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來源：IPRdaily中文網(wǎng)（iprdaily.cn）
作者：ICC鑫欏資訊 中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會
原標題：豐田氫燃料汽車發(fā)展歷史以及專利綜述！趕緊收藏
我們都很熟悉豐田的燃料電池汽車Mirai，對于這款火爆車型大家爭相談論，但是對于豐田之前電池汽車的發(fā)展經(jīng)歷又是怎么樣的呢？下面小編帶大家一起回顧下豐田氫燃料電池的發(fā)展歷程。豐田燃料電池汽車的發(fā)展經(jīng)歷中列出了7個重要的時間節(jié)點。
發(fā)展歷程
● 1996年，豐田推出了第一款燃料電池概念車FCHV-1參加了大阪的游行，這是一款改裝自RAV4，采用了10KW的PEMFC和金屬儲氫裝置的FCEV，又稱EVS13。該車的續(xù)航里程達到了250KM。
● 1997年，豐田緊接著推出了第二款燃料電池車型，F(xiàn)CHV-2。該車同樣改裝自RAV4，搭載了25KW的PEMFC，并且使用了甲醇重整燃料電池，使其續(xù)航里程達到了500KM。
● 2001年3月，豐田推出了第三款燃料電池車型，F(xiàn)CHV-3。這次豐田不再玩RAV4了，改為用漢蘭達改裝。該車采用了功率高達90KW的PEMFC，依然采用了金屬儲氫裝置。另外，在FCHV-3上豐田使用了鎳氫電池作為輔助電池系統(tǒng)，這一設計是參考了普銳斯的動力系統(tǒng)。
● 2001年6月，也就是推出FCHV-3的三個月后，豐田就推出了其改進版FCHV-4。該車最大的特點是使用了高壓儲氫罐的方式儲氫，共采用4個25MPa的高壓氣罐，每個氣罐體積達到了34L，此舉讓FCHV的儲氫系統(tǒng)重量減少了250KG，達到了100KG的級別。由于當時壓低較低，F(xiàn)CHV的續(xù)航里程反而減少到了250KM。
● 2002年，豐田推出了在FCHV-4上改進FCHV，得到了日本政府的認證，并開始在日本和美國進行小范圍的銷售。并且在2005年，豐田的FCHV得到了日本政府的型式認證（type certification）。
● 2008年，豐田推出了FCHV-adv，也就是這款車搭載了圖1中的豐田第二代燃料電池。該車依然基于漢蘭達的平臺改裝而來，使用了4個70MPa的儲氫罐，行駛里程達到了760公里。
● 2015年，大家熟悉的mirai上線了。10月21日，mirai開始在加州銷售和交付。
氫能源燃料電池汽車是電動汽車的一種，其核心部件燃料電池。通過氫氣和氧氣的化學作用，而不是經(jīng)過燃燒，直接變成電能動力。燃料電池汽車的氫燃料能通過幾種途徑得到。有些車輛直接攜帶著純氫燃料，另外一些車輛有可能裝有燃料重整器，能將烴類燃料轉(zhuǎn)化為富氫氣體。單個的燃料電池必須結合成燃料電池組，以便獲得必需的動力，滿足車輛使用的要求。
燃料電池車是新能源車，具有使用可再生能源、零排放和加燃料時間與燃油車接近的特點，越來越受到國內(nèi)外相關企業(yè)與研究人員的重視。針對豐田汽車公開的與燃料電池車相關的5 000 多項專利，進行了大量的檢索和分析，分類介紹其相關專利，包括燃料電池車、氫氣生產(chǎn)與供應技術、燃料系統(tǒng)軟件控制技術、燃料電池堆技術與高壓儲氫罐技術等。
燃料電池汽車以其高效、無噪音、零污染優(yōu)勢，體現(xiàn)了未來汽車能源和環(huán)保的趨勢，引領汽車工業(yè)革命的新潮流。豐田公司于2015年1月5日在美國拉斯韋加斯國際消費電子展的媒體預展上宣布，該公司約5 680項氫燃料電池專利技術將免費開放給同行使用，旨在推動并主導氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其中，與燃料電池汽車相關專利將免費開放至2020年。日本豐田公司免費開放氫燃料電池專利技術的舉措，無疑又一次在全球的汽車行業(yè)掀起了新一輪的氫燃料汽車發(fā)展熱潮。
2.1燃料電池堆技術專利
