2．3 科研院所（校）4月專利公開情況

燃料電池相關科研院所（校）在4月的專利公開情況如圖2－3所示。其中，中科院大連化物所公開專利13件，其技術主要涉及膜電極相關組件制備、雙極板、增濕器等；清華大學公開專利12件，其技術主要涉及燃料電池狀態(tài)檢測、系統(tǒng)控制等；佛山科學技術學院本月公開專利5件，主要涉及催化電極制備；其他在4月公開相關專利的科研院所（校）還包括：武漢船用電力推進裝置研究所、同濟大學、大連理工大學、電子科技大學、深圳大學、武漢理工大學等。

圖2－3 燃料電池科研院所（校）4月專利公開情況

三、部分申請人及公開專利介紹

本月第3節(jié)將對部分申請人的公開專利進行解讀，并對涉及到的部分申請人的專利技術分支情況進行簡要介紹。

3．1 豐田公司

圖3－1豐田公司4月公開專利技術分支情況

2020年4月，豐田公司在燃料電池領域共公開專利80件，主要涉及電堆、系統(tǒng)控制、儲氫、整車等技術分支。

下文分析的豐田公司燃料電池系統(tǒng)控制相關專利的專利公開號為US20200136157A1、JP2020057460A。其中，US20200136157A1涉及執(zhí)行刷新控制期間雜質排放的問題、JP2020057460A涉及當燃料電池系統(tǒng)負載所需功率變小時的操作優(yōu)化。

3．1．1 US20200136157A1——確保執(zhí)行刷新控制期間雜質排出

在燃料電池系統(tǒng)中，鉑催化劑會隨時間發(fā)生氧化，氧化膜和其他雜質附著在催化劑表面進而降低催化性能。為了恢復催化劑性能，燃料電池系統(tǒng)會通過短時間降低燃料電池的電池電壓以減少鉑催化劑表面的氧化膜并使得雜質從催化劑表面脫落來恢復燃料電池的發(fā)電性能，這個控制方式被稱為“刷新控制”。在刷新控制期間，氧化膜由于還原反應而變成氧氣與廢氣一起從燃料電池中排出，但是雜質則以固態(tài)形式從鉑催化劑中脫落。如果在刷新控制之后雜質沒有及時排出，而是殘留在燃料電池中，則當在正常發(fā)電期間，雜質可能重新沉積在鉑催化劑的表面上并影響燃料電池的發(fā)電性能。為了保證刷新控制期間固態(tài)雜質能夠及時排出燃料電池，需要保證刷新期間電堆內(nèi)部的液態(tài)水含量，使得雜質隨著液態(tài)水排出燃料電池。

然而在燃料電池執(zhí)行刷新控制期間，為了降低燃料電池電堆電壓，會減少陰極空氣進氣量，并進而導致陰極生成的水量減少，此時燃料電池不能產(chǎn)生足夠的液態(tài)水排出雜質。為了盡可能增加液態(tài)水以排出雜質，豐田公司設計了如圖3－2所示的系統(tǒng)。燃料電池系統(tǒng)包含兩個子燃料電池系統(tǒng)，當燃料電池子系統(tǒng)9a執(zhí)行刷新控制時，燃料電池子系統(tǒng)9b則正常發(fā)電。此時燃料電池9a陰極生成的液態(tài)水減少，而燃料電池子系統(tǒng)9b的陰極會生成大量水分，并隨陰極廢氣排出。豐田利用燃料電池子系統(tǒng)9b陰極廢氣中大量水分對燃料電池子系統(tǒng)9a的空氣進氣側進行加濕，或者直接將燃料電池子系統(tǒng)9b的陰極廢氣與燃料電池子系統(tǒng)9a進氣側空氣進行混合，提高進入燃料電池子系統(tǒng)9a的空氣濕度，這樣就可以保證燃料電池子系統(tǒng)9a陰極側的液態(tài)水量，盡可能通過液態(tài)水排出雜質。此外，豐田還提出可以在執(zhí)行刷新控制期間提高電堆的冷卻效果，進一步降低電堆內(nèi)部溫度，以降低飽和蒸氣壓，促進陰極水分在電堆內(nèi)部凝結。

圖3－2 US20200136157A1燃料電池系統(tǒng)

3．1．2 JP2020057460A——燃料電池系統(tǒng)負載所需功率變小時的操作優(yōu)化

當燃料電池系統(tǒng)負載所需功率變小時，燃料電池產(chǎn)生的電力變小，整個燃料電池系統(tǒng)的能量效率降低，甚至負載所需功率可能由二次電池直接提供，此時燃料電池執(zhí)行間歇操作。當燃料電池執(zhí)行間歇操作時，為了防止電堆劣化，仍會使空壓機旋轉并向陰極側供應空氣以將開路電壓（OCV）維持在期望范圍內(nèi)。當空壓機供應的空氣量高于維持開路電壓（OCV）所需空氣量時，可控制多余的空氣量在排出流路中流動。排出多余空氣量的操作會消耗維持空壓機發(fā)送多余空氣量的電力，因此燃料電池系統(tǒng)的有效操作性存在改善空間。

基于此，JP2020057460A提出了一種燃料電池系統(tǒng)，可在燃料電池系統(tǒng)負載所需功率變小時，使燃料電池系統(tǒng)的操作更為有效。