基于光學(xué)定位的汽車無線充電對齊專利分析綜述

關(guān)鍵詞：無線充電；對齊；光學(xué)定位；專利分析

0引言

根據(jù)公安部發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2024年6月底，我國新能源汽車保有量達(dá)2472.0萬輛，其中，純電動汽車保有量1813.4萬輛，占新能源汽車總量的73.35%[1]。但是，由于鋰電池的電能能量存儲密度遠(yuǎn)低于汽油，電動汽車的充電頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于汽油車的加油頻率。因此，充電技術(shù)是電動汽車技術(shù)的重要組成部分。目前，主流電動汽車充電仍采用有線充電的方式，需要人為進(jìn)行插拔操作，且為了保證電流傳輸效率，充電線纜往往采用大截面電纜，比較笨重，充電操作對手部力量小的人群不夠友好。且隨著充電插拔操作次數(shù)的增多，充電端口容易造成機(jī)械磨損，導(dǎo)致電路損壞，存在安全隱患。

無線充電技術(shù)最早由特斯拉提出，其原理是通過線圈耦合作用傳遞能量。與傳統(tǒng)的導(dǎo)線插拔式電動汽車充電方式不同，電動汽車采用無線充電技術(shù)能夠使充電過程簡單，采用無接觸充電無需插拔操作，也避免了充電端口的機(jī)械磨損[2]。當(dāng)前，以用戶為中心的智能汽車強(qiáng)調(diào)用戶體驗(yàn)，無線充電使電動汽車充電實(shí)現(xiàn)用戶友好、自動化、智能化、安全化和環(huán)境適應(yīng)能力的提升，電動汽車無線充電成為未來技術(shù)發(fā)展趨勢[3]。

2013年，京東大學(xué)NaokiShinohara等人提出了短距離、中距離兩種電動汽車無線電力傳輸系統(tǒng)，短距離無線電力傳輸系統(tǒng)基于感應(yīng)耦合和磁耦合，中距離無線電力傳輸系統(tǒng)無需耦合[4]。主流的電動汽車無線充電系統(tǒng)基于松耦合變壓器原理，主要包括設(shè)置于充電位置地下的發(fā)射線圈、設(shè)置于汽車底部的接收線圈、設(shè)置在接收線圈側(cè)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和交流/直流變換器、設(shè)置在發(fā)射線圈側(cè)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和直流/交流變換器以及車載電池組等。

由于發(fā)射線圈和接收線圈通過電磁耦合傳輸電能，因此發(fā)射線圈和接收線圈正對時(shí)能量傳輸效率最高。線圈位置偏移會導(dǎo)致能量傳輸效率降低，車輛停泊位置是否準(zhǔn)確成為影響充電效率的關(guān)鍵因素，汽車無線充電對齊技術(shù)因此受到廣泛關(guān)注。J2964標(biāo)準(zhǔn)中將車輛停泊與位置檢測結(jié)合從而保障車輛充電效率[5]。光學(xué)定位技術(shù)因其定位精度高而被應(yīng)用于電動汽車定位，一般利用攝像機(jī)或紅外相機(jī)進(jìn)行定位[6]?；诠鈱W(xué)定位的汽車無線充電對齊技術(shù)成為汽車無線充電領(lǐng)域研究熱點(diǎn)[7]。

本文將分析基于光學(xué)定位的汽車無線充電對齊技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，對相關(guān)技術(shù)發(fā)展做出宏觀分析，為相關(guān)企業(yè)技術(shù)研發(fā)提供借鑒。

1專利申請概況

1.1全球?qū)＠暾埜艣r

基于光學(xué)定位的汽車無線充電對齊技術(shù)出現(xiàn)較晚，2008年豐田自動車株式會社首次提出發(fā)明專利申請（JP2008070276W），基于由攝像機(jī)拍攝到的圖像檢測電動車輛的受電單元與供電設(shè)備的送電單元的位置關(guān)系，基于該檢測結(jié)果控制車輛，將車輛向送電單元引導(dǎo)。該專利申請使用攝像機(jī)定位實(shí)現(xiàn)初步定位，使用其他定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)精確定位。

