基于專利分析的我國自動充電技術領域發(fā)展現狀研究

吳冰 姜峰

1 引言

隨著科技的不斷進步，以住宅為單位、以對家居生活設施集成管理為特點的智能家居概念興起，智能家居可以為家居生活提供更好的舒適度、便利性以及安全性，因此被認為是未來生活的發(fā)展趨勢[1]。智能家居涉及的技術主要包括網絡技術、物聯網技術以及機器人技術。機器人具有一定的人工智能特性，能夠自我學習和認知，可以根據不斷收集的環(huán)境信息自動調整，真正實現智能化，因此也是智能家居未來發(fā)展的核心方向[2，3]。

蓄電池是一種可以儲存化學能量，在需要時放出電能的一種能量存儲設備，因此是機器人等移動設備的理想能源。但目前的蓄電池可存儲能量有限，在使用一段時間后需要再次充電，特別是應用于電量需求較大的設備時，現有蓄電池的這種缺點更為突出。而人工的反復充電過程大大削減了能源技術智能化的便利性，因此，作為能源智能化發(fā)展的方向，充電過程的自動化也尤為關鍵[4，5]。

我國作為消費大國，智能家居的市場廣闊，發(fā)展智能家居技術也勢在必行。實現中國式創(chuàng)新，不僅要清楚行業(yè)現狀，更要掌握技術發(fā)展趨勢。本文以自動充電技術領域中的中國專利申請數據為樣本，從多角度分析了我國自動充電技術領域中的專利現狀，以此為基礎，為國內自動充電技術領域的發(fā)展提供相關參考。

2 數據分析

2.1 申請整體概況

本文以中國專利文摘數據庫（CNABS）為基礎，通過分類號和關鍵詞的組合檢索方式，檢索日期至2019年6月30日已公開的專利申請，檢索統(tǒng)計得到智能充電技術領域中相關的專利總申請量為3 264件。截至上述檢索日，部分申請由于未滿18個月還未公布，導致2018—2019年的申請數據不完整。因此，涉及2018—2019年的專利申請數據僅供參考。

通過中國專利申請總體趨勢分布圖（圖1）可以看出，就自動充電技術領域近三十余年在我國的申請量而言，在2008年之前該領域的專利申請年申請量基本保持平穩(wěn)，但2009—2017年期間，專利申請量有了明顯逐漸增加的趨勢，并在近期達到了較高的勢頭。通過圖1可知，通過近幾年國家對自動充電技術領域的重視程度提高，國內企業(yè)和科研單位更加重視自動充電方法的研究，在核心技術領域取得了一定的成就。另外，目前國內申請人對自動充電技術的研究主要集中在自動充電設備的改進，以及自動充電方法的優(yōu)化方面，并且近年來我國在該領域的研究還呈現上升勢頭，在產業(yè)化發(fā)展上仍有很大的空間。通過圖1還可以看出，自動充電技術領域的首次中國申請出現在1985年，但申請量一直較低。直到2008年，申請量才呈現較為明顯的上升，但申請量也處于較低水平，這也反應出，對于一種新技術，需要較長的醞釀發(fā)展期。2008年以后，申請量持續(xù)走高，這個時期申請量的明顯增長主要歸因于智能技術的快速發(fā)展，這也從一定程度帶來了自動充電等相關領域技術的發(fā)展。

2.2 申請人分布

2.2.1 申請人屬性分布

通過申請人屬性分布情況（圖2）可見，企業(yè)屬性申請人占比66%，大學/科研機構屬性的申請人占比17%，個人屬性申請人占比17%。由此不難看出，在自動充電技術領域，企業(yè)依然是專利申請的主體，貢獻了絕大部分的專利技術。這一方面反映出企業(yè)作為技術革新的領導者，對技術發(fā)展革新的敏銳嗅覺；另一方面也反映出企業(yè)作為利益相關方，技術專利化保護的領先意識。我國重視自動充電技術的發(fā)展，國內有若干家自動充電技術研發(fā)規(guī)模較大的企業(yè)，其帶動著周邊企業(yè)在自動充電技術的研發(fā)上進行投入，產生了顯著的效果，提高了我國自動充電技術的核心競爭力，促進了自動充電技術在企業(yè)專利布局和專利保護方面的投入，加速了技術發(fā)展的更新換代。由于自動充電技術的科研主力多數存在于企業(yè)中，設定自動充電技術為研發(fā)方向的大學/科研機構占比較小，所以大學/科研機構屬性的申請人占比也相對不大。另外，自動充電技術領域需要較為專業(yè)的技術投入以及較大規(guī)模的資本注入，因此，對于個人申請人有一定門檻，造成個人屬性申請人占比也相對較小。

