导读
各位读者大家好，2020年8月燃料电池全球专利监控报告全新发布。本期监控报告的内容主要包括三个部分，分别为：1、2020年8月燃料电池领域公开专利整体情况介绍；2、国内申请人专利公开情况介绍；3、部分申请人介绍及其公开专利解读，具体包括丰田公司燃料电池劣化判定以及双极板流场设计原理；现代公司燃料电池抗氧化剂以及在紧急情况下用于耗尽剩余电力的燃料电池系统。
一、整体情况介绍
1．1 专利公开地域情况
2020年8月，燃料电池领域在全球范围内公开／授权的专利共1124件，较上月相比（1296），数量有一定下降。本月，中国地区专利公开数量较上月（699）而言下降较多，发明申请专利公开和实用新型专利公告数量均有一定幅度下降。部分公开国家／地区／组织以及数量情况如图1－1所示。
图1－1 部分地区燃料电池专利8月公开／授权情况
1．2 专利技术分支情况
图1－2 燃料电池专利8月公开／授权的技术分布
1．3 申请人专利申请情况
将专利申请人经过标准化处理后，对标准化申请人的专利申请数量进行统计，如图1－3所示。本月，丰田公司公开专利119件，其中发明申请和发明授权数量分别为77、42件；本田公司和日产公司均公开专利30件，其中日产公司公开专利中，发明授权专利较多；博世公司、上海氢晨、上海神力、亿华通和中国一汽均公开专利10件。
图1－3 标准化申请人专利8月公开／授权排名
在燃料电池电堆活化方面，上海电气提出通过供给加湿气体，并在热机后通过阶梯状加载电流来对电堆进行活化；威孚高科提出通过预湿来使质子交换膜和电极润湿，并利用开路电路去除膜电极表面的杂质等来使膜电极快速激活，并通过供给未加湿的空气来进行变电流强制活化。张家口市氢能科技有限公司提出一种电堆活化装置，该装置包括电子负载、电压巡检仪、控制控制器、电堆、风机等，可使电堆温度始终在适宜的温度范围内来自动执行活化工艺程序；另外，该申请人还提出一种电堆活化方法，可利用燃料电池自身反应的水来对电极进行初步润湿，并采用恒电压输出模式，控制反应温度来快速完成电堆活化。
二、国内申请人专利公开情况
2．1 国内整车厂8月专利公开情况
图2－1 整车厂8月专利公开情况
国内整车厂在8月的专利公开情况如图2－1所示。其中，中国一汽公开10件专利，主要涉及电堆结构、双极板、膜电极组件制造以及膜电极测试等；格罗夫公开专利5件，主要涉及燃料电池低温启动以及低压下电等；郑州宇通公司公开专利4件，主要涉及燃料电池功率、能量控制以及热管理等。其他在8月公开相关专利的整车厂还包括长城汽车、东风汽车、武汉泰歌、中车青岛四方、北汽集团、江淮汽车以及金龙汽车等。
2．2 燃料电池企业8月专利公开情况
图2－2 燃料电池企业8月专利公开情况
国内燃料电池企业在8月的专利公开情况如图2－2所示。上海神力、上海氢晨以及亿华通均公开10件专利，其中，上海神力的公开专利主要涉及双极板制造与检测、系统模拟设备等；上海氢晨的公开专利主要涉及双极板、集流板以及端板等；亿华通的公开专利主要涉及氢系统相关部件（止回阀、调压装置）、控制器以及硬件在线测试平台等。风氢扬本月公开专利9件，主要涉及电堆温度控制、冷却与散热系统以及燃料电池箱体等；深圳雄韬本月公开专利8件，具体申请主体包括深圳雄韬电源科技、深圳氢雄以及上海氢雄。其他在8月公开相关专利的企业还包括潍柴动力、江苏国富氢能、上海舜华、威孚高科以及张家口氢能科技、鄂尔多斯国科能源、格力电器、深圳国氢等。
2．3 科研院所（校）8月专利公开情况
图2－3 燃料电池科研院所（校）8月专利公开情况
燃料电池相关科研院所（校）在8月的专利公开情况如图2－3所示。其中，中科院大连化物所公开专利8件，主要涉及双极板制作以及单电池检测等；电子科技大学公开7件专利，主要涉及空冷燃料电池相关技术，包括阳极侧电流实时监测、进出口温度检测、温度矩阵分布以及最佳工作点恒功率测试方法等；清华大学公开7件专利，主要涉及双极板制造、低温启动以及停机吹扫等。其他在8月公开相关专利的科研院所（校）还包括西安交通大学、武汉船用电力推进装置研究所、福州大学、上海交通大学以及武汉理工大学等。
三、部分申请人及公开专利介绍
3．1 丰田公司
2020年8月，丰田公司在燃料电池领域共公开专利119件，主要涉及电堆、系统控制、储氢等技术分支。
下文分析的丰田公司燃料电池相关专利的专利公开号为JP2020126719A、US20200266454A1、US20200266453A1。其中，JP2020126719A涉及燃料电池劣化判定；US20200266454A1、US20200266453A1涉及双极板流场设计原理。
3．1．1 JP2020126719A——燃料电池劣化判定
燃料电池系统需要定期进行维护和检查，为了确定燃料电池部件的劣化，现有技术将测试片设置在燃料电池容纳空间内，由于该空间在燃料电池外部，因此难以充分地确定燃料电池内部催化剂层（催化剂层在此均值阴极催化剂层）的劣化。
