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专利情报 | 燃料电池领域全球专利监控报告(2020年3月)

导读

各位读者大家好,每月一期的燃料电池领域全球专利监控报告又和大家见面啦。本期监控报告的内容主要包括三个部分,分别为:

2020年3月燃料电池领域公开专利整体情况介绍;国内申请人专利公开情况介绍;部分申请人介绍及其公开专利解读,具体包括丰田公司确保氢气排出方法以及具有改善排水性能的隔板专利解读、现代公司膜电极水管理相关专利解读、戴姆勒公司加湿器专利解读以及中科院大连化物所双极板密封专利解读。

一、整体情况介绍

1.1 专利公开地域情况

2020年3月,燃料电池领域在全球范围内公开/授权的专利共912件,较上月相比,数量有一定增加。本月,中国地区的发明专利申请公开数量较上月(255)下降较多,发明授权专利公告数量较上月(37)有所增加,实用新型专利授权公告数量总体与上月持平。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3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3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。其中,丰田公司公开的专利为97件,其中发明申请和发明授权数量分别为55、41件;现代公司和LG公司的专利公开数量分别为28、24件;国家能源投资集团有限责任公司与北京低碳清洁能源研究所作为共同申请人的专利公开数量为13件,均为发明专利申请公开,主要涉及加氢站和SOFC发电系统相关技术;武汉泰歌公开专利13件,实用新型专利占比较大,共计9件。

图1-3 标准化申请人专利3月公开/授权排名

本月,在燃料电池应用上,丰疆智能科技股份有限公司公开了3件关于搭载有燃料电池的混合动力拖拉机的专利;武汉海亿新能源科技有限公司公开了1件涉及燃料电池农用拖拉机的专利;斗山摩拜创新株式会社公开了3件关于燃料电池无人机的专利;丰田公司公开了6件关于社区氢能与燃料电池应用的专利。

二、国内申请人专利公开情况

2.1 国内整车厂3月专利公开情况

国内整车厂在3月的专利公开情况如图2-1所示。其中,中国一汽公开了10件专利,技术主要涉及催化剂制备、系统控制、动力系统等;东风汽车公开了4件专利,技术主要涉及膜电极制备、电堆固定、系统控制等;其他在3月公开相关专利的整车厂还包括武汉泰歌、格罗夫、广汽集团、奇瑞汽车、上汽集团等。

图2-1 整车厂3月专利公开情况

2.2 燃料电池企业3月专利公开情况

国内燃料电池企业在3月的专利公开情况如图2-2所示。其中,江苏华荷氢电公开专利8件,主要涉及电堆相关技术;大洋电机公开专利7件,主要涉及反应气体供应与动力系统等,其中有3件专利为PCT专利公开;其他在3月公开相关专利的企业还包括深圳国氢、潍柴动力、新柯力化,上海骥翀、莒纳新材料等。

图2-2 燃料电池企业3月专利公开情况

2.3 科研院所(校)3月专利公开情况

燃料电池相关科研院所(校)在3月的专利公开情况如下图所示。其中,三家科研机构,中科院大连化物所、中科院上海有机化学研究所、武汉船用电力推进装置研究所(主要涉及石墨双极板技术)分别公开专利10、10、5件;3月公开相关专利的院校包括:西安交大、北京科技大学、清华大学、天津大学等。

三、部分申请人及公开专利介绍

本月第3节将对部分申请人的公开专利进行解读,并对涉及到的申请人的专利技术分支情况进行简要介绍。

3.1 丰田公司

图3-1 丰田公司3月公开专利技术分支情况

2020年3月,丰田公司在燃料电池领域共公开专利97件,主要涉及电堆、系统控制、整车等技术分支。

下文分析的丰田公司燃料电池相关专利的专利公开号为JP2020047418A、JP2020047440A(JP2020047441A、JP2020047442A)。其中JP2020047418A主要涉及停机检查、维修前排除电堆内氢气的方法;JP2020047440A(JP2020047441A、JP2020047442A)主要涉及一种具有改善排水性能的隔板。

3.1.1 JP2020047418A——确保氢气从燃料电池系统中排出的方法

为了确保燃料电池长期稳定进行发电,需要定期停机并对其进行检查。在对燃料电池系统进行检查时,出于安全考虑,需要对燃料电池进行放电,并用惰性气体置换系统内的氢气,具体包括电堆内的氢气和阳极气体供应单元中的氢气。

现有技术在燃料电池停止发电并判断进入放电处理过程后,首先向电堆供给惰性气体(氮气、氩气等),然后检测电堆电压是否低于预定值Va;当电堆电压≤Va时,判断放电完成。然而,在燃料电池停止发电时,其电堆电压也可能低于Va,此时放电处理过程十分短暂,无法确保系统内的氢气完全排出。

基于此,JP2020047418A提出一种确保放电处理过程中氢气完全排出的方法及燃料电池系统,具体如下:

图3-2 JP2020047418A燃料电池系统

车辆燃料电池系统如图3-2所示,燃料电池系统100包括电堆10、控制装置20、阳极气体供应单元50、阴极气体供应单元30等。当燃料电池系统停止发电后,停止供应反应气体,此时电堆剩余电压值接近于零。维修人员将惰性气体罐72连接至阳极气体供应单元50,然后开始进行维修前预处理。

预处理流程见图3-3(a)。首先,控制单元21控制空压机以预定转速(可选200NL/min)将空气供应至电堆阴极,使电堆电压上升;控制单元确定从电压测量单元84获取到的电压值是否已经上升至预设电压V1(V1≈开路电压OCV);若已上升至V1,则在一定时间后进一步判断电压测量单元84获取的电压值是否已经小于或者等于预设电压V2(V2是指当燃料电池阳极附近不存在氢气时通过实验或者模拟得来的电压值,V2<v1);当电压值≤v2时,则说明阳极处的氢气被消耗殆尽;控制单元21接下来控制阳极气体供应单元50向电堆供应惰性气体,此时阳极管道51中的氢气也被供应至电堆内;供应至电堆内的氢气与阴极气体进行反应,使电堆电压再次升高,此时再次测量电压值并判断是否已上升至v1;当电堆电压上升至v1,在一定时间后,再次测量电堆电压是否已经下降至v3(v3可设置为≤v2);当电堆电压≤v3时,则说明阳极气体供应单元和电堆内的氢气均以被去除。< p="">

图3-3 (a)预处理流程图;(b)预处理过程中电压变化

在预处理完毕后,维修人员可对燃料电池系统进行检查、维护、维修等工作。

3.1.2 JP2020047440A(JP2020047441A、JP2020047442A)——一种改善排水性能的隔板

图3-4 现有技术隔板结构示意图

燃料电池隔板一侧形成有供反应气体流过的气体流路4A、4B,当发电产生的水留在气体流路中时,可能会降低反应气体的扩散性,使燃料电池的发电性能下降。为此,现有技术通过在气体流路的槽壁表面设置多个细槽6,细槽与气体扩散层接触,使得液态水能够迅速与气体扩散层分离并沿着细槽进行流动以排出。

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