導(dǎo)讀：

各位讀者大家好，2021年03月燃料電池全球?qū)＠�監(jiān)控報(bào)告全新發(fā)布～本期監(jiān)控報(bào)告主要內(nèi)容包括三個(gè)部分，分別為：

1、2021年03月燃料電池領(lǐng)域公開專利整體情況介紹；

2、國內(nèi)申請人專利公開情況介紹；

3、部分申請人公開專利介紹，具體專利技術(shù)包括現(xiàn)代公司燃料電池平均功率計(jì)算、燃料電池裝堆后活化方法；本田公司燃料電池停機(jī)吹掃時(shí)間設(shè)定方法、防止燃料電池低溫啟動(dòng)時(shí)清掃閥節(jié)流孔件發(fā)生閉塞；豐田公司抑制儲(chǔ)氫罐卷繞纖維發(fā)生松弛。部分雙極板加工方法／裝置相關(guān)公開專利一覽等。

1． 整體情況介紹

1．1 專利公開地域情況

2021年3月，燃料電池領(lǐng)域在全球范圍內(nèi)公開／授權(quán)的專利共1308件。本月，中國地區(qū)專利公開數(shù)量790件，較上月公開數(shù)量（659件）增加較多，主要為發(fā)明專利申請公開數(shù)量增加較多；日本公開專利數(shù)量148件，美國公開專利數(shù)量127件。部分公開國家／地區(qū)／組織以及數(shù)量情況如圖1－1所示。

圖1－1 部分地區(qū)燃料電池專利3月公開／授權(quán)情況

1．2 專利技術(shù)分支情況

圖1－2 燃料電池專利3月公開／授權(quán)的技術(shù)分布

1．3 申請人專利申請情況

將專利申請人經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理后，對標(biāo)準(zhǔn)化申請人的專利申請數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖1－3所示。本月，豐田公司公開專利93件，其中發(fā)明專利授權(quán)公告50件、發(fā)明專利申請公開41件；格羅夫公開專利51件，均為發(fā)明專利申請公開；博世公司公開專利35、現(xiàn)代公司公開專利31件；大眾公司與奧迪公司共公開專利26件；中科院大連化物所公開專利22件；愛德曼氫能、北京理工大學(xué)、濰柴動(dòng)力、武漢理工大學(xué)均公開專利11件；未勢能源、森村SOFC、上海韻量、松下公司、無錫先導(dǎo)智能、武漢雄韜氫雄均公開專利9件。

圖1－3 標(biāo)準(zhǔn)化申請人專利3月公開／授權(quán)排名

在燃料電池測試技術(shù)上，上海韻量新能源公開了一種燃料電池振動(dòng)測試裝置，該振動(dòng)測試裝置通過將輸氣管道吸氣口設(shè)置在室外，采用正壓式通風(fēng)方式，避免了泄露的可燃性氣體進(jìn)入振動(dòng)測試裝置內(nèi)部而引起的爆炸發(fā)生；北京新研創(chuàng)能公開了一種空冷電堆活化測試平臺(tái)，該測試平臺(tái)能夠提高進(jìn)入至空冷電堆中的常溫空氣的水分含量，并通過借助水霧中液態(tài)微粒子氣化過程吸收電堆中的熱量，來避免電堆超溫，從而降低電堆活化難度以及縮短電堆活化時(shí)間等；合肥科威爾公開了一種燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)雙系統(tǒng)多工況測試臺(tái)架，可同時(shí)滿足單機(jī)大功率的測試需求以及并機(jī)測試需求；奇瑞汽車公開了一種燃料電池系統(tǒng)絕緣檢測方法，通過獲取冷卻水TDS計(jì)算出其電導(dǎo)率，然后通過冷卻水電導(dǎo)率獲得冷卻水上刻度、下刻度絕緣電阻率，進(jìn)而推算出電堆冷卻系統(tǒng)絕緣電阻。

