電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電技術(shù)專利申請(qǐng)分析

文/李路

電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電技術(shù)專利申請(qǐng)分析

文/李路

本文重點(diǎn)分析電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)的發(fā)展態(tài)勢(shì)、國(guó)家區(qū)域分布、重要申請(qǐng)人分布、國(guó)內(nèi)申請(qǐng)類型分布等內(nèi)容，并按照一定的篩選原則，確定國(guó)外申請(qǐng)人進(jìn)入中國(guó)的重要基礎(chǔ)性專利申請(qǐng)，分析其關(guān)鍵技術(shù)布局，并初步分析了動(dòng)態(tài)無(wú)線充電這一新興熱點(diǎn)技術(shù)國(guó)內(nèi)申請(qǐng)的技術(shù)情況，以期對(duì)相關(guān)行業(yè)有啟發(fā)借鑒作用。

電動(dòng)車(chē)；無(wú)線充電；專利；技術(shù)分析；動(dòng)態(tài)無(wú)線充電

引言

早在一個(gè)世紀(jì)之前，尼古拉·特斯拉就進(jìn)行了無(wú)線電力傳輸?shù)脑囼?yàn)。現(xiàn)今的無(wú)線充電技術(shù)，即是利用電磁感應(yīng)原理、微波原理或磁共振原理使電力無(wú)線傳輸。而今，無(wú)線充電技術(shù)在小型電子產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用，在電動(dòng)車(chē)充電領(lǐng)域則屬于新興起步階段。電動(dòng)車(chē)無(wú)線充電系統(tǒng)的構(gòu)成通常包括埋在路面下的能夠產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)的感應(yīng)線圈和車(chē)底部的一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的感應(yīng)線圈，線圈將磁場(chǎng)中的能量轉(zhuǎn)換為電力存儲(chǔ)至汽車(chē)電池中，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車(chē)充電。

近幾年電動(dòng)車(chē)無(wú)線充電技術(shù)發(fā)展迅速，在國(guó)外，特斯拉、沃爾沃、奧迪、寶馬、奔馳、豐田等公司都已開(kāi)始研發(fā)或測(cè)試旗下電動(dòng)汽車(chē)的無(wú)線充電系統(tǒng)；在國(guó)內(nèi)，比亞迪、宇通等車(chē)企，以及部分科研院校也都有所投入。SAE（美國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)工程師協(xié)會(huì)）也正在致力于更新其J2954無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)，目前規(guī)定的無(wú)線充電頻率為85kHz。隨著無(wú)線充電技術(shù)時(shí)代即將到來(lái)，各大零部件廠商與車(chē)企，例如WiTricity與德?tīng)柛＜柏S田、Evatran與博世、西門(mén)子與寶馬、通用電氣與電裝等，也紛紛展開(kāi)合作。而特斯拉則更希望能在各個(gè)大城市中建立起一張張相互連接的充電網(wǎng)，以解決電動(dòng)車(chē)很容易出現(xiàn)的電力不足問(wèn)題。可見(jiàn)，無(wú)線充電是提高純電動(dòng)汽車(chē)價(jià)值的關(guān)鍵技術(shù)之一，已備受關(guān)注。目前，汽車(chē)廠商應(yīng)用最廣泛的是電磁感應(yīng)式以及磁場(chǎng)共振式充電技術(shù)。此外，在無(wú)線充電之上，如今一種基于該技術(shù)演變的新技術(shù)逐漸嶄露頭角，那就是可以在行駛途中充電的“Charging on the go”動(dòng)態(tài)無(wú)線充電技術(shù)。

據(jù)了解，國(guó)內(nèi)科研工作者更多專注于充電樁及換電站充電方式的研究，而國(guó)外許多重要企業(yè)已經(jīng)將目光投向無(wú)線充電這種更加便捷、安全、占用土地資源更少的新型充電方式。鑒于充電樁和換電站方式存在的局限性，無(wú)線充電技術(shù)代表著電動(dòng)汽車(chē)充電技術(shù)的發(fā)展新方向，固筆者認(rèn)為有必要對(duì)該技術(shù)的專利申請(qǐng)，特別是在中國(guó)的專利申請(qǐng)情況進(jìn)行分析，以期對(duì)國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)和科研人員有一定的啟示借鑒作用。

一、檢索范圍和數(shù)量

為完成電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)分析，全面了解國(guó)內(nèi)外該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)、區(qū)域分布狀況、申請(qǐng)人特征、主要關(guān)鍵技術(shù)等方面信息，以更好的進(jìn)行技術(shù)趨勢(shì)的預(yù)見(jiàn)，本文在數(shù)據(jù)庫(kù)的選擇上采用專利數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方面比較全面和權(quán)威的WPI數(shù)據(jù)庫(kù)和中國(guó)專利檢索系統(tǒng)文摘數(shù)據(jù)庫(kù)。截至2016年3月31日，通過(guò)檢索和篩選得到525篇英文專利申請(qǐng)和274篇中文專利申請(qǐng)，共計(jì)799篇相關(guān)申請(qǐng)。

