電動自行車發明專利研究解析

葉震濤劉 劍楊麗

摘要：此文從2022年公布的名稱包含“電動自行車”的發明專利入手，研究其總體情況，并對這一階段的專利從區域、機構、類別、智能化領域、部分龍頭企業5個方面展開分析，重點對整車及部件、管理、充換電等6類專利進行屬性解析，以闡述電動自行車行業及其專利發展趨勢。

關鍵詞：電動自行車；發明公布；專利；智能

0? ? 引言

專利是由政府或者區域性組織根據相應申請而給申請者頒發的一種文件。這種文件描述了申請者發明創造的內容，專利權人在一定時間內具有授權他人使用專利的權利。在不同的國家或者地區，專利的種類存在一定的差異，在我國分為發明專利、實用新型專利和外觀設計專利等3種。

在國際上，1895年，美國的奧格登·博爾頓首次申請名為“電動自行車”的專利（見圖1），這是一款10 V/100 A的單速并帶有直流輪轂電機的電動自行車。

在我國，1985年4月1日，中華經濟技術開發總公司重慶公司提交了“電動自行車”的外觀設計專利，該專利成為國內首件關于電動自行車的專利。在實用新型類別方面，1985年4月9日，浙江大學的“電動自行車電機”成為首件申請專利，該專利是采用徑向氣隙外轉子無槽永磁結構的直流電動機。在發明公布類別方面，1990年12月7日，張道經、孫亞維申請名為“電動自行車脈動電流助動裝置”的專利，該專利也成為國內首項發明授權專利，授權公告日為1994年6月15日至2022年12月31日。目前，在國家知識產權局官網上，包含“電動自行車”名稱的專利，共計有16 086件。

1? ? 總體情況

發明專利被細分為發明公布和發明授權兩個階段。其中，發明公布屬于第一個階段，是得到專利授權之前的文本公布，只是證明有人提出了專利申請，此時專利尚未受到保護；發明授權屬于第二個階段，證明該專利已經受到法律保護。發明專利公布可以減少重復的無用功，也可以幫助從業者從發明專利公布中得到啟發，讓新技術得到發展和突破。

在國家知識產權局官網中，可查詢到從2020年至2022年電動自行車方面的各類專利的數量，見圖2。數據表明，2020—2022年，發明專利、實用新型專利和外觀設計專利數量分別占專利總數的13.4%、51.0%、35.5%。

1）發明公布專利通過率低。2022年，全國各類專利總數為520.3萬件，其中發明專利為167.8萬件，占比32.2%；名稱關鍵字為“電動車”的專利總數為5 720件，其中發明專利為1 084件，占比19.0%；而電動自行車方面的發明專利占比僅為12.7%，低于國內（含同類領域）平均水平。造成這樣局面的原因是，相關技術研究更加側重于實用新型和外觀設計，缺少原創型技術。

2）發明公布專利的質量不足。2022年，全國發明授權專利79.8萬件，是發明公布專利的48%；名稱關鍵字為“電動車”的發明授權專利507件，是同類領域發明公開專利的47%；而2020—2022年，電動自行車方面的發明授權專利分別為同類發明公布專利的22%、25%、38%，呈上升趨勢，體現行業申報專利水平逐年提高，但仍低于國內平均水平。當然由于發明授權專利滯后2～4年，我們只能了解到當前行業發明專利的整體水平。

2? ? ?2022年專利分析

本文收集了從2022年1月1日至2022年12月31日之間的數據，此段時間為本文研究的統計周期。在統計周期內，總計有259件電動自行車方面的發明公布專利。

2.1? ? 區域

在統計周期內，統計到來自國外申請的電動自行車方面的發明公布專利，美國和德國都各自申請了3件，日本申請了2件，韓國申請了1件，這些專利包括用于電動自行車轉換器的自行車推進系統、帶轉矩測量裝置的電動自行車驅動單元、用于電動自行車驅動單元的自行車車架、車架接口單元和蓄能器裝置、電動自行車用的電池組和具備該電池組的電動自行車、電動自行車的速度控制裝置及其方法等。這反映了國外的技術對我國電動自行車領域影響甚微。