2． 國內(nèi)申請人專利公開情況

2．1 國內(nèi)整車廠3月專利公開情況

圖2－1 整車廠3月專利公開情況

國內(nèi)整車廠在3月的專利公開情況如圖2－1所示。其中，格羅夫公開專利51件，主要涉及氫燃料電池汽車結(jié)構(gòu)件、汽車駕駛（安全）、動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、溫度控制等；東風(fēng)汽車公開專利6件，主要涉及電堆加熱裝置、汽車氫氣瓶檢測方法、雙極板激光焊接夾具、低溫吹掃等；上汽集團(tuán)公開專利5件，主要涉及質(zhì)子交換膜制備、尾氣水汽分離裝置、空氣系統(tǒng)控制方法、冷啟動(dòng)控制等；一汽解放公開專利5件，主要涉及燃料電池活化方法、水汽分離裝置、整車?yán)鋮s系統(tǒng)、車輛能量管理方法等；眾宇動(dòng)力公開專利5件，主要涉及電堆捆綁裝置、電堆巡檢連接結(jié)構(gòu)、去離子器等。奇瑞汽車公開專利4件，中國一汽公開專利3件，北汽福田、江淮汽車均公開專利2件。另外，北汽集團(tuán)、長安汽車、大運(yùn)汽車、廣汽集團(tuán)、金龍汽車在3月均公開專利1件。

2．2 燃料電池企業(yè)3月專利公開情況

圖2－2 燃料電池企業(yè)3月專利公開情況

國內(nèi)燃料電池企業(yè)在3月的專利公開情況如圖2－2所示。愛德曼氫能與濰柴動(dòng)力均公開專利11件，其中愛德曼氫能公開專利主要涉及雙極板結(jié)構(gòu)、點(diǎn)膠工裝、快速粘接裝置，CCM制造裝置，電堆組裝設(shè)備等。格力電器公開專利10件，主要涉及雙極板結(jié)構(gòu)、燃料電池保護(hù)控制系統(tǒng)與降溫控制系統(tǒng)等。上海韻量、未勢能源、無錫先導(dǎo)智能裝置、武漢雄韜氫雄共公開專利9件，其中上海韻量公開的專利主要涉及燃料電池檢測技術(shù)，包括膜電極泄漏檢測、電堆捆扎力檢測、電堆尺寸檢測等；未勢能源公開的專利主要涉及儲(chǔ)氫瓶熱激活排壓閥、氫氣管路夾，膜電極組裝方法等。北京華商三優(yōu)與北京潞電電氣合作申請專利共公開8件，主要涉及儲(chǔ)氫罐室外儲(chǔ)存相關(guān)裝置與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、氫能源發(fā)電車以及散熱器等；魔方新能源與無錫威孚高科均公開專利7件；江蘇申氫宸與山東東岳均公開專利6件；江蘇國富氫能／張家港氫云、舜華新能源、弈森科技均公開專利5件，其他在3月公開相關(guān)專利的企業(yè)有：河南豫氫、摩氫科技、億華通、浙江高成綠能、明天氫能等。

2．3 科研院所（校）3月專利公開情況

圖2－3 燃料電池科研院所（校）3月專利公開情況

燃料電池相關(guān)科研院所（校）在3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22件，主要涉及燃料電池膜電極制備、電堆封裝、直接甲醇燃料電池抗毒化方法、直接液體燃料電池陰極水含量測定等；北京理工大學(xué)和武漢理工大學(xué)均公開專利11件，其中北京理工大學(xué)公開專利主要涉及動(dòng)力系統(tǒng)DC／DC變換裝置、動(dòng)力系統(tǒng)能量輸入輸出監(jiān)控裝置、低電流壓氣機(jī)控制方法、超高速電動(dòng)空壓機(jī)擴(kuò)穩(wěn)控制方法；武漢理工大學(xué)公開專利主要涉及催化劑漿料、質(zhì)子交換膜制備，電堆排水性能改善，反極程度監(jiān)測方法等；西安交通大學(xué)公開專利7件，主要涉及固體氧化物燃料電池相關(guān)技術(shù)以及氫燃料電池循環(huán)氫氣一體化處理裝置等；哈爾濱工業(yè)大學(xué)、吉林大學(xué)、南京大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)均公開專利5件，其中同濟(jì)大學(xué)公開專利主要涉及超薄碳基雙極板、金屬雙極板耐久性測試、低溫啟動(dòng)等。大連理工大學(xué)、清華大學(xué)均公開專利4件。北京工業(yè)大學(xué)、福州大學(xué)、北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所、廣東工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)、揚(yáng)州大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)、重慶大學(xué)均公開專利3件。