圖1　電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電技術(shù)全球?qū)＠暾?qǐng)量年度變化趨勢(shì)圖

圖2　電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電技術(shù)中國(guó)專利申請(qǐng)量年度變化趨勢(shì)圖

二、專利申請(qǐng)量年度發(fā)展態(tài)勢(shì)

1972年至2015年（按照優(yōu)先權(quán)時(shí)間統(tǒng)計(jì)）全球共提出799篇電動(dòng)車(chē)無(wú)線充電技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)，從圖1可見(jiàn)，1972年至2007年之間發(fā)展相當(dāng)緩慢，但從2008年開(kāi)始申請(qǐng)量逐年階躍增長(zhǎng)，2014年達(dá)到峰值176件，雖2015年呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但依據(jù)發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)應(yīng)和申請(qǐng)公開(kāi)的延時(shí)有關(guān)。在中國(guó)區(qū)域?qū)＠暾?qǐng)方面，1995年至2015年在中國(guó)共提出274件申請(qǐng)，從圖2可見(jiàn)，中國(guó)申請(qǐng)自2012年才開(kāi)始呈現(xiàn)階躍增長(zhǎng)，2014年達(dá)到峰值112件。這些數(shù)據(jù)表明，電動(dòng)車(chē)無(wú)線充電技術(shù)無(wú)論在國(guó)外還是在國(guó)內(nèi)都進(jìn)入技術(shù)快速發(fā)展期，但國(guó)內(nèi)1995年才開(kāi)始起步，快速發(fā)展期更是較國(guó)外晚了4年，專利申請(qǐng)?jiān)跁r(shí)間上已經(jīng)呈現(xiàn)落后趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)和科研人員應(yīng)引起關(guān)注。

三、專利申請(qǐng)國(guó)別區(qū)域分布

從全球申請(qǐng)的申請(qǐng)國(guó)別和地區(qū)分布來(lái)看(按照優(yōu)先權(quán)國(guó)家地區(qū)統(tǒng)計(jì))，參見(jiàn)圖3，中國(guó)為申請(qǐng)國(guó)的申請(qǐng)以總量220件位居第一，占比為27.5%，其次是日本、美國(guó)、德國(guó)、韓國(guó)、法國(guó)和英國(guó)，這些發(fā)達(dá)國(guó)家申請(qǐng)量占比為66.7%，可見(jiàn)中國(guó)提出申請(qǐng)起步較晚，但申請(qǐng)量增長(zhǎng)較快，總量較大，而國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家集體占比較重，全球市場(chǎng)還是主要掌握在國(guó)外企業(yè)手中。

圖3　電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電領(lǐng)域全球?qū)＠暾?qǐng)國(guó)家地區(qū)分布

圖4　電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電領(lǐng)域中國(guó)專利申請(qǐng)研發(fā)省市前十名分布圖

而在中國(guó)地區(qū)提出申請(qǐng)的274篇專利申請(qǐng)中，國(guó)內(nèi)省市申請(qǐng)共218件，從國(guó)內(nèi)申請(qǐng)的省市分布來(lái)看，研發(fā)力量還是集中在廣州、北京、江蘇等發(fā)達(dá)地區(qū)，省市占比前十名如圖4所示。而國(guó)外來(lái)華及中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的專利申請(qǐng)一共56件，主要申請(qǐng)國(guó)是德國(guó)、日本、韓國(guó)和美國(guó)這些汽車(chē)工業(yè)較發(fā)達(dá)的國(guó)家，如圖5所示，占比分別為29%、23%、16%和16%。從進(jìn)入中國(guó)國(guó)內(nèi)的申請(qǐng)量來(lái)看，海外申請(qǐng)人的專利布局在數(shù)量上還不是很完善，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人占主動(dòng)地位，但國(guó)外市場(chǎng)的阻力會(huì)比較大。

圖5　電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電領(lǐng)域中國(guó)專利申請(qǐng)國(guó)外來(lái)華國(guó)別及中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)分布圖

四、主要申請(qǐng)人分布

參見(jiàn)表1和表2，從全球申請(qǐng)量來(lái)看，國(guó)外主要申請(qǐng)人排名前十是幾個(gè)主要發(fā)達(dá)國(guó)家的10家世界知名電子或汽車(chē)制造企業(yè)，符合現(xiàn)今電力電子或汽車(chē)制造市場(chǎng)的熱度情況，而進(jìn)入中國(guó)申請(qǐng)的國(guó)外來(lái)華申請(qǐng)人排名前十一（申請(qǐng)量在2件以上）的企業(yè)也大部分集中在這些國(guó)外知名企業(yè)。