2.2.2 申請人地域分布

申請人地域分布情況示意圖TOP10（圖3）顯示了中國范圍內（不包括港澳臺地區(qū)）自動充電技術領域申請人申請量的分布情況。其中廣東省的申請量占國內全部申請量的20%，江蘇省占比14%，北京市占比9%，上海市占比8%，浙江省占比7%。由此可以看出，南方工業(yè)發(fā)達地區(qū)以及北京、上海一線城市的申請人占據了國內自動充電技術領域專利申請的主體。

2.2.3 主要申請人

申請人申請量分布圖（圖4）列出了自動充電技術領域中排名前10位的申請人，從高到低依次為國家電網有限公司（簡稱“國家電網”）、TCL集團股份有限公司（簡稱“TCL”）、富士康科技集團（簡稱“富士康”）、中國科學院、中興通訊股份有限公司（簡稱“中興通訊”）、寧波大葉園林設備有限公司（簡稱“寧波大葉園林設備”）、楊泰和、蘇州寶時得電動工具有限公司（簡稱“蘇州寶時得電動工具”）、中國南方電網有限責任公司（簡稱“南方電網”）、海洋王照明科技股份有限公司（簡稱“海洋王照明”），其中企業(yè)占據8席，僅有1位為國內科研機構（中國科學院），1位為個人申請人（楊泰和）。這也從側面反映出國內企業(yè)在該領域的大量投入。排在第1位的國家電網中央直接管理的國有獨資公司，也是關系國民經濟命脈和國家能源安全的特大型國有重點骨干企業(yè)。該公司的專利申請量達到了141件，占總申請量的5%，從圖4中可以看出，國家電網處于絕對領先的龍頭地位，這反映出該公司在自動充電技術領域的領先地位，也反映出企業(yè)戰(zhàn)略層面的重視和國家政策方面的扶持是密不可分的。

排在第2位的TCL是全球化的智能產品制造及互聯網應用服務企業(yè)集團，在全球80多個國家和地區(qū)設有研發(fā)或銷售基地，在世界范圍內具有較強影響力，其智能機器人、多媒體顯示裝置在全球都占有較大保有量。該公司的專利申請量為32件，占總申請量的1%。

排在第3位的富士康與排在第4位的中國科學院的專利申請量分別為27件和26件，這反映出了民營企業(yè)和科研院所在自動充電技術領域也占有一定的份額。通過對主要申請人的分析可知，我國企業(yè)在該領域的發(fā)展勢頭強勁，技術也較為先進和成熟，這和我國對自動充電技術的密切關注是分不開的，體現了我國在科研領域的大幅投入。

2.3 重要專利技術

2002年1月7日，北京航空航天大學提交的專利申請（CN1367565A），提供了一種串聯電池組自動均衡充電裝置。該發(fā)明的特點是去掉了現有技術中的功率開關和由它組成的旁路分流網絡，取而代之的是放電網絡。其隔離驅動電路的每一個輸出端連接在MOS管的控制端上，串聯電池組的單體電池的正極連接在金屬—氧化物—半導體場效應晶體管（MOS管）輸入端上。MOS管的輸出端連接功率電阻，功率電阻的另一端連接在串聯電池組的單體電池的負極上，來實現對串聯電池組的充電速度快、安全可靠，達到串聯電池組的自動均衡充電。

2002年4月4日，北京航空航天大學提交的專利申請（CN1402375A），公開了一種基于電池動態(tài)電量差異補償的自動均衡充放電方法與裝置。該發(fā)明的特點是：①由電量計算單元根據非易失性存儲器中的公式和圖表以及采集電路得到的溫度、充放電循環(huán)次數、電池端電壓等計算電池的最大電量、充放電前的初始電量，再根據電池的充放電電流和時間計算電池的動態(tài)電量；②充電過程中采用直流變直流變換器（DC/DC變換器）模塊對動態(tài)電量值較高的單體電池進行適量放電，使電池組中的各個單體電池的電量同步升高，同時充足，達到串聯電池組的自動均衡；③充電過程中，對高于平均電量的單體電池放電的同時，充電過程繼續(xù)進行；④對單體電池進行放電時，利用DC/DC變換器，將放電能量回收利用給其他電池的充電，能源利用率高；⑤接通負載放電的過程中也采用同一DC/DC變換器模塊對電量較多的單體電池通過充放電母線放電供負載使用或為整個電池組充電，對電量較少的電池進行補償，實現動態(tài)過程中電池組電量的均衡。這既可防止個別電池“過放電”，又可充分利用電池組的能量，與現有技術相比，更科學、更充分地利用電池組能量。以各個單體電池的電量為衡量依據，在充電過程中，當發(fā)現電池組中的單體之間電量差異較大，就對電量值較高的單體電池進行適量放電，放出的電量回饋到充放電母線，為電池組輔助充電，實現充電過程的自動均衡。同樣在接通負載放電使用過程中，電量多的單體電池通過充放電母線為放電供負載使用或為整個電池組輔助充電，實現放電過程的自動均衡，最終達到真正的電池組高效、安全的自動均衡充放電。

