電動汽車無線充電技術專利申請分析

文/李路

電動汽車無線充電技術專利申請分析

文/李路

本文重點分析電動汽車無線充電技術領域?qū)＠暾埖陌l(fā)展態(tài)勢、國家區(qū)域分布、重要申請人分布、國內(nèi)申請類型分布等內(nèi)容，并按照一定的篩選原則，確定國外申請人進入中國的重要基礎性專利申請，分析其關鍵技術布局，并初步分析了動態(tài)無線充電這一新興熱點技術國內(nèi)申請的技術情況，以期對相關行業(yè)有啟發(fā)借鑒作用。

電動車；無線充電；專利；技術分析；動態(tài)無線充電

引言

早在一個世紀之前，尼古拉·特斯拉就進行了無線電力傳輸?shù)脑囼灐，F(xiàn)今的無線充電技術，即是利用電磁感應原理、微波原理或磁共振原理使電力無線傳輸。而今，無線充電技術在小型電子產(chǎn)品中廣泛應用，在電動車充電領域則屬于新興起步階段。電動車無線充電系統(tǒng)的構(gòu)成通常包括埋在路面下的能夠產(chǎn)生交變電磁場的感應線圈和車底部的一個與之對應的感應線圈，線圈將磁場中的能量轉(zhuǎn)換為電力存儲至汽車電池中，實現(xiàn)電動車充電。

近幾年電動車無線充電技術發(fā)展迅速，在國外，特斯拉、沃爾沃、奧迪、寶馬、奔馳、豐田等公司都已開始研發(fā)或測試旗下電動汽車的無線充電系統(tǒng)；在國內(nèi)，比亞迪、宇通等車企，以及部分科研院校也都有所投入。SAE（美國機動車工程師協(xié)會）也正在致力于更新其J2954無線充電標準，目前規(guī)定的無線充電頻率為85kHz。隨著無線充電技術時代即將到來，各大零部件廠商與車企，例如WiTricity與德爾福及豐田、Evatran與博世、西門子與寶馬、通用電氣與電裝等，也紛紛展開合作。而特斯拉則更希望能在各個大城市中建立起一張張相互連接的充電網(wǎng)，以解決電動車很容易出現(xiàn)的電力不足問題。可見，無線充電是提高純電動汽車價值的關鍵技術之一，已備受關注。目前，汽車廠商應用最廣泛的是電磁感應式以及磁場共振式充電技術。此外，在無線充電之上，如今一種基于該技術演變的新技術逐漸嶄露頭角，那就是可以在行駛途中充電的“Charging on the go”動態(tài)無線充電技術。

據(jù)了解，國內(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，而國外許多重要企業(yè)已經(jīng)將目光投向無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，無線充電技術代表著電動汽車充電技術的發(fā)展新方向，固筆者認為有必要對該技術的專利申請，特別是在中國的專利申請情況進行分析，以期對國內(nèi)相關企業(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

為完成電動汽車無線充電技術領域的專利申請分析，全面了解國內(nèi)外該領域的技術發(fā)展趨勢、區(qū)域分布狀況、申請人特征、主要關鍵技術等方面信息，以更好的進行技術趨勢的預見，本文在數(shù)據(jù)庫的選擇上采用專利數(shù)據(jù)統(tǒng)計方面比較全面和權威的WPI數(shù)據(jù)庫和中國專利檢索系統(tǒng)文摘數(shù)據(jù)庫。截至2016年3月31日，通過檢索和篩選得到525篇英文專利申請和274篇中文專利申請，共計799篇相關申請。

圖1　電動汽車無線充電技術全球?qū)＠暾埩磕甓茸兓厔輬D

圖2　電動汽車無線充電技術中國專利申請量年度變化趨勢圖

二、專利申請量年度發(fā)展態(tài)勢

1972年至2015年（按照優(yōu)先權時間統(tǒng)計）全球共提出799篇電動車無線充電技術領域?qū)＠暾垼瑥膱D1可見，1972年至2007年之間發(fā)展相當緩慢，但從2008年開始申請量逐年階躍增長，2014年達到峰值176件，雖2015年呈現(xiàn)下降趨勢，但依據(jù)發(fā)展趨勢預測應和申請公開的延時有關。在中國區(qū)域?qū)＠暾埛矫妫?995年至2015年在中國共提出274件申請，從圖2可見，中國申請自2012年才開始呈現(xiàn)階躍增長，2014年達到峰值112件。這些數(shù)據(jù)表明，電動車無線充電技術無論在國外還是在國內(nèi)都進入技術快速發(fā)展期，但國內(nèi)1995年才開始起步，快速發(fā)展期更是較國外晚了4年，專利申請在時間上已經(jīng)呈現(xiàn)落后趨勢，國內(nèi)相關企業(yè)和科研人員應引起關注。

