专利情报 | 燃料电池领域全球专利监控讲述(2020年4月)

,,

导读

列位读者人人好,每月一期的燃料电池领域全球专利监控讲述又和人人碰头啦。本期监控讲述的内容主要包罗三个部门,分别为:2020年4月燃料电池领域公然专利整体情形先容;海内申请人专利公然情形先容;部门申请人先容及其公然专利解读,详细包罗丰田公司执行刷新控制时代确保杂质排挤以及燃料电池系统负载所需功率变小时的操作优化的专利解读;奥迪公司为防止电堆停机重启时,残留氢氧直接反映导致催化剂发生劣化的专利解读;清华大学燃料电池电压控制专利解读;同济大学燃料电池低温启动控制专利解读等。

一、整体情形先容

1.1 专利公然地域情形

2020年4月,燃料电池领域在全球局限内公然/授权的专利共1106件,较上月相比,数目有一定增添。本月,中国区域的发现专利申请公然数目较上月(166)增添较多,发现授权专利通告数目与上月持平,实用新型专利授权通告数目较上月有一定增添。部门公然国家/区域/组织以及数目情形如图1-1所示。

专利情报 | 燃料电池领域全球专利监控讲述(2020年4月)

图1-1 部门区域燃料电池专利4月公然/授权情形

1.2 专利手艺分支情形

专利情报 | 燃料电池领域全球专利监控讲述(2020年4月)

图1-2 燃料电池专利4月公然/授权的手艺漫衍

1.3 申请人专利申请情形

将专利申请人经由标准化处置后,对标准化申请人的专利申请数目举行统计,如图1-3所示。本月,丰田公司公然专利80件,其中发现申请和发现授权数目分别为46、33件;本田公司和日产公司的专利公然数目分别为33、31件;博世公司和潍柴动力本月公然专利数目均为21件,其中博世公司的专利手艺主要涉及电堆(催化剂、密封)、氢系统、动力系统,潍柴动力的专利手艺主要涉及空气系统、系统控制、热治理等;格力团体本月公然专利10件,其专利手艺主要涉及电堆、增湿等,其中电堆以双极板相关手艺为主。

专利情报 | 燃料电池领域全球专利监控讲述(2020年4月)

图1-3 标准化申请人专利4月公然/授权排名

在燃料电池磨练检测方面,本月公然燃料电池气密性检测相关专利的企业有中国一汽、锋源氢能、上海电气、深圳世椿等;公然燃料电池氢系统测试相关专利的企业有上海舜华新能源、中汽研汽车磨练中央、佛山清极等;公然燃料电池故障、缺陷、寿命检测相关专利的企业有潍柴动力、深圳世椿、北京航天智造。

二、海内申请人专利公然情形

2.1 海内整车厂4月专利公然情形

海内整车厂在4月的专利公然情形如图2-1所示。其中,中国一汽公然22件专利,主要涉及双极板、气体扩散层、空气系统、检测磨练等;格罗夫公然了6件专利,主要涉及热治理、车用去离子器等;东风汽车在本月公然相关专利5件,主要涉及燃料电池汽车冷却系统控制、能量治理、氧气供应等。其他在4月公然相关专利的整车厂还包罗上汽民众、宇通客车、北汽团体、长城汽车、飞驰汽车、吉祥汽车、广汽团体、奇瑞汽车、金龙客车等。

专利情报 | 燃料电池领域全球专利监控讲述(2020年4月)

图2-1 整车厂4月专利公然情形

2.2 燃料电池企业4月专利公然情形

海内燃料电池企业在4月的专利公然情形如图2-2所示。其中,上海神力公然专利8件,主要涉及低温启动、停机方式以及活化等手艺;中国华能团体清洁能源手艺研究院有限公司公然专利6件,主要涉及熔融碳酸盐燃料电池相关手艺;其他在4月公然相关专利的企业还包罗河南豫氢、浙江高成绿能、舜华新能源、新源动力、雄韬氢雄、武汉中极氢能等。

专利情报 | 燃料电池领域全球专利监控讲述(2020年4月)

图2-2 燃料电池企业4月专利公然情形

2.3 科研院所(校)4月专利公然情形

燃料电池相关科研院所(校)在4月的专利公然情形如图2-3所示。其中,中科院大连化物所公然专利13件,其手艺主要涉及膜电极相关组件制备、双极板、增湿器等;清华大学公然专利12件,其手艺主要涉及燃料电池状态检测、系统控制等;佛山科学手艺学院本月公然专利5件,主要涉及催化电极制备;其他在4月公然相关专利的科研院所(校)还包罗:武汉船用电力推进装置研究所、同济大学、大连理工大学、电子科技大学、深圳大学、武汉理工大学等。

