（1）控制系統(tǒng)——燃料電池系統(tǒng)及控制方法

近年來(lái)，隨著環(huán)境形式越發(fā)嚴(yán)峻，固體高分子型燃料電池、固體氧化物型燃料電池等各種燃料電池向汽車中的利用正在被廣泛研究。這類燃料電池是通過(guò)含氫、烴等的陽(yáng)極氣體與含氧的陰極氣體的電化學(xué)反應(yīng)來(lái)進(jìn)行發(fā)電（溫度在800℃左右）。進(jìn)行了發(fā)電之后，從燃料電池排出的發(fā)電中未被使用的燃料氣體（陽(yáng)極廢氣）和空氣（陰極廢氣）通常溫度較高，需要進(jìn)行降溫處理。同時(shí)在使用了固體高分子型燃料電池的情況下，由于不能將含有很多氫的陽(yáng)極廢氣直接從車輛釋放到外部，因此需要利用空氣將其稀釋到規(guī)定的濃度以下。

圖2－6 燃料電池系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)概要圖

基于此，CN109565063A提供一種具備接受燃料氣體和氧化劑氣體供給來(lái)進(jìn)行發(fā)電的固體氧化物型的燃料電池系統(tǒng)，其第一實(shí)施例（見(jiàn)圖2－6），燃料電池系統(tǒng)100包括：陽(yáng)極氣體供給系統(tǒng)20，其向燃料電池堆10供給陽(yáng)極氣體，具體包括陽(yáng)極供給通路21、燃料罐22、過(guò)濾器23、泵24、噴射器25、蒸發(fā)器26、熱交換器27以及重整器28等；系統(tǒng)啟動(dòng)系統(tǒng)30，其在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)利用；陰極氣體供給系統(tǒng)40，其向燃料電池堆10供給陰極氣體；排氣系統(tǒng)50，其對(duì)從燃料電池堆10排出的陽(yáng)極廢氣和陰極廢氣進(jìn)行排氣；以及電力系統(tǒng)60，其與燃料電池堆10之間進(jìn)行電力的輸入和輸出。并且，燃料電池系統(tǒng)100具備對(duì)系統(tǒng)整體的動(dòng)作進(jìn)行統(tǒng)一控制的控制部80。其中空氣控制流程圖如下：

圖2－7 發(fā)電量調(diào)整處理流程圖

（2）整車——冷啟動(dòng)

分析：

氫－氧燃料電池通過(guò)氧氣和氫氣反應(yīng)以產(chǎn)生電、水、熱。其中產(chǎn)生的水用于水合燃料電池的膜，其他多余的水應(yīng)進(jìn)行排出。然而，在零度或冷凍環(huán)境溫度下或在燃料電池車輛的冷啟動(dòng)期間，先前操作中保留在膜中的殘余水變成冰，從而阻塞燃料的陰極催化劑層中的孔。膜中的冰積聚阻止氧氣流向陰極催化劑而使得燃料電池車輛在冷啟動(dòng)期間陰極催化劑層不活躍。若此時(shí)通入更多的氫氣和氧氣進(jìn)行反應(yīng)，可能會(huì)造成水產(chǎn)生得更多，由于熱量通過(guò)冷卻回路被吹走，會(huì)造成越來(lái)越多的水在陰極催化劑層凝聚成冰，最終導(dǎo)致燃料電池系統(tǒng)的總功率損失，車輛沒(méi)有啟動(dòng)。

圖2－8 燃料電池系統(tǒng)

基于上述問(wèn)題，該專利提供了一種在水冷凍條件下減少燃料電池組啟動(dòng)期間積冰的方法，具體為，在燃料電池堆（FCS）啟動(dòng)期間，基于燃料電池堆的MEA的水溶性限制從燃料電池堆汲取的電力，以及一個(gè)溫度計(jì)。限制所汲取的功率包括限制電流密度，并且其中功率限制包括基于提高燃料電池堆的入口溫度的時(shí)間來(lái)限制從燃料電池堆汲取的電功率。以這種方式，可以將膜中的總水量（包括剩余的水和產(chǎn)生的水）控制在燃料電池堆的耐冰曲線內(nèi)。通過(guò)從FCS獲得有限的功率，其中可以基于感測(cè)的溫度和水量估計(jì)在啟動(dòng)期間實(shí)時(shí)確定限制，可以操作FCS，同時(shí)減少由于冰形成而導(dǎo)致的間歇性功率損失。此外，冷卻劑泵可以在冷啟動(dòng)期間操作以使更高流速的加熱冷卻劑返回，從而更快地將熱量重新引回到燃料電池堆中并且減少電流限制的時(shí)間段。