表1　電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電領(lǐng)域國(guó)外主要申請(qǐng)人排名前十

表2　電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電領(lǐng)域國(guó)外來(lái)華主要申請(qǐng)人排名前十一

表3　電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電領(lǐng)域國(guó)內(nèi)主要申請(qǐng)人排名前十五

而如表3所示，中國(guó)地區(qū)申請(qǐng)中，重點(diǎn)考慮排名前十五（申請(qǐng)量在4件以上）的國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人，主要涉及國(guó)家電網(wǎng)、一些新興公司、大學(xué)研究機(jī)構(gòu)和國(guó)內(nèi)知名的車(chē)企，其中國(guó)網(wǎng)公司位居第一，占比8.03%。

五、中國(guó)地區(qū)國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人專利申請(qǐng)類型分布

從中國(guó)地區(qū)國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人申請(qǐng)的218篇專利申請(qǐng)的類型來(lái)看，仍有40%屬于實(shí)用新型申請(qǐng)，占比較大。與國(guó)外大量的發(fā)明申請(qǐng)，特別是國(guó)外通過(guò)國(guó)際合作條約（PCT）或優(yōu)先權(quán)提出進(jìn)入其他國(guó)家的發(fā)明申請(qǐng)相比，體現(xiàn)出整體發(fā)明創(chuàng)造技術(shù)水平偏低，專利保護(hù)水平薄弱或申請(qǐng)人專利保護(hù)意識(shí)不強(qiáng)、專利保護(hù)知識(shí)不足。

六、中國(guó)地區(qū)國(guó)外來(lái)華重點(diǎn)專利及動(dòng)態(tài)無(wú)線充電技術(shù)專利分析

鑒于國(guó)外來(lái)華專利申請(qǐng)對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)影響巨大，以及動(dòng)態(tài)無(wú)線充電技術(shù)屬于新興熱點(diǎn)技術(shù)，本文重點(diǎn)分析該兩方面的專利申請(qǐng)技術(shù)內(nèi)容。

電動(dòng)車(chē)無(wú)線充電領(lǐng)域主要采用電磁感應(yīng)和磁共振原理，但兩種方式各有局限和弊端。其中，電磁感應(yīng)式能量轉(zhuǎn)換效率高、傳輸功率范圍大，但只支持一對(duì)一充電，對(duì)磁場(chǎng)發(fā)射端和接收端的空間位置對(duì)準(zhǔn)要求很高，否則會(huì)大大影響充電效率；而磁共振式對(duì)對(duì)準(zhǔn)位置要求不高，支持一對(duì)多充電，其傳遞能量只要求發(fā)射端和接收端具有共振頻率，但其能量損耗比較大，環(huán)境影響大。因此許多企業(yè)致力于汽車(chē)無(wú)線充電自動(dòng)泊車(chē)定位監(jiān)視技術(shù)、空間異物檢測(cè)、對(duì)位置偏差不敏感和對(duì)周?chē)椛渖俚乃褪茈娋€圈形狀位置的研究、以及磁共振傳輸方式充電效率的研究，以克服一對(duì)一充電的局限。因此上述問(wèn)題以及動(dòng)態(tài)無(wú)線充電都是業(yè)界現(xiàn)今關(guān)注的問(wèn)題。

筆者基于本領(lǐng)域主要關(guān)注的技術(shù)問(wèn)題、國(guó)外來(lái)華申請(qǐng)人排名、相關(guān)申請(qǐng)的申請(qǐng)時(shí)間、專利引證與被引證情況、同族專利數(shù)量、優(yōu)先權(quán)要求情況、是否為向多國(guó)提出的PCT申請(qǐng)情況、授權(quán)情況等反映專利對(duì)申請(qǐng)企業(yè)基礎(chǔ)性及重要程度的指標(biāo)，篩選出以下多篇重點(diǎn)專利，并對(duì)其技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了分析（見(jiàn)下頁(yè)表4）。

綜合分析重點(diǎn)國(guó)外來(lái)華專利，主要涉及感應(yīng)充電的定位技術(shù)，充電區(qū)異物檢測(cè)技術(shù)、無(wú)線充電控制方法、線圈布置及磁共振充電技術(shù)，契合電動(dòng)車(chē)感應(yīng)式充電和電動(dòng)車(chē)磁共振充電技術(shù)中研究人員關(guān)注的問(wèn)題，因此上述重點(diǎn)專利內(nèi)容符合現(xiàn)今主要技術(shù)問(wèn)題的解決思路。上述申請(qǐng)除兩篇外，皆是通過(guò)PCT國(guó)際合作途徑進(jìn)入中國(guó)國(guó)家階段且具有在先優(yōu)先權(quán)的申請(qǐng)，特別是寶馬的申請(qǐng)CN2013800417600、CN2013800417916具有5-6次被其他專利申請(qǐng)引證與被引證記錄、高通的申請(qǐng)CN2014106779531、CN2013800334237、CN2014800247110，豐田的申請(qǐng)CN2013800473155、CN2014800065517、CN2015105719913和西門(mén)子的CN2014800369565皆具有2-4件同族申請(qǐng)，具有明顯的專利布局性質(zhì)，同時(shí)上述申請(qǐng)大部分還處在公開(kāi)專利審批程序中，需引起關(guān)注。