专利情报 | 燃料电池领域全球专利监控讲述(2020年4月)

图2-3 燃料电池科研院所(校)4月专利公然情形

,,

三、部门申请人及公然专利先容

本月第3节将对部门申请人的公然专利举行解读,并对涉及到的部门申请人的专利手艺分支情形举行简要先容。

3.1 丰田公司

专利情报 | 燃料电池领域全球专利监控讲述(2020年4月)

图3-1丰田公司4月公然专利手艺分支情形

2020年4月,丰田公司在燃料电池领域共公然专利80件,主要涉及电堆、系统控制、储氢、整车等手艺分支。

下文剖析的丰田公司燃料电池系统控制相关专利的专利公然号为US20200136157A1、JP2020057460A。其中,US20200136157A1涉及执行刷新控制时代杂质排放的问题、JP2020057460A涉及当燃料电池系统负载所需功率变小时的操作优化。

3.1.1 US20200136157A1——确保执行刷新控制时代杂质排挤

在燃料电池系统中,铂催化剂会随时间发生氧化,氧化膜和其他杂质附着在催化剂外面进而降低催化性能。为了恢复催化剂性能,燃料电池系统会通过短时间降低燃料电池的电池电压以削减铂催化剂外面的氧化膜并使得杂质从催化剂外面脱落来恢复燃料电池的发电性能,这个控制方式被称为“刷新控制”。在刷新控制时代,氧化膜由于还原反映而酿成氧气与废气一起从燃料电池中排挤,然则杂质则以固态形式从铂催化剂中脱落。若是在刷新控制之后杂质没有实时排挤,而是残留在燃料电池中,则当在正常发电时代,杂质可能重新沉积在铂催化剂的外面上并影响燃料电池的发电性能。为了保证刷新控制时代固态杂质能够实时排挤燃料电池,需要保证刷新时代电堆内部的液态水含量,使得杂质随着液态水排挤燃料电池。

然而在燃料电池执行刷新控制时代,为了降低燃料电池电堆电压,会削减阴极空气进宇量,并进而导致阴极天生的水量削减,此时燃料电池不能发生足够的液态水排挤杂质。为了尽可能增添液态水以排挤杂质,丰田公司设计了如图3-2所示的系统。燃料电池系统包罗两个子燃料电池系统,当燃料电池子系统9a执行刷新控制时,燃料电池子系统9b则正常发电。此时燃料电池9a阴极天生的液态水削减,而燃料电池子系统9b的阴极会天生大量水分,并随阴极废气排挤。丰田行使燃料电池子系统9b阴极废气中大量水分对燃料电池子系统9a的空气进气侧举行加湿,或者直接将燃料电池子系统9b的阴极废气与燃料电池子系统9a进气侧空气举行夹杂,提高进入燃料电池子系统9a的空气湿度,这样就可以保证燃料电池子系统9a阴极侧的液态水量,尽可能通过液态水排挤杂质。此外,丰田还提出可以在执行刷新控制时代提高电堆的冷却效果,进一步降低电堆内部温度,以降低饱和蒸气压,促进阴极水分在电堆内部凝聚。

专利情报 | 燃料电池领域全球专利监控讲述(2020年4月)

专利情报 | 燃料电池领域全球专利监控讲述(2020年4月)

图3-2 US20200136157A1燃料电池系统

3.1.2 JP2020057460A——燃料电池系统负载所需功率变小时的操作优化

当燃料电池系统负载所需功率变小时,燃料电池发生的电力变小,整个燃料电池系统的能量效率降低,甚至负载所需功率可能由二次电池直接提供,此时燃料电池执行间歇操作。当燃料电池执行间歇操作时,为了防止电堆劣化,仍会使空压机旋转并向阴极侧供应空气以将开路电压(OCV)维持在期望局限内。当空压机供应的空宇量高于维持开路电压(OCV)所需空宇量时,可控制多余的空宇量在排挤流路中流动。排挤多余空宇量的操作会消耗维持空压机发送多余空宇量的电力,因此燃料电池系统的有用操作性存在改善空间。

基于此,JP2020057460A提出了一种燃料电池系统,可在燃料电池系统负载所需功率变小时,使燃料电池系统的操作更为有用。

专利情报 | 燃料电池领域全球专利监控讲述(2020年4月)

图3-3 JP2020057460A燃料电池系统

,,

燃料电池系统如图所示,包罗两个电堆11、12,阴极气体供应单元110、阳极气体供应单元120、控制单元4;阴极气体供应单元110包罗两个空压机13、14以及控制阀和气体供应通道等。