为了解决此问题，专利JP2020126719A提出由于燃料电池内部环境易受到输入氧化气体干湿变化的影响，可通过测试安装在氧气排出口与调压阀之间的测试片上的测试催化剂层的劣化程度来判断燃料电池催化剂层的劣化程度。
JP2020126719A燃料电池系统如图所示，测试片安装部70设置在氧化气体排出口部与调压阀之间，沿氧化气体的流动方向Fd观察时，测试片安装部呈L字形。测试片90通过紧固部件设置在保持部分72中；测试片包括测试催化剂层92与框架部分，其中测试催化剂层92与阴极催化剂层类似。
图3－1 专利JP2020126719A燃料电池系统示意图
图3－2 测试片安装部空间位置示意图（左）、测试片90示意图（右）
当在维护过程中执行燃料电池劣化判定处理时，首先将测试片从安装部取出，然后采取电化学装置通过测量测试催化剂层的活性保持率来判定测试催化剂层的劣化程度，测试条件为电压0．86V，相对湿度80％；当活性保持率的值超过第一阈值（第一阈值为确定燃料电池是否劣化到需要更换程度的值，该阈值与燃料电池行驶所需发电量和产生该发电量所需要的发电性能有关、并与单电池催化剂层的活性保持率有一定的关联性）时，此时还需要进一步测试燃料电池催化剂层的劣化程度，若测得活性保持率的值未超过第二阈值（第二阈值为用于确定燃料电池20的发电性能是否已经劣化到执行劣化抑制控制所需程度的值，该阈值设定与第一阈值类似），则需要执行劣化抑制处理。劣化抑制处理可通过如缩短燃料电池的扫气时间及扫气量，使扫气处理后的燃料电池中的湿度在50％以上，并完成维护劣化测试过程。另外，当活性保持率的值小于第一阈值时，此时则需要更换燃料电池。劣化判定流程图参见图3－3。
图3－3 劣化判定流程图
3．1．2 US20200266454A1、US20200266453A1——双极板流场设计原理
丰田公司在8月公开了两件双极板流场设计原理方面的专利，尤其是针对双极板入口和出口的流场设计，通过使用反渗透率场设计和基于反应扩散算法来对通道间距进行建模，从而提供可变节距的微通道模式，以将流体从入口引导至出口，改变了费时费力的人工设计方式。通过对Gray－Scott反应扩散方程的扩散系数的各向异性定义，将优化设计空间的渗透性与微通道设计布局相关联，以获得各向异性微通道布局。Gray－Scott反应扩散方程不仅模拟化学反应的基本过程，而且还可以导致物质的模式与自然界中的模式非常相似，例如斑马上的条纹，豹皮，蝴蝶上的斑点，沙滩上的涟漪，叶子上的静脉图案。典型的设计图案参看下图：
图3－4 典型设计图案示意图
3．2 现代公司
2020年8月，现代公司在燃料电池领域共公开专利20件，主要涉及电堆、系统控制等技术分支。
下文分析的现代公司燃料电池相关专利的专利公开号为KR1020200099368A、US10756369B2。KR1020200099368A主要涉及燃料电池抗氧化剂；US10756369B2主要涉及在紧急情况下耗尽燃料电池系统的剩余电力。
3．2．1 KR1020200099368A——燃料电池抗氧化剂
燃料电池在运行过程中，燃料气体和氧化剂气体的反应过程中会产生具有强氧化性的自由基，这些自由基会攻击电解质膜，导致电解质膜的化学降解，并影响燃料电池的使用寿命。为了缓解电解质膜的化学衰减，通常会向膜电极中添加抗氧化剂，抗氧化剂具有自由基清除剂功能或者过氧化氢分解剂功能，常见的抗氧化剂包括氧化铈等。然而氧化铈的长期稳定性不高，为了提高抗氧化剂的长期化学稳定性，现代公司研发了新型抗氧化剂。
新型抗氧化剂包括锡掺杂的氧化铈，在掺锡二氧化铈中，二氧化铈的一些四价铈离子（Ce4＋）可以被锡离子（Sn2＋）取代。锡掺杂的氧化铈可以由下面化学式表示：
其中，0 ＜x≤0．5，并且其中δ是式（I）的化合物是电中性的氧空位值。
抗氧化剂可以通过各种方法合成，例如水热合成法，火焰水解沉积法和溶胶－凝胶自燃法等，优选可以通过在氢气氛下通过水热合成来还原铈而合成。
3．2．2 US10756369B2——在紧急情况下用于耗尽剩余电力的燃料电池系统
燃料电池车辆一旦发生碰撞，燃料电池内部残存的高电压可能导致进一步的危害。虽然在发生碰撞事故后，燃料电池系统会及时切断燃料气体和氧化气体的供应，但是燃料电池内部仍然有未反应完毕的气体，因此需要将燃料电池内部的剩余电力消耗掉。
现代公司在燃料电池电力输出端口设置了放电电路，放电回路包括放电电阻22和开关24，开关由控制器来控制其通断状态。燃料电池系统整车运行时，开关24断开，放电回路不导通。而当车辆发生事故时，控制器让开关24闭合，放电回路闭合，燃料电池内部剩余电力通过放电电阻22被消耗掉。
图3－5 US10756369B2放电电路
3．3 双极板部分公开专利一览