3．   部分申請人及公開專利介紹

3．1 現(xiàn)代公司

2021年3月，現(xiàn)代公司在燃料電池領(lǐng)域共公開專利31件，主要涉及電堆、系統(tǒng)控制、檢驗(yàn)檢測等技術(shù)分支。下文分析的現(xiàn)代公司燃料電池相關(guān)專利的專利公開號為KR102221208B1、CN106450381B。KR102221208B涉及燃料電池平均功率計(jì)算；CN106450381B涉及燃料電池裝堆后的活化方法。

3．1．1 KR102221208B——燃料電池平均功率計(jì)算

現(xiàn)有技術(shù)有采用在順序測量電堆所有單電池電壓后，然后通過測量末端電流來計(jì)算出燃料電池功率。由于各單電池電壓測量時(shí)間與電流測量存在時(shí)間差，因此不能較為精確地計(jì)算出燃料電池功率。當(dāng)不精確的計(jì)算結(jié)果用于診斷燃料電池發(fā)電狀態(tài)以及對燃料電池進(jìn)行調(diào)整時(shí)，可能造成燃料電池?fù)p壞。

基于此，現(xiàn)代公司提出一種提升測量燃料電池平均功率精確度的方法，該方法通過測量燃料電池各單電池正向電壓后，然后測量輸出端電流，緊接著在相同時(shí)間內(nèi)從末端反向測量各單元電池的電壓，以正向電壓、反向電壓為基礎(chǔ)計(jì)算出平均電壓，然后通過平均電壓和測量電流值計(jì)算出燃料電池的平均功率。詳情如下。

燃料電池平均功率測量裝置如下圖所示，包括電堆100、電壓測量單元400、控制部、電流測量單元300、電源單元200等，電源單元可以提供電壓測量單元操作所需的功率。

圖3－1－1 KR102221208B1燃料電池系統(tǒng)示意圖

在燃料電池運(yùn)行過程中，電壓測量單元從電堆最低單元電池向最高單元電池方向依次對各單電池電壓進(jìn)行測量，從而得到正向電壓；在得到正向電壓后，由電流測量單元對燃料電池輸出端電流進(jìn)行測量；緊接著，電壓測量單元在同一時(shí)間內(nèi)從相反方向再次對電堆各單電池電壓進(jìn)行測量以得到反向電壓；控制部根據(jù)正、反向電壓計(jì)算出平均值，然后根據(jù)平均電壓值與所測電流值計(jì)算出平均功率�？刂破鲗⑵骄�功率與每個(gè)單電池的功率進(jìn)行，從而判斷單電池是否存在異常。

圖3－1－2 測量燃料電池單元電壓、電流的定時(shí)視圖

本測量方法通過同步電堆電壓測量時(shí)間點(diǎn)與電流測量時(shí)間點(diǎn)，可以精確計(jì)算出電堆的平均功率，并精確診斷燃料電池的狀態(tài)，以及對燃料電池進(jìn)行操作，防止燃料電池發(fā)生損壞。

3．1．2 CN106450381B——燃料電池堆活化方法

在組裝燃料電池堆后，由于初次運(yùn)行時(shí)電堆電化學(xué)反應(yīng)活性低，因此需要對電堆進(jìn)行活化處理以使其發(fā)揮最佳性能。在采用脈沖放電（反復(fù)執(zhí)行高電流密度的放電與關(guān)斷）對電堆進(jìn)行活化處理時(shí)，針對約220個(gè)單電池的處理時(shí)間為90－120分鐘。采用該種方式雖然可以通過改變?nèi)剂想姵貎?nèi)部水流動(dòng)來使活化速度加快，但增加了氫氣用量（需使用約2．9Kg氫氣）且處理時(shí)間仍偏長。

基于此，現(xiàn)代公司提出了一種新的活化處理方法，通過使相鄰單電池之間短路來快速降低電堆電壓，并去除殘留在電堆中氧，可有效減少氫氣用量以及減少電堆活化處理時(shí)間。詳情如下。