当燃料电池处于正常操作模式时,可通过控制单元获取所需输出电力值,来决议电堆11、12的发电量,此时空压机13、14均正常运转。当控制单元4确定负载所需功率小于即是预设阈值时(预设阈值为从正常操作变为间歇操作的阈值),燃料电池系统进入间歇操作模式,此时控制单元发出下令使空压机14、阀19关闭、阀20打开,保持空压机13运行,由空压机13向电堆11供应空气。然后由控制单元判断电堆11的电压是否高于上限值(上限值设定为不使催化层发生劣化的最大OCV值),当判断电堆11电压高于上限值时,削减空压机11转速,调治阴极气体流速,使电堆电压重新回落到预定局限内;若当检测到电堆电压低于上限值时,需要进一步判断电堆电压是否低于下限值(下限值设定为在间歇操作时代各电堆可维持电压的下限值;也可理解为当燃料电池系统从间歇操作模式转换为正常操作模式时,电堆输出可立刻升高到的电压值);当判断电堆电压低于下限值时,控制单元发出控制指令使空压机11提高转速,调整空气流速,使电堆电压重回预定局限。若判断电堆电压处于预定局限内,则重新检测负载所需输出是否小于即是预设阈值,若大于预设阈值,则返回正常操作。

专利情报 | 燃料电池领域全球专利监控讲述(2020年4月)

图3-4 JP2020057460A操作优化控制流程图

3.2 奥迪公司

下文剖析的奥迪公司燃料电池系统控制相关专利的专利公然号为CN107004876B。CN107004876B主要涉及防止电堆停机重启时,残留氢氧直接反映导致催化剂发生劣化。

3.2.1 CN107004876B——一种用于断开燃料电池系统的方式

燃料电池系统停机过程中,住手向电堆供应燃料气体和空气后,阴极侧的空气可能向阳极侧渗透。当燃料电池系统重新启动时,燃料电池南北极可能泛起较高的电势,导致燃料电池电极催化质料泛起碳侵蚀和催化剂老化。为了制止该情形,燃料电池电堆在住手运转时需要尽可能保证阴极侧没有氧气。这样阳极侧的水、氮气和水蒸气组成的气体夹杂物可以扩散到阳极,并在电堆重新启动时珍爱电堆。

专利情报 | 燃料电池领域全球专利监控讲述(2020年4月)

图3-5 CN107004876B燃料电池系统

参见上图3-5,奥迪公司对燃料电池系统举行了改善,在阴极侧进气通道21和排气通道22上设置了空压机23,增湿器29,阀30、31,旁路阀28,涡轮26。当燃料电池系统进入停机流程,空压机23连续运转,阀30、31和旁路阀28开启,由此可以保证阴极室维持较高的压力。而由于旁路阀28开启,空压机并没有向电堆阴极室引入新的空气,经由一段时间之后,电堆的阴极室内空气中氧气被逐渐消耗,氧气浓度降低。此时关闭阀30和31,将电堆阴极室与外界大气隔离,这样阀31之后的管路内气压值与大气压靠近,而阴极室内保持1.5-2.5bar的较高压力。接着丈量阴极室内氧气含量,可以行使气体传感器举行检测,也可以直接丈量电堆输出电压值的巨细来判断氧气浓度是否知足要求。若是氧气浓度已经下降到阈值之内,则控制阀30和31的开闭,使得电堆阴极室的高压低氧含量气体向进气通道21和排气通道22膨胀,而阴极室的压力降低至大气压和初始高压之间的一个低的超压上。再次关闭阀30、31,让电堆阴极室压力维持在超压上,而且此时阴极室内气体的氧气含量相符停机要求,不会由于下次开机导致催化剂劣化。

通过先让阴极室保持较高压力并消耗其中的氧气,再将高压低氧气体通过阀门向管路上下游举行膨胀,保证了阴极室内可以维持较低的氧含量水平,进而实现了制止氧气由阴极侧进入阳极侧,带来催化剂劣化的问题。

3.3 清华大学

下文剖析的清华大学燃料电池系统控制相关专利的专利公然号为CN109830716B。CN109830716B主要涉及燃料电池电压控制。

3.3.1 CN107004876B——燃料电池电压控制方式

针对燃料电池电压举行控制,可接纳控制输出电流以及调治反映气体供给量的方式。例如,当控制器设置了一个最高事情电压,一旦控制器检测到现实电压跨越该设定值时,可控制燃料电池提高输出电流来使电压下降。此种方式虽然操作十分利便,但需要连续提高对外输出电流;另外,还可通过削减反映气体供应量的方式来降低燃料电池的事情电压,然而由于供气削减,会使得让燃料电池内部均一性和一致性恶化加剧,存在失效风险。