而動(dòng)態(tài)無(wú)線充電技術(shù)“Charging on the go”的相關(guān)中國(guó)區(qū)域申請(qǐng)主要涉及國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人，例如河南速達(dá)電動(dòng)汽車(chē)科技有限公司提出的多篇發(fā)明專利申請(qǐng)：CN201410156387X、CN2014101572756、CN2014101574412、CN2014101574431，重在動(dòng)態(tài)充電的充電電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）的專利申請(qǐng)CN2014104050635，提出由軌道式供電車(chē)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車(chē)的移動(dòng)充電；廣西電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院和重慶大學(xué)的專利申請(qǐng)CN2014200467601、CN2014200471880提出通過(guò)能量發(fā)射導(dǎo)軌和拾取線圈實(shí)現(xiàn)的電動(dòng)汽車(chē)行駛過(guò)程中的分段供電；杭州南江機(jī)器人股份有限公司的專利申請(qǐng)CN2015103980330、CN2015103958093提出通過(guò)旋轉(zhuǎn)塔基或充電基站實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車(chē)移動(dòng)充電；東南大學(xué)的專利申請(qǐng)CN2015108220269提出一種分段發(fā)射式電動(dòng)汽車(chē)在線動(dòng)態(tài)無(wú)線供電系統(tǒng)等。可見(jiàn)，相關(guān)中國(guó)申請(qǐng)主要都涉及動(dòng)態(tài)充電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，充電線路道路布置，充電發(fā)射方式等的改進(jìn)，以期實(shí)現(xiàn)道路發(fā)射磁場(chǎng)的均衡、提高電動(dòng)車(chē)動(dòng)態(tài)充電的充電接收效率。

表4　國(guó)外來(lái)華重點(diǎn)專利列表

七、結(jié)論

綜上所述，電動(dòng)車(chē)無(wú)線充電技術(shù)屬于剛起步的新興技術(shù)，近些年來(lái)無(wú)論國(guó)內(nèi)外該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展迅速、申請(qǐng)量快速增長(zhǎng)。雖然國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人近年來(lái)已經(jīng)加大了申請(qǐng)力度，但相比之下中國(guó)起步較晚，總體實(shí)用新型申請(qǐng)占比較高，技術(shù)實(shí)力不強(qiáng)，而德美日等發(fā)達(dá)國(guó)家或地區(qū)在該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)不僅起步早、占比重，而且申請(qǐng)質(zhì)量高，在全球仍然占據(jù)市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。特別是日美德韓等發(fā)達(dá)國(guó)家的一些知名企業(yè)都在加大該領(lǐng)域的研發(fā)力度，需引起國(guó)內(nèi)企業(yè)的注意。

而重點(diǎn)國(guó)外來(lái)華專利，主要涉及感應(yīng)充電的定位技術(shù)，充電區(qū)檢測(cè)技術(shù)、無(wú)線充電控制方法、線圈布置及磁共振充電技術(shù)，國(guó)內(nèi)技術(shù)人員可關(guān)注這些申請(qǐng)狀態(tài)，注意規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。其次“Charging on the go”技術(shù)是現(xiàn)今的研發(fā)熱點(diǎn)和方向，近年來(lái)相關(guān)專利大量涌現(xiàn)，值得國(guó)內(nèi)研發(fā)人員的關(guān)注。建議國(guó)內(nèi)企業(yè)密切關(guān)注該領(lǐng)域發(fā)展，提早布局，防患于未然。

Patent Application Analysis of Electric Vehicle Wireless Charging Technology

The development trend,state and region distribution,important applicant distribution,domestic application type distribution and etc of the patent application of electric vehicle wireless charging technology are emphatically analyzed in this paper.The important and foundational patent application entering into china from overseas applicants is confirmed according to some definite screening principles and its key technology distribution is analyzed.The domestic patent application technical situation of the sprouted and hotspot dynamic wireless charging technology field is primarily analyzed.The illumination and reference effect to correlation industries are in prospect.

Electric vehicle; Wireless charging; Patent; Technology analysis; Dynamic wireless charging

李路，國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局電學(xué)發(fā)明審查部電力一處。