S1：在開始進(jìn)行電堆活化處理時(shí)，向電堆供應(yīng)氧氣和氫氣，在使電堆處于開路電壓狀態(tài)后停止氧氣和氫氣的供應(yīng)；

S2：通過單電池電壓感測端板來讓電堆中的相鄰單電池電連接，使得相鄰單電池短路，從而使單電池電壓變?yōu)?V；

S3：在使單電池短路后，再次向電堆供應(yīng)氧氣和氫氣，并采用施加0．6－1．0A／cm2的電流密度對電堆進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理時(shí)間為10－60秒；在預(yù)處理過程中，設(shè)定0．6－1．0A／cm2大小的電流密度可檢測有缺陷的單電池，并且確認(rèn)其在高、低電流密度下的電壓穩(wěn)定性。具體地，現(xiàn)代設(shè)定了預(yù)處理過程中的電流為360A，處理時(shí)間30秒。

S4：當(dāng)電堆重新進(jìn)入開路電壓狀態(tài)后，通過施加1．0－1．4A／cm2電流密度約30－180秒，再次通過短路使電堆降壓將至0V（保持時(shí)間小于5秒），從而去除電堆殘留的氧。如現(xiàn)代設(shè)定了電流432A，處理時(shí)間120秒，通過以高電流密度脈沖運(yùn)行來使催化劑周圍的全氟磺酸膨脹，引發(fā)電極結(jié)構(gòu)變化，使閉孔變成開孔，從而減少物質(zhì)轉(zhuǎn)移阻力。通過快速去除殘留在電堆中的氧，可使Pt－OX還原并使鉑／粘合劑界面優(yōu)化，從而提升了活化速度。

S5：在去除氧后，經(jīng)預(yù)定休息時(shí)間（30－300秒）后，再次供應(yīng)氧氣和氫氣。

（重復(fù)上述過程至少11次）

圖3－1－3 CN106450381B電堆活化處理

現(xiàn)代公司的活化處理方案通過使電堆相鄰單電池短路并使處于開路電壓狀態(tài)的單電池電壓降至0V后，可重復(fù)進(jìn)行活化，并且在活化過程中，通過采用短路來快速降低電壓，并去除堆內(nèi)殘留的氧，從而加速了活化過程。總體而言，該活化過程減少了固定所需要的時(shí)間，可使活化處理時(shí)間縮短至75分鐘左右，同時(shí)減少了活化過程的氫氣用量，氫氣耗量約1．7千克。

3．2 本田公司

2021年3月，本田公司在燃料電池領(lǐng)域共公開專利25件，主要涉及系統(tǒng)控制、電堆、排放回收等技術(shù)分支。下文分析的現(xiàn)代公司燃料電池相關(guān)專利的專利公開號為CN112467173A、CN112542597A。CN112467173A涉及燃料電池停機(jī)吹掃時(shí)間設(shè)定方法；CN112542597A涉及防止燃料電池低溫啟動(dòng)時(shí)清掃閥節(jié)流孔件發(fā)生閉塞。

3．2．1 CN112467173A——燃料電池停機(jī)吹掃時(shí)間設(shè)定方法

為了防止燃料電池車輛在低溫環(huán)境下其燃料電池系統(tǒng)內(nèi)殘留的水分發(fā)生凍結(jié)，需要在停機(jī)時(shí)對系統(tǒng)內(nèi)殘留水分進(jìn)行吹掃，以保證車輛在低溫環(huán)境下的啟動(dòng)性能�，F(xiàn)有技術(shù)參考了供給至電堆內(nèi)部的氧化氣體質(zhì)量流量來設(shè)定掃氣時(shí)間，以使得掃氣后的電堆交流阻抗達(dá)至最佳濕潤狀態(tài)時(shí)的對應(yīng)值。然而，基于上述方法設(shè)定掃氣時(shí)間并進(jìn)行掃氣處理后，當(dāng)燃料電池系統(tǒng)在冰點(diǎn)以下啟動(dòng)時(shí)，其實(shí)際交流阻抗會(huì)與理想設(shè)定值存在偏差，存在電堆過分干燥或干燥不充分的情形。由于大氣壓強(qiáng)、溫度對氣體質(zhì)量流量計(jì)算存在影響，特別是當(dāng)燃料電池車輛運(yùn)行在海拔高且平均氣溫低的高原地區(qū)時(shí)，采用上述方法進(jìn)行掃氣處理往往不能達(dá)到預(yù)期效果，因此需要更加精準(zhǔn)地對掃氣時(shí)間進(jìn)行設(shè)定。