基于此,CN109830716B提出了一种燃料电池电压控制方式,可有用确保燃料电池内部的均一性和一致性,提高燃料电池使用寿命,详细如下:

燃料电池控制系统如图3-6所示,通过空压机和循环泵配合用以调治燃料电池的阴极气体过量系数和气体再循环系数,详细控制方式为:

专利情报 | 燃料电池领域全球专利监控讲述(2020年4月)

图3-6 CN109830716B燃料电池控制系统图

首先获取燃料电池的事情电压值,燃料电池事情电压值可由燃料电池的事情电流、气体过量系数和气体再循环率来确定。

专利情报 | 燃料电池领域全球专利监控讲述(2020年4月)

图3-7 电流密度和事情电压关系转变;气体过量系数、气体再循环率与电流密度关系转变

凭据燃料电池事情电压值和预设上限电压值的巨细关系,调整气体过量系数和气体再循环率,以使燃料电池的事情电压不大于上限电压,同时知足燃料电池的反映气体通过量在预设局限内。例如,当事情电压值大于预设上限电压值时,减小气体过量系数,以使燃料电池的事情电压不大于上限电压;凭据减小后的气体过量系数增大气体再循环率,以使燃料电池的反映气体通过量在预设局限内;重新对照事情电压值和预设上限电压值的巨细;若事情电压值仍大于预设上限电压值,则继续减小气体过量系数,以使燃料电池的事情电压不大于上限电压。调整方式可参考以下式子:

专利情报 | 燃料电池领域全球专利监控讲述(2020年4月)

(η代表气体再循环率,λ0代表气体再循环率的初始值,λ代表气体过量系数)

,,

3.4 同济大学

下文剖析的同济大学燃料电池系统控制相关专利的专利公然号为CN110957503A。CN110957503A主要涉及燃料电池低温启动控制。

3.4.1 CN110957503A——燃料电池低温启动空气加热回流系统及控制方式

燃料电池低温启动计谋主要分为两大类型,保温和加热。“保温”是指防止燃料电池温度降到0℃以下,制止内部水分结冰阻碍气体供应以及对燃料电池组件造成损伤等,可通过设置电热丝、干燥剂、氢循环泵等来实现保温效果,但通常能耗较高且系统设计较为庞大。“加热”是指可通过外部热源或者内部氢氧直接反映发生热量来举行加热,外部热源设置会增添系统结构的庞大性,而且通过内部氢氧直接反映存在因热量漫衍不均使得电堆遭受热应力损伤的情形。

基于此,为了简化系统结构以及战胜部门手艺缺陷,CN110957503A公然了一种燃料电池低温启动空气加热回流系统及控制方式,详细如下:

燃料电池系统如图3-8所示,包罗空压机4、加热器14、电堆10、控制器12等,当燃料电池启动时,行使温度传感器11检测电堆的温度(T1),若燃料电池温度低于0℃,则执行预热处置。预热处置主要是使加热器14事情,将三通阀2、13与加热阀相连的端口打开,对从电堆中排挤的空气举行加热以实现循环回流,在预热处置过程中中冷器5、加湿器7和出口处背压阀6住手事情。

专利情报 | 燃料电池领域全球专利监控讲述(2020年4月)

图3-8 CN110957503A燃料电池系统

当燃料电池温度高于0℃,关闭加热器14,将三通阀2、13与加热阀相连的端口关闭,使燃料电池正常运行。

另外,在预热阶段,还需对蓄电池SOC举行检测,当蓄电池SOC高于40%时,则直接使用蓄电池举行供电;当蓄电池SOC低于40%时,则控制燃料电池电堆为加热器和空压机供电。

专利情报 | 燃料电池领域全球专利监控讲述(2020年4月)

图3-9 CN110957503A系统控制流程图

3.5 其他燃料电池系统控制专利一览

专利情报 | 燃料电池领域全球专利监控讲述(2020年4月)

专利情报 | 燃料电池领域全球专利监控讲述(2020年4月)

专利情报 | 燃料电池领域全球专利监控讲述(2020年4月)

专利情报 | 燃料电池领域全球专利监控讲述(2020年4月)

专利情报 | 燃料电池领域全球专利监控讲述(2020年4月)

专利情报 | 燃料电池领域全球专利监控讲述(2020年4月)

专利情报 | 燃料电池领域全球专利监控讲述(2020年4月)

声明: 本文由入驻基智地平台的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表基智地立场;基智地发布此信息的目的在于传播更多信息,与本站立场无关。