根據(jù)圖1中全球發(fā)明專利申請數(shù)量及發(fā)展趨勢可以看出，基于光學(xué)定位的汽車無線充電對齊技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了萌芽階段、穩(wěn)定增長階段、快速發(fā)展階段三個(gè)階段。

（1）萌芽階段（2008—2011年）：雖然在2008年已有相關(guān)發(fā)明專利申請，但直至2011年開始，基于光學(xué)定位的汽車無線充電對齊技術(shù)專利申請量才能夠達(dá)到每年一個(gè)以上，因此可以看出在2011年之前，技術(shù)發(fā)展十分緩慢，這可能是因?yàn)樾履茉雌囋诖藭r(shí)間段并未被市場廣泛認(rèn)可，各研發(fā)主體僅進(jìn)行技術(shù)儲備，相關(guān)技術(shù)研究投入不夠。

（2）穩(wěn)定增長階段（2012—2013年）：隨著各國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的興起，無線汽車充電技術(shù)被廣泛研究。2012-2013年基于光學(xué)定位的汽車無線充電對齊技術(shù)的發(fā)明專利申請量逐漸上升，在此期間新能源汽車市場也逐漸擴(kuò)大。隨著市場端的需求增加，各研發(fā)主體在此方向研發(fā)意愿增強(qiáng)，專利申請量逐年增多。

（3）快速發(fā)展階段（2014年至今）：自2014年起，隨著全球能源變革發(fā)展趨勢，新能源汽車強(qiáng)勢沖擊汽車市場，基于光學(xué)定位的汽車無線充電對齊技術(shù)的發(fā)明專利申請呈現(xiàn)出飛速發(fā)展的態(tài)勢。圖1中，2022—2024年出現(xiàn)的申請量降低是由于部分申請尚未公開，整體來看專利申請數(shù)量呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長趨勢?？梢?，新能源汽車產(chǎn)業(yè)仍在蓬勃發(fā)展階段，相關(guān)技術(shù)的研發(fā)仍在不斷推進(jìn)。

對比中國申請趨勢與全球申請趨勢來看，中國基于光學(xué)定位的汽車無線充電對齊技術(shù)在起步階段并未占據(jù)競爭優(yōu)勢，整體發(fā)展走勢與全球技術(shù)發(fā)展趨勢基本一致。對比中國專利申請趨勢與其他各經(jīng)濟(jì)體專利申請趨勢來看，在起步階段，中國專利申請量與各經(jīng)濟(jì)體專利申請量差別不大。2017年底國家發(fā)改委印發(fā)《增強(qiáng)制造業(yè)核心競爭力三年行動計(jì)劃（2018—2020年）》，智能新能源汽車被作為重點(diǎn)之一。2018年開始，中國基于光學(xué)定位的汽車無線充電對齊技術(shù)專利申請量快速增加，并與其他各經(jīng)濟(jì)體拉開差距，反映在市場上，2018年前后也是中國新能源汽車市場蓬勃發(fā)展時(shí)期。

從宏觀層面來說，基于光學(xué)定位的汽車無線充電對齊技術(shù)仍處在快速發(fā)展階段，具有研發(fā)前景，與傳統(tǒng)能源汽車產(chǎn)業(yè)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域不同，中國在此技術(shù)領(lǐng)域具有一定優(yōu)勢。總之，應(yīng)當(dāng)抓住當(dāng)前機(jī)遇，一方面，繼續(xù)投入技術(shù)研發(fā)，另一方面加快創(chuàng)新轉(zhuǎn)化，將技術(shù)上的優(yōu)勢延伸至產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢和市場優(yōu)勢。

1.2在華專利申請申請人情況

對基于光學(xué)定位的汽車無線充電對齊技術(shù)領(lǐng)域，在華專利申請的申請人國別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中，中國申請人專利申請數(shù)量占該領(lǐng)域在華專利申請總數(shù)量的89.24%，在華專利申請中國申請人占絕大多數(shù)，專利申請量的優(yōu)勢能夠體現(xiàn)中國新能源產(chǎn)業(yè)具有高創(chuàng)造力。在基于光學(xué)定位的汽車無線充電對齊技術(shù)領(lǐng)域，“中國制造”正轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸袊鴦?chuàng)造”。我國是最大的新能源汽車市場，利用技術(shù)專利壁壘占據(jù)市場有利于新能源汽車企業(yè)的發(fā)展。