圖3為國內各省市的電動自行車方面的發明公布專利情況。其中，江蘇省、廣東省和浙江省占據了國內專利數量的前3名。這3個省份共申請了145件專利，占比58%。數據體現了江蘇、廣東、浙江三省電動自行車企業更加活躍、對技術投入更大、更注重知識產權的保護，也是電動自行車行業技術的風向標。同時，與2016年對比[1]，天津市的發明公布專利數量呈現下滑狀態；北京市明顯增長，其中管理類型專利占37%，如社區電動自行車能源控制系統、一種電動自行車數字化治理與服務系統、電動自行車智能充電立體車庫。

2.2? ? 發明的主體

發明的主體在此分為電動自行車及相關配件企業、高校、汽車企業、科技公司和個人等5類[1]。發明主體最多的是科技公司（本文所指的科技公司主要由檢驗機構、科研院所、以科技公司冠名的企業等組成），共有118家申請了154件電動自行車方面的專利；其次是電動自行車及相關配件企業，共有44家申請了67件電動自行車方面的專利；高校、汽車企業和個人申請的電動自行車方面的專利較少，共有13家高校申請了16件專利，2家汽車企業僅申請了2件專利，20位個人申請了20件專利。統計表明，共有197家單位申請專利。各類發明主體的發明公布專利數量占比如圖4所示，與2016年相比，科技公司明顯上升，成為發明公布專利的主力。

1）科技公司成為主力。隨著科技的發展與進步，電動自行車的發展逐漸趨于智能化，使得越來越多的科技公司加入了電動自行車領域的研究。科技公司所申請的發明公布專利數量是電動自行車及相關配件企業的發明公布專利數量的2倍多，并已經超過電動自行車申請專利總數的50%。其中，國內申請數量最多的科技公司是摩拜（北京）信息技術有限公司，共計17件。該公司主要經營的是軟件技術開發、技術的咨詢、服務、推廣、轉讓，該公司申請的發明公布專利包括防打滑處理、防多人騎行、車輛被盜檢測、電池包溫度監測等。申請數量排名第2的是長興德立科技有限公司，共計5件，該公司申請的發明公布專利包括儀表臺結構、鋰電池檢測、剎車自適應等。申請數量排名第3的則是幾家單位并列，分別是公安部道路交通安全研究中心、公安部交通管理科學研究所、深圳市概念智慧科技有限公司、東莞市概念智慧科技有限公司、智合鑫電子科技南京有限公司和江蘇新偉動力科技有限公司。這幾家單位所申請的專利涵蓋了整車、電機、控制、車架、充電、其他附件這6個方面，主要研究方向為電動自行車的智能化領域。隨著越來越多的科技公司入場，電動自行車集成越來越多的智能化功能，而智能化是電動自行車行業發展的一個重要方向。

2）電動自行車及相關配件企業占據次席。電動自行車及相關配件企業申請的電動自行車方面的發明公布專利數量占26%，排名第2。其中，22家電動自行車企業共申請發明公布專利32件，22家相關配件企業共申請發明公布專利35件。在電動自行車企業中，申請數量最多的企業由4家并列，分別是天津市金輪信德車業有限公司、浙江綠駒車業有限公司、小鳥車業有限公司、浙江衢州星月神電動車有限公司，這4家企業均申請了3件專利；在相關配件企業中，申請數量最多的企業是廣東威靈電機制造有限公司，申請了8件關于控制或電機方面的專利。電動自行車及相關配件企業本應為專利申請的主力軍，但實際的占比卻僅僅只有26%，研發力度有所欠缺。