三、專利申請國別區(qū)域分布

從全球申請的申請國別和地區(qū)分布來看(按照優(yōu)先權國家地區(qū)統(tǒng)計)，參見圖3，中國為申請國的申請以總量220件位居第一，占比為27.5%，其次是日本、美國、德國、韓國、法國和英國，這些發(fā)達國家申請量占比為66.7%，可見中國提出申請起步較晚，但申請量增長較快，總量較大，而國外發(fā)達國家集體占比較重，全球市場還是主要掌握在國外企業(yè)手中。

圖3　電動汽車無線充電領域全球?qū)＠暾垏业貐^(qū)分布

圖4　電動汽車無線充電領域中國專利申請研發(fā)省市前十名分布圖

而在中國地區(qū)提出申請的274篇專利申請中，國內(nèi)省市申請共218件，從國內(nèi)申請的省市分布來看，研發(fā)力量還是集中在廣州、北京、江蘇等發(fā)達地區(qū)，省市占比前十名如圖4所示。而國外來華及中國臺灣地區(qū)的專利申請一共56件，主要申請國是德國、日本、韓國和美國這些汽車工業(yè)較發(fā)達的國家，如圖5所示，占比分別為29%、23%、16%和16%。從進入中國國內(nèi)的申請量來看，海外申請人的專利布局在數(shù)量上還不是很完善，國內(nèi)申請人占主動地位，但國外市場的阻力會比較大。

圖5　電動汽車無線充電領域中國專利申請國外來華國別及中國臺灣地區(qū)分布圖

四、主要申請人分布

參見表1和表2，從全球申請量來看，國外主要申請人排名前十是幾個主要發(fā)達國家的10家世界知名電子或汽車制造企業(yè)，符合現(xiàn)今電力電子或汽車制造市場的熱度情況，而進入中國申請的國外來華申請人排名前十一（申請量在2件以上）的企業(yè)也大部分集中在這些國外知名企業(yè)。

表1　電動汽車無線充電領域國外主要申請人排名前十

表2　電動汽車無線充電領域國外來華主要申請人排名前十一

表3　電動汽車無線充電領域國內(nèi)主要申請人排名前十五

而如表3所示，中國地區(qū)申請中，重點考慮排名前十五（申請量在4件以上）的國內(nèi)申請人，主要涉及國家電網(wǎng)、一些新興公司、大學研究機構(gòu)和國內(nèi)知名的車企，其中國網(wǎng)公司位居第一，占比8.03%。

五、中國地區(qū)國內(nèi)申請人專利申請類型分布

從中國地區(qū)國內(nèi)申請人申請的218篇專利申請的類型來看，仍有40%屬于實用新型申請，占比較大。與國外大量的發(fā)明申請，特別是國外通過國際合作條約（PCT）或優(yōu)先權提出進入其他國家的發(fā)明申請相比，體現(xiàn)出整體發(fā)明創(chuàng)造技術水平偏低，專利保護水平薄弱或申請人專利保護意識不強、專利保護知識不足。

六、中國地區(qū)國外來華重點專利及動態(tài)無線充電技術專利分析

鑒于國外來華專利申請對國內(nèi)市場影響巨大，以及動態(tài)無線充電技術屬于新興熱點技術，本文重點分析該兩方面的專利申請技術內(nèi)容。

電動車無線充電領域主要采用電磁感應和磁共振原理，但兩種方式各有局限和弊端。其中，電磁感應式能量轉(zhuǎn)換效率高、傳輸功率范圍大，但只支持一對一充電，對磁場發(fā)射端和接收端的空間位置對準要求很高，否則會大大影響充電效率；而磁共振式對對準位置要求不高，支持一對多充電，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)致力于汽車無線充電自動泊車定位監(jiān)視技術、空間異物檢測、對位置偏差不敏感和對周圍輻射少的送受電線圈形狀位置的研究、以及磁共振傳輸方式充電效率的研究，以克服一對一充電的局限。因此上述問題以及動態(tài)無線充電都是業(yè)界現(xiàn)今關注的問題。