基于此，本田公司提出了一種基于與大氣壓有關(guān)的體積流量值來設(shè)定掃氣時(shí)間的方法，該設(shè)定方法可有效減少系統(tǒng)在冰點(diǎn)下啟動(dòng)后的阻抗偏差，提高燃料電池車輛在冰點(diǎn)下的啟動(dòng)性能。詳情如下。

燃料電池系統(tǒng)如圖所示，包括：電堆、氣流傳感器、控制部、通信單元等，其中通信單元包括大氣濕度獲取部件、大氣壓獲取部件等，另外可根據(jù)需要在正極72與負(fù)極71之間連接交流阻抗測量器。

圖3－2－1 CN112467173A燃料電池系統(tǒng)示意圖

當(dāng)系統(tǒng)控制部檢測到燃料電池車輛電力開關(guān)從接通狀態(tài)轉(zhuǎn)換為斷開狀態(tài)時(shí)，控制部基于通信單元獲取的氣象信息，判斷下次啟動(dòng)是否在低溫條件下。當(dāng)判斷燃料電池車輛下次啟動(dòng)在低溫條件下時(shí)，控制部基于考慮了大氣壓變化的體積流量值F來設(shè)定掃氣時(shí)間，并獲取計(jì)算體積流量值F的相關(guān)參數(shù)，包括由氣流傳感器獲取到的空氣質(zhì)量流量M、由壓力傳感器檢測到的陰極入口壓力Pi、車輛所處海拔的大氣壓強(qiáng)Pa，陰極入口處溫度Ti等。體積流量值F計(jì)算可參考下列公式。

圖3－2－2 體積流量值F計(jì)算公式

在計(jì)算出體積流量值F后，可參考體積流量值F與掃氣時(shí)間St之間的對應(yīng)關(guān)系，計(jì)算出掃氣時(shí)間St。掃氣時(shí)間St還可根據(jù)參照系數(shù)K（系數(shù)K值可根據(jù)相對濕度Ha％進(jìn)行確定）進(jìn)行修正。

圖3－2－3 修正系數(shù)K與相對濕度Ha關(guān)系示意圖

此方案基于汽車所處海拔的大氣壓來計(jì)算得出體積流量值F，并通過體積流量值F對掃氣時(shí)間進(jìn)行確認(rèn)，因此無論是在空氣稀薄的高原地區(qū)還是平地，都能設(shè)定合適的掃氣時(shí)間來確保燃料電池始終處于最合適的濕潤狀態(tài)，防止燃料電池車輛在低溫啟動(dòng)時(shí)交流阻抗出現(xiàn)偏差，確保其低溫啟動(dòng)性能。

3．2．2 CN112542597A——防止燃料電池低溫啟動(dòng)時(shí)清掃閥節(jié)流孔件發(fā)生閉塞

在燃料電池工作過程中，可通過控制陽極循環(huán)流路清掃閥的開閉來控制含氮陽極排氣的排出，保障陽極循環(huán)流路的氫濃度。當(dāng)燃料電池在低溫環(huán)境下啟動(dòng)時(shí)，包含水蒸氣的陽極排氣排出時(shí)，由于電堆與排氣輔助設(shè)備之間的溫度差，陽極排氣被快速冷卻，水蒸氣凝華成細(xì)小冰粒，且冰粒隨著陽極排氣在陽極循環(huán)回路中移動(dòng)。在低溫啟動(dòng)初期，由于清掃閥的溫度較低，因此帶冰粒的陽極排氣可通過設(shè)置有節(jié)流孔件的清掃閥。當(dāng)燃料電池驅(qū)動(dòng)清掃閥動(dòng)作而使清掃閥溫度上升時(shí)，一部分冰粒發(fā)生熔化并附著在節(jié)流孔件的壁部，因此冰粒開始在節(jié)流孔件中進(jìn)行積聚，使得節(jié)流孔件開始出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。隨著燃料電池工作時(shí)間的推移，節(jié)流孔件繼續(xù)升溫，節(jié)流孔件入口處的冰粒溶解，出口側(cè)的冰粒仍凍結(jié)，溶解后液體因堵塞的冰粒而滯留，使得節(jié)流孔件完全閉塞。當(dāng)節(jié)流孔件完全閉塞時(shí)，包含氮的陽極排氣無法通過清掃閥排出，使得燃料電池陽極側(cè)氮濃度上升，而氫濃度相應(yīng)出現(xiàn)下降。氫濃度的下降可能會(huì)使得燃料電池?zé)o法進(jìn)行發(fā)電。