3）高校和汽車企業不重視。高校對電動自行車方面的研究重視程度變化不大，僅有13家高校申請了16件專利，其中國內“雙一流”高校僅3家參與，分別是天津大學、鄭州大學、河海大學。在所有高校中，天津大學申請的電動自行車發明公布專利數量最多，有3件，研究方向為電池異常檢測、充電負荷檢測、非侵入式電動自行車監測；其次，金華職業技術學院申請了2件專利；其余11所高校均只申請了1件專利。只有2家汽車企業申請電動自行車方面的專利，分別為東風汽車集團股份有限公司、福建途柚新能源汽車集團股份有限公司，涉及電動自行車的車架、充電方面的專利。

4）個人逐漸退出申請。個人申請電動自行車方面的專利數量呈現下滑狀態，說明電動自行車技術逐漸成熟，憑借個人能力很難實現技術突破。個人主要的研究方向與充電、電池、整車有關。

從以上收集到的數據來看，電動自行車方面的研究發明主要存在兩個問題：一是電動自行車及相關配件企業研究創新能力不足，從數量上來看已經遠遠落后于科技公司，這對于電動自行車行業的發展是不利的；二是科研能力不足，國內科研能力強的高校并沒有對電動自行車的研發給予足夠的關注和重視。

2.3? ? 專利類別

電動自行車方面的專利按類別分為整車及部件、管理、充換電、生產、檢測和其他這6類。圖5為電動自行車方面的各種類別發明公布專利數量占比。

與2016年所統計的數據相比，本文對專利類別進行了重新劃分。在收集到的259件專利數據中，整車及部件這個類別的專利占比最多，占電動自行車方面總的發明公布專利數量的56%，超過了一半的數量；然后是管理類別占16%，充換電類別占13%，生產類別占6%，檢測類別占5%；剩余的專利都歸類到其他類別，其占比是4%。本文將每個專利類別又細分了其屬性，分為方法、結構、系統和裝置4類。下面本文將對每個類別專利詳細分析其各自所擁有的專利屬性。

“整車及部件”類別的專利數量占比最多，涉及方法、結構、裝置3類屬性。在145件整車及部件專利中，屬于結構類的數量最多，有65件專利，專利重心偏向于優化當前結構的不足，為騎乘人員提供方便，如一種電動自行車電池用的固定機構、力矩及速度傳感裝置及電動自行車；屬于裝置類的專利有51件，如一種電動自行車用的隱藏式腳踏裝置、一種電動自行車用的輔助裝置，這些專利為車輛提供了功能性的便利；屬于方法類的數量最少，只有29件專利，主要為電動自行車功能提供新的控制方法，如一種預防電動自行車自燃的控制方法、電動自行車的速度控制裝置及其方法等。電動自行車“整車及部件”的創新依然占據著主要方向。

“管理”類別有41件專利，上述4類屬性都包含在內。其中，屬于方法類的數量最多，有24件專利，研究重心偏向于對電動自行車的停放、充放電進行管理或監管的方法，如電動自行車違章監控器/監控系統及監控方法、一種電動自行車騎行者的風險識別方法/系統及計算機設備。屬于裝置類的專利有12件，排名第2，研究方向偏向于管理或監管電動自行車所需要的設備，如社區電動自行車能源控制系統、電動自行車入戶監測預警設備。屬于系統類的專利只有4件，主要研究電動自行車停放和治理的系統服務，如電動自行車集中存放系統。屬于結構的專利僅有1件，涉及的是一種具有輔助移動功能的高安全性電動自行車，其主要功能是輔助停放管理和對人體安全進行保護。這些專利將使得管理高效便捷，同時也可以看到使用管理正在成為電動自行車社會管理的重心。