筆者基于本領域主要關注的技術問題、國外來華申請人排名、相關申請的申請時間、專利引證與被引證情況、同族專利數(shù)量、優(yōu)先權要求情況、是否為向多國提出的PCT申請情況、授權情況等反映專利對申請企業(yè)基礎性及重要程度的指標，篩選出以下多篇重點專利，并對其技術要點進行了分析（見下頁表4）。

綜合分析重點國外來華專利，主要涉及感應充電的定位技術，充電區(qū)異物檢測技術、無線充電控制方法、線圈布置及磁共振充電技術，契合電動車感應式充電和電動車磁共振充電技術中研究人員關注的問題，因此上述重點專利內(nèi)容符合現(xiàn)今主要技術問題的解決思路。上述申請除兩篇外，皆是通過PCT國際合作途徑進入中國國家階段且具有在先優(yōu)先權的申請，特別是寶馬的申請CN2013800417600、CN2013800417916具有5-6次被其他專利申請引證與被引證記錄、高通的申請CN2014106779531、CN2013800334237、CN2014800247110，豐田的申請CN2013800473155、CN2014800065517、CN2015105719913和西門子的CN2014800369565皆具有2-4件同族申請，具有明顯的專利布局性質(zhì)，同時上述申請大部分還處在公開專利審批程序中，需引起關注。

而動態(tài)無線充電技術“Charging on the go”的相關中國區(qū)域申請主要涉及國內(nèi)申請人，例如河南速達電動汽車科技有限公司提出的多篇發(fā)明專利申請：CN201410156387X、CN2014101572756、CN2014101574412、CN2014101574431，重在動態(tài)充電的充電電路結(jié)構(gòu)設計；中國礦業(yè)大學（北京）的專利申請CN2014104050635，提出由軌道式供電車實現(xiàn)電動車的移動充電；廣西電網(wǎng)公司電力科學研究院和重慶大學的專利申請CN2014200467601、CN2014200471880提出通過能量發(fā)射導軌和拾取線圈實現(xiàn)的電動汽車行駛過程中的分段供電；杭州南江機器人股份有限公司的專利申請CN2015103980330、CN2015103958093提出通過旋轉(zhuǎn)塔基或充電基站實現(xiàn)電動車移動充電；東南大學的專利申請CN2015108220269提出一種分段發(fā)射式電動汽車在線動態(tài)無線供電系統(tǒng)等?？梢姡嚓P中國申請主要都涉及動態(tài)充電結(jié)構(gòu)設計，充電線路道路布置，充電發(fā)射方式等的改進，以期實現(xiàn)道路發(fā)射磁場的均衡、提高電動車動態(tài)充電的充電接收效率。

表4　國外來華重點專利列表

七、結(jié)論

綜上所述，電動車無線充電技術屬于剛起步的新興技術，近些年來無論國內(nèi)外該領域技術發(fā)展迅速、申請量快速增長。雖然國內(nèi)申請人近年來已經(jīng)加大了申請力度，但相比之下中國起步較晚，總體實用新型申請占比較高，技術實力不強，而德美日等發(fā)達國家或地區(qū)在該領域的專利申請不僅起步早、占比重，而且申請質(zhì)量高，在全球仍然占據(jù)市場優(yōu)勢。特別是日美德韓等發(fā)達國家的一些知名企業(yè)都在加大該領域的研發(fā)力度，需引起國內(nèi)企業(yè)的注意。

而重點國外來華專利，主要涉及感應充電的定位技術，充電區(qū)檢測技術、無線充電控制方法、線圈布置及磁共振充電技術，國內(nèi)技術人員可關注這些申請狀態(tài)，注意規(guī)避風險。其次“Charging on the go”技術是現(xiàn)今的研發(fā)熱點和方向，近年來相關專利大量涌現(xiàn)，值得國內(nèi)研發(fā)人員的關注。建議國內(nèi)企業(yè)密切關注該領域發(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，國家知識產(chǎn)權局專利局電學發(fā)明審查部電力一處。