圖3－2－4 節(jié)流孔件處冰粒聚集示意圖

為了解決上述問題，本田公司發(fā)現(xiàn)當(dāng)清掃閥完全閉塞時(shí)，若系統(tǒng)繼續(xù)驅(qū)動(dòng)清掃閥而使其升溫，節(jié)流孔件中積聚冰�？赏耆�溶解，此時(shí)陽極排氣可從節(jié)流孔件中排出。燃料電池系統(tǒng)可在節(jié)流孔件完全解凍后，切換清掃閥開閉控制陽極氣體的排出，以調(diào)整陽極循環(huán)回路的氫濃度。因此，本田公司提出了一種燃料電池系統(tǒng)低溫啟動(dòng)方法，通過將清掃閥設(shè)置為常開狀態(tài)，可有效防止氫濃度過低，保證燃料電池系統(tǒng)低溫啟動(dòng)性能。詳情如下。

燃料電池系統(tǒng)如圖所示，包括陽極循環(huán)回路55、氣液分離部、包含節(jié)流孔件74的清掃閥72、排水管66等。

圖3－2－5 燃料電池系統(tǒng)示意圖

圖3－2－6 CN112542597A控制示意圖

首先，在燃料電池啟動(dòng)經(jīng)設(shè)定時(shí)間t11后，控制部判斷陽極出口溫度是否低于設(shè)定的凍結(jié)溫度閾值，當(dāng)?shù)陀陂撝禃r(shí)，控制器執(zhí)行節(jié)流孔件閉塞進(jìn)行控制，并將清掃閥設(shè)置為常開狀態(tài)。通過把清掃閥設(shè)置為常開狀態(tài)，可保證在節(jié)流孔件在發(fā)生閉塞前順利排放含氮陽極排氣，保障陽極循環(huán)回路氫氣濃度，確保燃料電池低溫啟動(dòng)性能。與此同時(shí)，控制部還會(huì)基于陽極排氣的飽和水蒸氣量（通過陽極飽和水蒸氣壓以及清掃氣體量來計(jì)算得出）來計(jì)算冰粒量，并根據(jù)冰粒量來判定節(jié)流孔件是否完全閉塞。

當(dāng)冰粒量超過預(yù)設(shè)值時(shí)，控制器執(zhí)行閉塞確認(rèn)控制，繼續(xù)保持清掃閥常開狀態(tài)，由于在閉塞進(jìn)行狀態(tài)時(shí)氫氣濃度較高，因此可允許在閉塞確定狀態(tài)處理時(shí)氫濃度下降。隨后，控制部持續(xù)對陽極出口溫度進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)陽極出口溫度高于解凍溫度閾值時(shí)，節(jié)流孔件積聚的冰粒可完全溶解，此時(shí)控制器結(jié)束閉塞確認(rèn)控制，并進(jìn)行通�？刂�。在通�？刂浦�，控制器可根據(jù)清掃氣體量來控制清掃閥的開閉，以將氫濃度維持在合適范圍。

圖3－2－7 燃料電池低溫啟動(dòng)時(shí)序圖

3．3 豐田公司

2021年3月，豐田公司在燃料電池領(lǐng)域共公開專利93件，主要涉及電堆、系統(tǒng)控制、儲(chǔ)氫相關(guān)等。下文分析的豐田公司燃料電池相關(guān)專利的專利公開號為CN112497721A，該專利主要涉及抑制儲(chǔ)氫罐卷繞纖維發(fā)生松弛。