“充換電”類別有34件專利，涉及方法、結構、裝置3類屬性。其中，屬于裝置類的數量最多，有16件專利，多以電動自行車充換電的高效和安全性能的優化為主，如有一種電動自行車或助力車電池充電過熱遠程報警裝置、一種移動式自適應電動自行車安全充電保護裝置。屬于方法類的專利有13件，主要研究電池充電監測或保護的功能，使得電池充電的安全性得到提高，如電動自行車室內充電監測方法/裝置/電子設備及介質、用于控制電動自行車電池充電電量的充電器系統及其方法。屬于結構類的專利有5件，以優化充電時的防護功能為主。近年來，為避免室內電動自行車自燃造成安全隱患，管理部門提出建設集中充電設施，禁止室內充電方案，社會在全力建設戶外裝置，“充換電”的創新將使得這類產品向更加安全、可靠、便捷、功能齊全的方向發展。

“生產”類別有17件專利，涉及方法、結構、裝置3類屬性。其中，屬于裝置類的數量最多，有15件專利，多以提高加工效率達到減少成本支出為主，如一種電動自行車管件生產用彎管裝置、一種電動自行車電路板的輔助焊接裝置。屬于方法類和結構類的專利都只有1件。電動自行車“生產”的創新讓電動自行車生產工藝得到優化，生產效率大幅度提高，幫助企業有效降低成本。

“檢測”類別有12件專利，涉及方法、結構、裝置3類屬性。其中，屬于裝置類的專利有6件，主要優化的是檢測過程的準確性、方便性和裝置的可靠性，如電動自行車制動性能試驗機、電動自行車的檢測平臺。屬于方法類的專利有5件，主要對現有檢測方法的不足或缺失提供了新的解決方案，使得檢測快速、便捷，涉及開關檢測電路、檢測方法、絕緣檢測電路和電動自行車。屬于結構類的專利僅有1件，為一種電動自行車可視化制動性能試驗裝置及方法，這一專利優化了制動性能試驗。“檢測”的創新讓電動自行車的檢測效率、準確度得到提高。

“其他”類別有10件專利，涉及方法、結構、裝置3類屬性，多以防火、健身、發電、加密功能為主，其中健身領域專利5件、防火領域專利3件，如一種電動自行車電池自燃用滅火系統、一種用于電動自行車的火災隱患主動防護裝置、一種智能健身電動自行車。從主動防火安全角度看，相關創新讓產品防火功能得到了優化和改善；但相關專利數量偏少，與電動自行車高頻自燃、社會對安全的需求尚有差距。

2.4? ? 智能化分析

智能化是近幾年社會和行業的熱門話題，將成為行業技術進步的發展方向。智能化是通過計算機網絡、大數據、物聯網和人工智能等通信和算法的技術，使得產品能夠擁有滿足各種需求的屬性。

2012年，新日電動車自主研發的“智能變頻技術”成為動力智能化的標志，國內電動自行車的智能化走出了第一步，緊隨其后的是一些實力強大的電動自行車企業如臺鈴、愛瑪、雅迪等[2]。智能化的發展特征從開始的“車”本身到“生態體系”，從單一的車輛智能化功能實現，發展到智能系統架構建設與出行服務生態的建設。

在統計周期內，智能化貫穿在各種類別中，總計有49件關于智能化方面的發明公布專利，占發明公布專利總數的19%，大多數是科技公司申請的，專利內容多以整車及部件、管理、充換電為主。在這49件專利中，有12件專利來自廣東省，10件專利來自江蘇省，浙江省和北京市分別有6件和5件專利，其余各省市申請專利均不多于3件（見圖6）。其中，廣東省的專利申請占比最多，也說明廣東省正在大力發展智能化產品。

智能化的發展特征是從單一的車輛發展到生態體系，形成“人—車—路—云”生態。所以電動自行車智能化可以分為云端智能、車輛智能、生態服務、智能管理[3]。圖7為智能化分類發明公布專利數量占比。

車輛智能，指的是構建以用戶、車輛、道路、云端核心的系統構架，形成“人—車—路—云”生態，可以使車輛的穩定性和操控性得到加強與優化；將電動自行車的車機系統智能化，實現人機智能交互。在統計周期內，共有28件車輛智能方面的發明公布專利，在數量上，是最多的一種智能化分類。其專利主要涉及的是充換電、整車及部件、檢測方面的智能化研究。車輛智能這一研究方向多以車輛本身的智能化為主，增加了車輛本身的功能性，讓電動自行車可以適用更多的使用場景。