根據(jù)基于光學(xué)定位的汽車無線充電對齊技術(shù)領(lǐng)域持有在華專利申請數(shù)量對申請人進(jìn)行排名，排名前十位的申請人依次為：國家電網(wǎng)有限公司、豐田自動車株式會社、合肥有感科技有限責(zé)任公司、國創(chuàng)新能源汽車能源與信息創(chuàng)新中心（江蘇）有限公司、比亞迪股份有限公司、江蘇理工學(xué)院、武漢路特斯科技有限公司、現(xiàn)代摩比斯株式會社、株式會社電裝及大眾汽車股份公司。其中，國家電網(wǎng)有限公司持有專利申請數(shù)量明顯高于其他申請人，這是因?yàn)閲译娋W(wǎng)是中國華北、華東、華中、東北和西北地區(qū)充電樁建設(shè)和運(yùn)營的主要負(fù)責(zé)企業(yè)，其基于光學(xué)定位的汽車無線充電對齊技術(shù)擁有廣大應(yīng)用市場，也具有較高的研究需求。國家電網(wǎng)有限公司主要業(yè)務(wù)為充電樁等能源提供設(shè)施的建設(shè)，因此企業(yè)可以從車輛端加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，與之形成對應(yīng)。其余申請人專利申請數(shù)量相差不大，申請人包括車企、科技企業(yè)和科研院校等。

可以看出，基于光學(xué)定位的汽車無線充電對齊技術(shù)仍具較高研究價(jià)值。同時(shí)，豐田自動車株式會社、大眾汽車股份公司等外國傳統(tǒng)跨國車企在此領(lǐng)域也具備一定創(chuàng)新實(shí)力，應(yīng)加強(qiáng)跨國合作，在技術(shù)研發(fā)和市場運(yùn)營多方面與外國傳統(tǒng)汽車企業(yè)互補(bǔ)互利，進(jìn)一步促進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

從產(chǎn)業(yè)層面來看，中國整體新能源汽車產(chǎn)業(yè)在基于光學(xué)定位的汽車無線充電對齊技術(shù)領(lǐng)域具備優(yōu)勢，企業(yè)個(gè)體在本領(lǐng)域創(chuàng)新活力較強(qiáng)，應(yīng)逐步以技術(shù)創(chuàng)新為基礎(chǔ)，推動產(chǎn)業(yè)升級。

2技術(shù)組成和行業(yè)構(gòu)成

2.1技術(shù)組成

根據(jù)圖2，基于光學(xué)定位的汽車無線充電對齊技術(shù)全球?qū)＠暾圛PC大組分布圖可知，該技術(shù)專利申請主要分布在B60L（電動車輛動力裝置；車輛輔助裝備的供電；一般車輛的電力制動系統(tǒng)；車輛的磁懸置或懸浮；電動車輛的監(jiān)控操作變量；電力牽引），分布在H02J（供電或配電的電路裝置或系統(tǒng)；電能存儲系統(tǒng)）的專利申請量也很多。上述兩個(gè)技術(shù)領(lǐng)域正是基于光學(xué)定位的汽車無線充電對齊技術(shù)應(yīng)用的主要場景。其余分類號大組專利申請量較少，但是可以明顯看出基于光學(xué)定位的汽車無線充電對齊技術(shù)涉及多技術(shù)領(lǐng)域，比如G06T、G06V涉及圖像信號產(chǎn)生及處理，G05D、B25J涉及控制或調(diào)解系統(tǒng)，G06Q涉及商業(yè)運(yùn)營等。由于該技術(shù)綜合性強(qiáng)，因此存在多個(gè)后續(xù)研究的突破點(diǎn)。