3．3．1 CN112497721A——抑制儲(chǔ)氫罐卷繞纖維發(fā)生松弛

現(xiàn)有技術(shù)公開了一種儲(chǔ)氫罐加強(qiáng)層制造方法，通過將熱固性樹脂纖維卷繞于襯里，然后通過加熱來使其固化，從而形成加強(qiáng)層。然而，在將樹脂纖維卷繞于襯里時(shí)，由于卷繞條件、襯里形狀等可能使卷繞的纖維產(chǎn)生松弛部分。當(dāng)纖維在松弛狀態(tài)下被熱固化后，加強(qiáng)層也會(huì)存在相應(yīng)的松弛部分，使得罐體強(qiáng)度降低。

基于此，豐田提出了一種儲(chǔ)氫罐制造方法，通過調(diào)整罐內(nèi)壓力以及增大襯里形狀來改善卷繞纖維的松弛，保障罐體強(qiáng)度。詳情如下。

圖3－3－1 罐體結(jié)構(gòu)圖

圖3－3－2 罐體纖維卷繞裝置示意圖

罐體結(jié)構(gòu)以及罐體纖維卷繞裝置如上圖所示。罐體纖維卷繞方法如下：

S1 初始加壓程序：首先控制器控制內(nèi)壓調(diào)整機(jī)構(gòu)往罐內(nèi)送入加壓氣體來使襯里的內(nèi)壓上升到第一壓力P1，通過將內(nèi)壓加壓至第一壓力P1可抑制在后續(xù)卷繞工序中因卷繞纖維載荷導(dǎo)致的襯里大幅度變形，從而避免因襯里變形而導(dǎo)致卷繞纖維產(chǎn)生松弛部分；

S2 卷繞工序：控制器通過控制纖維引導(dǎo)部、旋轉(zhuǎn)裝置來執(zhí)行卷繞工序，通過組合環(huán)向卷繞、高角度螺旋卷繞以及低角度螺旋卷繞方式將浸漬有熱固性樹脂的纖維卷繞在包括襯里的罐主體上。在卷繞工序中，控制器在預(yù)先設(shè)置好的時(shí)間點(diǎn)依次將內(nèi)壓升高至第二壓力P2、第三壓力P3，抑制因卷繞載荷致使的襯里大幅度變形，避免了因襯里變形而導(dǎo)致卷繞纖維產(chǎn)生松弛部分；

S3 減壓工序：控制器將壓力調(diào)整流路22以及減壓流路20連通，并驅(qū)動(dòng)減壓閥23，以將罐內(nèi)氣體向外部排出，使罐內(nèi)壓力下降到第4壓力P4（P4＜P1）；

S4 形狀變形工序：形狀變形工序主要使襯里的形狀變大，包括軸線變形工序和加壓工序。其中軸線變形工序主要是通過向襯里施加外力，從而在軸線方向上增大襯里的形狀，從而減少纖維松弛程度；加壓工序主要是通過向罐內(nèi)輸送氮?dú)庖允构迌?nèi)壓力增大至第五壓力P5，從而增大襯里徑向形狀（P5＞P3），減少卷繞纖維松弛程度；

S5 固化工序：將罐主體置于加熱罐內(nèi)，使浸漬有熱固性樹脂的纖維固化，此時(shí)罐內(nèi)壓力仍為第五壓力P5。

圖3－3－3 襯里內(nèi)壓與各工序的關(guān)系示意圖

本方案通過在卷繞工序前以及卷繞工序過程中升壓，可防止卷繞纖維載荷導(dǎo)致的襯里大幅度變形，避免因襯里變形而導(dǎo)致卷繞纖維產(chǎn)生松弛部分；通過增加減壓工序，可使卷繞于襯里的纖維暫時(shí)松弛，減小重疊纖維間的摩擦力，使卷繞的纖維更容易移動(dòng)；在固化工序前通過形狀變形工序增大襯里形狀，可有效通過拉伸變化改善卷繞纖維的松弛程度，避免熱固化后罐體強(qiáng)度不佳。?

3．4 部分雙極板加工方法／裝置相關(guān)公開專利一覽

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