云端智能，主要是對云端建設和后臺管理的進一步優化，提高采集數據的效率與準確度，對大數據進行分析；以用戶為中心，為后期形成生態服務提供先決條件；為車輛提供在線云端系統升級服務。云端智能方面的發明公布專利僅有2件，主要涉及的都是關于電動自行車充電樁的智能化研究，用戶可以智能監測充電狀態、基于物聯網對充電樁進行保護。云端智能這一研究方向可以使電動自行車被遠程監控或操作，大大提高電動自行車的安全性和便利性。

智能管理，指的是通過信息化的管理方式，以遠程化、數據化、可視化對電動自行車進行管理；以電動自行車群體或個體為目標對象，是具有針對性功能的管理。智能管理方面的發明公布專利有16件，主要是對電動自行車的預警監測、停放、交通治理方面的相關研究。智能管理這一研究方向可以解決電動自行車難以管理、隨意停放、安全難以保證的問題。

生態服務，指的是通過個人的手機或者其他智能設備，為用戶提供方便快捷的車輛服務、安全出行服務以及生活服務，如車輛無接觸解鎖、電量遠程查看、智能防盜、一鍵報警、售后維修、用戶反饋網站等功能。生態服務方面的發明公布專利有3件，主要是關于健康監測、智能頭盔、充電運維系統的研究。生態服務這一研究方向可令用戶在生活中更便利地使用電動自行車，提高用戶的生活質量。

電動自行車的智能化程度逐步上升，這對于電動自行車來說是一個重大的發展方向和創新，未來也會為人們提供更好的出行體驗，這也是本文選取智能化單獨分析的原因。

2.5? ? 龍頭企業分析

國內電動自行車龍頭企業的發展對電動自行車行業具有重要影響。我們從中選擇了愛瑪、雅迪、臺鈴、綠源4家龍頭企業進行分析， 2022年，他們的專利分別是一種具有電氣防水功能電動自行車用電子喇叭、電動自行車的騎行保護系統和方法、一種前減震器及電動自行車、一種電動自行車電路板的輔助焊接裝置。這些專利均側重于功能類型。

表1將統計周期進行擴展，選擇了2020—2022年這4家企業的數據。電動自行車的專利數量仍然很少，與龍頭企業的技術能力不相匹配。近3年，4家企業的發明專利共計254件；數據顯示，他們的電動自行車發明專利僅占其發明專利總數的6%，占比極低。同時查詢信息還顯示，他們大部分專利名稱的關鍵字為“電動車”。雖然電動自行車和電動車兩類產品在某些技術上是共通的，可以相互借鑒；但從中也可以看到，龍頭企業研究重心已從電動自行車調整到電動車，更加看好電動車的發展前景。

3? ? 結束語

從數據分析，目前的發明專利數量還有所欠缺，需要更多的公司和機構去重視和研究，提高在電動自行車領域的創新能力；需要越來越多的科技公司加入對電動自行車的研究中，使研究水平逐漸提高，在新技術領域有所突破；需要行業企業深耕智能化領域，使電動自行車在第4次工業革命中有更進一步的革新。為此，電動自行車行業的發展需要更多革新技術的加入，使得行業能夠得到蓬勃發展。

參考文獻

[1]葉震濤，陳澤鈴.電動自行車發明專利解析[J].電動自行車，2016：48-52.

[2] 黃曉東，許豐，等.電動自行車智能化現狀、發展與未來[J].電動自行車，2015（6）：18-22.

[3] 上海艾瑞市場咨詢有限公司.2022年中國兩輪電動車行業白皮書[R/OL].（2022-04-12） [2023-02-06]. https：//report.? ? ? iresearch.cn/report/202204/3969.shtml.