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，并对涉及到的部分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4月公开专利技术分支情况

2020年4月，丰田公司在燃料电池领域共公开专利80件，主要涉及电堆、系统控制、储氢、整车等技术分支。

下文分析的丰田公司燃料电池系统控制相关专利的专利公开号为US20200136157A1、JP2020057460A。其中，US20200136157A1涉及执行刷新控制期间杂质排放的问题、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——确保执行刷新控制期间杂质排出

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表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减少铂催化剂表面的氧化膜并使得杂质从催化剂表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”。在刷新控制期间，氧化膜由于还原反应而变成氧气与废气一起从燃料电池中排出，但是杂质则以固态形式从铂催化剂中脱落。如果在刷新控制之后杂质没有及时排出，而是残留在燃料电池中，则当在正常发电期间，杂质可能重新沉积在铂催化剂的表面上并影响燃料电池的发电性能。为了保证刷新控制期间固态杂质能够及时排出燃料电池，需要保证刷新期间电堆内部的液态水含量，使得杂质随着液态水排出燃料电池。

然而在燃料电池执行刷新控制期间，为了降低燃料电池电堆电压，会减少阴极空气进气量，并进而导致阴极生成的水量减少，此时燃料电池不能产生足够的液态水排出杂质。为了尽可能增加液态水以排出杂质，丰田公司设计了如图3－2所示的系统。燃料电池系统包含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阴极生成的液态水减少，而燃料电池子系统9b的阴极会生成大量水分，并随阴极废气排出。丰田利用燃料电池子系统9b阴极废气中大量水分对燃料电池子系统9a的空气进气侧进行加湿，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进气侧空气进行混合，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出杂质。此外，丰田还提出可以在执行刷新控制期间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结。

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，燃料电池产生的电力变小，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）维持在期望范围内。当空压机供应的空气量高于维持开路电压（OCV）所需空气量时，可控制多余的空气量在排出流路中流动。排出多余空气量的操作会消耗维持空压机发送多余空气量的电力，因此燃料电池系统的有效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效。

图3－3 JP2020057460A燃料电池系统