燃料電池堆是燃料電池發(fā)電的核心部分，主要包括電池結構、電極板、膜電極、質(zhì)子交換膜以及電極催化劑材料等。在該部分的專利檢索中共檢索到1369 項專利，其中豐田公司在中國申請的有276 項。豐田公司在中國申請的專利主要集中在膜電極與催化劑的結合，以及燃料電池的整車搭載方面，但在中國申請的專利主要局限在燃料電池結構與搭載方面，并沒有過多涉及燃料電池膜電極與催化劑等。
2.2高壓儲氫罐應用技術專利
儲氫罐技術是解決氫氣制取以后的存儲以及燃料電池實際應用必須解決的問題，由于氫氣是易燃易爆氣體，所以儲氫罐必須保證在大量存儲氫氣燃料的同時還能夠抗壓抗暴。豐田公司在提高儲氫能力以及儲氫罐的安全性方面申請了大量專利。
儲氫罐的設計主要是要求提高儲存燃料的能力以及提高材料的抗壓力值，即在保證安全性的條件下提高氫氣存儲能力。豐田公司在這方面做了大量的專利保護，它在該方面的技術遠遠領先于國際水平，該技術的免費使用年限是到2020 年。
2.3燃料系統(tǒng)軟件技術專利
由于現(xiàn)在車載的氫燃料大多以氣體存儲，其使用量以及剩余量不便觀測，駕駛?cè)瞬荒苤庇^地觀測到燃料的剩余量，對其后續(xù)操作帶來了許多不便，豐田公司根據(jù)氣體燃料的特殊性，發(fā)明了一些可以測量氣體燃料剩余量的專利。燃料電池車的燃料消耗不能像普通燃油車一樣直接噴射燃燒，其氣體或者固態(tài)存儲方式就決定了其特殊性，而且燃料不是燃燒那么簡單，要通過燃料電池進行電化學反應產(chǎn)生電能才可以使用，解決燃料的供給就是一個不可忽視的問題，包括如何控制燃料進入電池的量和速度， 氣體發(fā)電以后產(chǎn)生的水的排放，電池的發(fā)電效率以及這些燃料所能產(chǎn)生的電能等。
要解決這些問題，軟件控制系統(tǒng)必不可少，主要計算電池狀態(tài)以及電車的運行狀態(tài)。所以豐田公司在這方面申請了大量的專利，掌握了大量的技術。
2.4氫氣制取技術專利
地球上的氫元素絕大多數(shù)氫元素以水的形式存在，傳統(tǒng)的制氫方法為電解水，但是這種方法成本較大，每電解1kg氫氣至少要30元，另外電解水會耗費大量電能，我國主要還是媒電，這樣從根本上來說并沒有解決環(huán)保問題。豐田公司專利中就有關于環(huán)保節(jié)能產(chǎn)生氫氣的方法，原理是利用電解質(zhì)中添加光催化劑的方法使水分解，另外還有一篇專利是利用多價態(tài)金屬氧化物制取氫氣，反應的能量由太陽能提供，生產(chǎn)的氫氣可以直接使用，雖然這些專利的氫氣的轉(zhuǎn)換效率還是不能和現(xiàn)在的有機物的化學重整法相比較，但是豐田車載自制氫方面，還是可以利用的。
在中國專利數(shù)據(jù)庫中，通過分類號、關鍵詞進行檢索，統(tǒng)計得到豐田關于燃料電池的申請共962件。豐田汽車公司關于燃料電池的在中國專利的歷年申請趨勢，2003年后，其專利申請開始大幅增加，2007年的相關專利申請達到最大值，2008年的申請量開始逐漸減少，2009年的申請量下降到不及2008年的一半，隨后申請量逐年遞減。
結語
豐田公司公開的燃料電池專利數(shù)量居世界首位，其專利基本涉及了從氫氣制造生產(chǎn)到氫能源車的整車裝備方面，具備了市場化的所有條件，將進一步推進氫能源燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)化。從其在國內(nèi)的專利分析來看，氫能源燃料電池相關專利在中國已頗具規(guī)模，且技術領域涵蓋了燃料電池汽車的幾個主要組成部分，涉及燃料電池汽車相關專利的免費使用是有期限的，中國的汽車企業(yè)在享受免費專利的同時，不能忘記及時制定自身燃料電池汽車的專利發(fā)展戰(zhàn)略，我國的氫燃料汽車仍然有很長的路要走。
來源：IPRdaily中文網(wǎng)（iprdaily.cn）
作者：ICC鑫欏資訊 中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會
編輯：IPRdaily王穎 校對：IPRdaily縱橫君
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