日產(chǎn)此篇專利的發(fā)明點(diǎn)是通過(guò)限制從燃料電池堆汲取電力，來(lái)提高燃料電池堆入口溫度，獨(dú)立權(quán)利要求僅對(duì)該方法的原理進(jìn)行限定了，其保護(hù)范圍較大，如有采用類似技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)燃料電池車輛的冷啟動(dòng)應(yīng)特別注意，防止落入其保護(hù)范圍內(nèi)。同時(shí)該專利進(jìn)行PCT申請(qǐng)，不排除其日后有進(jìn)入其他國(guó)家的可能。

2．3 現(xiàn)代公司

圖2－9 現(xiàn)代公司4月公開(kāi)專利技術(shù)構(gòu)成

2019年4月現(xiàn)代公司在燃料電池領(lǐng)域一共公開(kāi)了31篇專利，專利所涉及到的技術(shù)主要包括控制系統(tǒng)、熱管理、電堆、整車等。作為韓系汽車的代表品牌，現(xiàn)代在燃料電池領(lǐng)域也有一定的建樹(shù)，其專利技術(shù)覆蓋技術(shù)分支較多。下面對(duì)本月現(xiàn)代公開(kāi)的部分代表專利進(jìn)行介紹、分析。

（1）儲(chǔ)氫相關(guān)——吸收儲(chǔ)氫罐膨脹結(jié)構(gòu)

分析：

燃料電池車輛可由氫－氧之間的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電力來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，氫燃料氣體須通過(guò)儲(chǔ)氫罐（700bar）進(jìn)行儲(chǔ)存。為了使儲(chǔ)氫罐加滿氫氣，通常安裝并固定幾個(gè)通氣孔在其外部，由于儲(chǔ)氫罐進(jìn)行剛性固定，使得儲(chǔ)氫罐的膨脹不能被吸收。在加滿氫氣后（罐內(nèi)高壓），由于氫的特性，儲(chǔ)氫罐會(huì)發(fā)生膨脹，如未能對(duì)其吸收，則應(yīng)力施加到罐，如果儲(chǔ)氫罐上應(yīng)力積聚，可能會(huì)導(dǎo)致其爆炸。

圖2－10 儲(chǔ)氫罐結(jié)構(gòu)及彈性構(gòu)件

基于此，該專利提供了一種儲(chǔ)氫罐，其外周表面上設(shè)置有帶狀構(gòu)件，并且，在儲(chǔ)氫罐和帶狀構(gòu)件之間插入彈性構(gòu)件，其中兩個(gè)帶狀構(gòu)件設(shè)置成圍繞儲(chǔ)氫罐的寬度方向，帶狀構(gòu)件彼此平行安裝，其中彈性件由螺旋彈簧組成，螺旋彈簧的上下表面在儲(chǔ)氫罐和帶狀構(gòu)件之間被壓縮。

此專利的發(fā)明點(diǎn)為通過(guò)在儲(chǔ)氫罐與帶狀構(gòu)件設(shè)置彈性構(gòu)件，使施加在儲(chǔ)氫罐膨脹上的力被彈性構(gòu)件吸收，可確保氫氣罐的安全性并提高其耐久性。獨(dú)立權(quán)利要求僅對(duì)彈性件的類型進(jìn)行了限定，“彈性件由螺旋彈簧組成”，并沒(méi)有對(duì)螺旋彈簧的具體形式進(jìn)行限定，因此在采用類似技術(shù)實(shí)現(xiàn)吸收儲(chǔ)氫罐膨脹時(shí)，應(yīng)小心落入其專利的保護(hù)范圍。