2010年6月30日，武漢理工大學提交的專利申請（CN101895136A），介紹了一種插電式電動汽車自助充電系統(tǒng)，包括多個充電站、數據服務中心以及移動通信服務中心。每個充電站包括紫蜂協(xié)議（ZigBee）組網設備、充電站計算機監(jiān)控中心以及多個充電機。ZigBee組網設備通過ZigBee無線通信網絡與插電式電動汽車的ZigBee終端節(jié)點裝置連接。每個充電機包括充電機信息管理單元、磁卡識別裝置、觸摸屏、打印機和充電裝置。該系統(tǒng)克服了與插電式電動汽車有線通訊連接導致的電氣連接不穩(wěn)定、無線通訊連接導致的組網難度大及實施費用高的問題，能實現自助充電，用戶操作簡單、便利、安全，充電過程自動化、智能化，并且無需人工值守。另外，該系統(tǒng)能提供多種類型的充電服務模式。

2010年9月8日，許繼集團有限公司與北京許繼電氣有限公司聯合提交的專利申請（CN101950998A），涉及電動汽車物聯網充電系統(tǒng)，其以物聯網技術為基礎，通過汽車、電池以及充電設施之間架起的信息交互渠道構建起了面向電動汽車業(yè)務的物聯網，通過將物聯網信息整合傳遞給監(jiān)控系統(tǒng)進行綜合管理運營，并實現與電網的技術整合和信息交互。該發(fā)明中電池的充電時間和地點上實現了與汽車動力服務的解耦，可以靈活有序安排電池的充放電運行，可以支持用戶通過被遠程控制的分布式充電樁進行自主充電，只要相應的信息得到記錄和交互，用戶即可享受最大限度的自由和服務。物聯網的平臺實現了信息全面的采集和共享，使得為客戶提供更加復雜和高級的服務成為可能。

山東魯能智能技術有限公司成立于2000年，經營范圍包括電氣自動化設備的研發(fā)、設計、生產等，屬于電能相關領域，因此對自動充電技術有所關注。2011年7月30日，該公司提交的專利申請（CN102280826A），公開了一種變電站智能機器人巡檢系統(tǒng)及巡檢方法，它包括監(jiān)控中心，所述監(jiān)控中心與至少一個變電站的站級機器人智能巡檢系統(tǒng)通過網絡連接。所述各站級機器人智能巡檢系統(tǒng)包括至少一個基站，同時在變電站內還設有環(huán)境信息采集子系統(tǒng)以及安裝在變電站內各個需要監(jiān)控設備處的固定點輔助監(jiān)控子系統(tǒng)。所述智能巡檢機器人上設有智能巡檢機器人下位機，所述智能巡檢機器人下位機還與檢測單元連接，所述檢測單元包括紅外檢測單元和紫外檢測單元，所述紫外檢測單元包含紫外視頻服務器和紫外檢測裝置。該發(fā)明巡檢路徑優(yōu)化，安全防護好，智能化程度高，具有全時段故障檢測和無縫隙視頻監(jiān)控的優(yōu)點，為智能變電站提供了全新的技術檢測手段和全方位的安全保障。

3 結語

通過以上的專利分析可知，自動充電技術作為智能能源技術的一個重要分支，隨著智能技術的發(fā)展將越來越受到重視。我國自動充電技術仍處在快速發(fā)展階段，存在很多機遇，但目前仍缺乏系統(tǒng)的專利布局，仍未形成有效的專利壁壘。面對這些機遇與挑戰(zhàn)，如何整合技術發(fā)展優(yōu)勢，在現有技術基礎上，尋求新的突破，是自動充電技術領域共同面對的問題。國內企業(yè)應該更加重視專利布局，將研發(fā)成果盡早申請專利，并形成專利網，利用專利為企業(yè)的發(fā)展保駕護航，促進企業(yè)發(fā)展壯大。

參考文獻

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