豐田近期公開專利中，有涉及對空冷燃料電池系統相關技術進行改進，改進包括：防止空冷燃料電池系統出現過度升溫、熱失控等情況（專利CN115441010A、CN115441006A）；避免反應后空氣循環產生結露、積水等情況，同時保障空冷燃料電池系統快速升溫（專利CN115441011A）；防止空冷燃料電池隔板、冷卻板層疊時對膜電極組件造成損傷（專利CN115441001A）。以下為相關專利詳情。

No.1專利CN115441010A

為了防止空冷燃料電池系統熱失控，豐田對空冷燃料電池系統進行了改進。專利CN115441010A空冷燃料電池系統如下圖所示，包括燃料電池、空氣系統、燃料氣體供給系統、控制部等；空氣入口上游區域設置有閥1、空氣出口下游設置有閥2、燃料氣體入口的上游設置有閥3、燃料氣體出口下游設置有閥4；空氣系統包括空氣導入部，空氣導入部將冷卻用空氣和反應用空氣供給至燃料電池；冷卻用空氣排出流路具有氣泵或風扇。

控制部通過溫度監測部來獲取燃料電池的溫度，當燃料電池溫度超過規定的閾值或者溫度上升速度超過規定的升溫速度閾值時，控制部進行隔斷反應用空氣并且不隔斷冷卻用空氣的操作，控制部可減小閥1、閥2、閥3、閥4的開度或者使燃料電池停止發電（可將閥1、閥2、閥3、閥4閉閥），來使燃料電池電壓快速回落，防止系統熱失控。此外，在燃料電池停止發電時，通過使被密封的氫系統中的氫摩爾數大于反應空氣系統中氧摩爾數的2倍，可消耗燃料電池內的氧，使燃料電池在富含氫的狀態下進行密封，來抑制其劣化加劇。

上述燃料電池系統可獨立地控制反應用空氣和冷卻用空氣的流量以及壓力，使得在高溫下冷卻用空氣使流量增大，反應用空氣使流量降低，實現單元溫度合理化和濕度保持。該燃料電池系統即使反復啟停，也不易發生劣化，使得燃料電池壽命延長。

No.2專利CN115441006A

由于空冷式燃料電池與水冷式燃料電池相比，空冷式燃料電池的熱容量較小，空氣熱傳遞較差，當發生冷卻流量降低等異常時，過度升溫風險較大；而水冷式燃料電池中，水熱傳遞效果好，燃料電池熱容量較大，升溫速度較慢。因此，即使發現空冷燃料電池異常，防止其過度升溫十分重要。

在專利CN115441006A中，豐田通過監視不與燃料電池接觸的空氣的溫度以及燃料電池溫度之間的溫度差或者升溫速度差，來及時發現空冷燃料電池異常，并通過執行相應控制來防止其出現熱失控。

豐田在冷卻用空氣入口的附近配置了第一溫度取得部來獲取冷卻用空氣的溫度，通過與冷卻翅片抵接的方式配置了第二溫度取得部來獲取燃料電池的溫度。控制部通過獲取第一溫度取得部和第二溫度取得部的溫度來與相關設定閾值進行比較，當第一溫度取得部與第二溫度取得部的溫度差大于規定的溫度閾值時或者當第一溫度取得部和第二溫度取得部的升溫速度差大于規定的升溫速度閾值時，控制部可通過減小閥1、閥2、閥3、閥4的開度來使燃料電池電壓降低，從而安全地停止燃料電池的發電；或者直接使燃料電池停止發電，來防止燃料電池發生熱失控。

No.3專利CN115441011A

為了使空冷燃料電池系統升溫至合適溫度，需要利用發電時發生的熱量，同時使冷卻用空氣循環。在現有空冷燃料電池系統中，由于部分包含液體水、水蒸氣的反應后空氣也在系統內循環，使得系統內可能產生結露、積水等情況，造成燃料電池性能降低以及劣化發生。

基于此，豐田在專利CN115441011A中提出了一種高效預熱燃料電池的空冷燃料電池系統。其中，反應用空氣排出流路直接與系統外部連接，冷卻用空氣可在容納部內循環，同時控制部可以根據外部氣溫或者內部排出空氣溫度大小來控制排氣口開閉部的開度，來使燃料電池快速預熱。

空冷燃料電池系統如上圖所示，燃料電池系統包括容納部，容納部內設置有燃料電池、反應氣體供給系統以及冷卻空氣循環流路，其中排氣口具有開閉部；該系統設置有外部氣溫傳感器T1以及用以測量冷卻用空氣排出空氣溫度的溫度取得部T2。

當控制部判斷內部空氣溫度低于第1溫度閾值時，控制部使開閉部開度在0-5%來使冷卻用空氣在容納部內循環（循環模式），促使燃料電池升溫；當內部空氣溫度大于第1溫度閾值、小于第2溫度閾值時，控制部使開閉部開度在5%-90%來使一部分冷卻用空氣在容納部內循環（中間模式）；當內部空氣溫度在第2溫度閾值以上時，控制部使開閉部開度在90%-100%來使冷卻用空氣從容納部排出（一次性模式），促進熱量排放。第1溫度閾值和第二溫度閾值可以根據燃料電池的發電狀態、性能而隨時變動。

控制部也可以在外部氣溫低于基準值的情況下，執行循環模式；在外部氣溫為基準值范圍的情況下，執行中間模式；在外部氣溫高于基準值的情況下，執行一次性模式。

No.4專利CN115441001A

在空冷式燃料電池中，為了使冷卻用空氣流路熱傳遞提高、壓損減小，使用了較寬槽間距的流路。由于隔板層疊時對置凸部的間隔變寬，使得載荷減小的區域增多，易引發燃料電池性能降低和劣化。在與隔板分開設置冷卻板而形成三片結構的情況下亦如此。

基于此，豐田在專利CN115441001A中提出通過改進隔板間流路的夾角、隔板與冷卻板流路之間夾角的大小關系來減少載荷消失區域，從而改善燃料電池耐久性能。空冷燃料電池如上圖所示，包括第1隔板、第2隔板、膜電極組件以及冷卻板。其中，第1隔板流路與第2隔板流路的夾角θ12為15°以上，第1隔板流路與冷卻板流路的夾角θ13、第2隔板流路與冷卻板流路的夾角θ23在40°以上（能夠減少載荷消失區域）。

通過使各槽流路在發電部的主要區域以上述角度關系交叉配置，可使反應用空氣流路與燃料氣體流路的交叉角度較淺，反應用空氣流路、燃料氣體流路與冷卻用空氣流路的交叉角度較深。因此，在發電區域，能夠使施加于電解質膜、氣體擴散層等的載荷比以往更均勻，減輕對電解質膜、氣體擴散層等的損傷，提高燃料電池的耐久性能。