降低。通過超聲波檢測電堆密封墊圈是否出現(xiàn)異常，可以盡早對出現(xiàn)異常的電堆進行更換和處理，提高了電堆生產的良品率。

圖3－2 利用超聲波來檢測密封墊圈是否發(fā)生變形