2.2國民經(jīng)濟(jì)行業(yè)構(gòu)成

根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)行業(yè)分類進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，基于光學(xué)定位的汽車無線充電對齊技術(shù)專利申請所涉及的國民經(jīng)濟(jì)行業(yè)大類，可以得出，C36（汽車制造業(yè)）、C37（鐵路、船舶、航空航天和其他運(yùn)輸設(shè)備制造業(yè)）、C40（儀器儀表制造業(yè)）位于第一梯隊(duì)，同時(shí)還涉及C39（計(jì)算機(jī)、通信和其他電子設(shè)備制造業(yè)）、D44（電力、熱力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)）、I65（軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)）。因此，該技術(shù)的創(chuàng)新需要跨行業(yè)的支持，技術(shù)的突破也可能帶動多個(gè)行業(yè)的發(fā)展。

總的來說，基于光學(xué)定位的汽車無線充電對齊技術(shù)涉及多個(gè)行業(yè)，擁有眾多技術(shù)分支。結(jié)合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展階段，可以在技術(shù)應(yīng)用層面開展重點(diǎn)研究，利用技術(shù)突破影響用戶出行方式，最終帶動相關(guān)行業(yè)共同發(fā)展。

3結(jié)束語

綜上所述，基于光學(xué)定位的汽車無線充電對齊技術(shù)尚處于快速發(fā)展階段，為建立技術(shù)優(yōu)勢，應(yīng)繼續(xù)保持在該領(lǐng)域的研究。新能源汽車無線充電技術(shù)尚未在市場廣泛應(yīng)用，此時(shí)企業(yè)著眼于未來開展針對性專利布局，能夠獲得市場優(yōu)勢。

該領(lǐng)域涉及電動汽車、電池、圖像處理、系統(tǒng)控制和商業(yè)運(yùn)營等多領(lǐng)域，研究突破點(diǎn)眾多。其中，基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模式識別等技術(shù)的計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)已被應(yīng)用于智能駕駛、目標(biāo)識別等場景。傳統(tǒng)的基于光學(xué)定位的汽車無線充電對齊技術(shù)往往需要設(shè)置光學(xué)標(biāo)記以進(jìn)行定位，將計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)與其結(jié)合，可以對一般圖像進(jìn)行處理，在不設(shè)置光學(xué)標(biāo)記的情況下仍保持定位精度，還可以使系統(tǒng)更加簡潔，與計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的結(jié)合，可以成為基于光學(xué)定位的汽車無線充電對齊技術(shù)的一個(gè)創(chuàng)新方向。

此外，我國將在北京、上海、廣州等20個(gè)城市開展智能網(wǎng)聯(lián)汽車“車路云”一體化應(yīng)用試點(diǎn)，這是全新的技術(shù)應(yīng)用場景，將基于光學(xué)定位的汽車無線充電對齊技術(shù)與全新應(yīng)用場景結(jié)合也是一個(gè)具有前景的創(chuàng)新方向。在基礎(chǔ)技術(shù)方面，固態(tài)電解質(zhì)電池是當(dāng)前新能源研究的熱點(diǎn)，新型電池取得突破后將推動基于新型電池的充電技術(shù)的研究，甚至可能會開辟充電技術(shù)的研究新賽道，各科研主體應(yīng)對此有所準(zhǔn)備。

在新能源汽車領(lǐng)域，我國在技術(shù)研發(fā)和市場占有上均處于優(yōu)勢地位，應(yīng)當(dāng)以此為依托，加大技術(shù)研發(fā)投入，鞏固優(yōu)勢、彌補(bǔ)短板。除自主研發(fā)外，還可以加強(qiáng)國際化合作，在技術(shù)層面整合傳統(tǒng)汽車和新能源汽車相關(guān)技術(shù)，合作交流，共同研發(fā)；在市場層面，可以利用技術(shù)優(yōu)勢與國外企業(yè)營銷體系結(jié)合，共同開發(fā)新能源汽車市場。當(dāng)前，新能源智能汽車正在改變傳統(tǒng)出行方式，中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)應(yīng)趁此機(jī)遇打造中國新能源汽車品牌，以技術(shù)創(chuàng)新推動新能源汽車產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。