PDF下载
电动汽车的无线充电专利技术综述

金海琴 曹玮 郭丽雅

国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心,江苏苏州,215000

摘要: 本文重点分析中外专利数据库中有关电动汽车无线充电技术的研究及发展,通过分析电动汽车无线充电技术领域专利申请的发展态势、国家区域分布、重要申请人,以及电动汽车无线充电中的重要技术和重要专利文献,介绍了电动汽车无线充电专利文献中的发展趋势。
关键词: 电动汽车;无线充电
DOI:10.12721/ccn.2025.157025
基金资助:
文章地址:

引言

近几年电动汽车无线充电技术发展迅速,在国外,特斯拉、沃尔沃、奥迪、宝马、奔驰、丰田等公司都已经开始研发或测试旗下电动汽车的无线充电系统;在国内,比亚迪、宇通、中兴等企业,以及部分科研院校也都有所投入。随着电动车无线充电技术即将到来,各大零部件厂商与车企,例如WiTricity与德尔福及丰田、Evatran与博世、西门子与宝马、通用电气与电装等,也纷纷展开合作。而特斯拉则更希望在各个大城市中建立起一张张相互连接的充电网,以解决电动车很容易出现的电力不足问题。

而国内较早宣布进军电动汽车无线充电领域是中兴通信,作为中国大型通信设备厂商的中兴通信在前两年投资35亿元,用于开发面向纯电动汽车的无线充电技术。在2014年9月,中兴就与东风汽车就无线充电展开了合作,在襄阳发布了大功率无线充电公交师范线。现今国内科研工作者更多专注于充电桩于换电站充电方式的研究。

1、电动汽车无线充电技术的申请状况

1.1申请在国内外的分布情况

对于专利申请的国家分布,该领域申请主要集中在中国,日本,美国,韩国,德国等,虽然国内专利申请起步较晚,但发展比较迅速,在全球电动汽车无线充电专利申请中占有相当重的份额。通常来说,其国家申请量所占份额的大小在一定程度上也体现了该国家技术实力的强弱,中国是最为重要的目标国家;其次依次为日本、美国、德国、韩国等。美国、日本、中国、韩国、德国,是该领域高度关注的竞争市场,是该技术的主要生产应用国家,具有较好的市场前景。虽然中国在专利申请总量上占有相当重的份额,但是实用新型占超过申请总数的一半。而国外申请的专利几乎都是发明专利。对比之下凸显了我国与国外在研发实力和专利质量上存在一定的差距。

1.2主要申请人的专利申请量分布

从申请人的申请量排序可以看出,该领域的主要申请人集中在国外申请人,且这些国外申请人主要为大型公司,国内申请人包括比亚迪、蔚来等车企,以及一些科研院校,包括丰田、高通、松下、日产自动车、西门子、比亚迪、东南大学、现代自动化等。可以看出这些申请人主要集中在美国、日本等国家,其中以丰田公司最为突出,申请数量高达80篇。

1.3国内专利申请地区分布

目前,国内电动汽车无线充电申请地区较为集中,主要分布在15个省市,其余地区的电动汽车无线充电专利申请均少于20件。主要分布在沿海、经济较发达的东部地区,尤其是珠三角和长三角一带。但是这些地区可能并非是传统汽车工业发达地区。以广东为例,广东以90的申请量排在国内第一,在电动汽车无线充电领域相当具有优势。但是广东并不像其他省市那样有不少老牌的汽车生产企业。由于传统汽车产业生产汽车门槛相当高。因此一些新兴的汽车企业,如比亚迪股份有限公司、深圳市陆地方舟电动车有限公司等,就会避重就轻,将大部分的研究力量投入到国内研发水平相差不大的电动汽车无线充电上,因此成果斐然。而广东经济实力全国第一,也为发展电动汽车无线充电产业打下了良好的经济基础。并且,由于各地对于电动汽车无线充电政策的不同,那些鼓励发展电动汽车无线充电产业力度较大的省市往往会再申请量上占据优势。如北京和广东就根据“十一五”计划出台了有关电动汽车的购买优惠政策,如此一来,市场对电动汽车无线充电的需求量就会增大,自然拉动当地企业研发的兴趣。

1.5国内专利申请人分布情况

申请人类型分布中,以公司名义申请的专利数量最多,其次是科研院校,然后才到个人,公司占了74%的比重,占绝对优势。这是因为公司以盈利为导向,有金钱、技术、人才和设备等作为坚实的后盾。当电动汽车无线充电有市场潜力时,公司每年投入大量金钱和人力去开发,因而成果显著。排列第二的科研院校,由于设备和资金等方面的原因,大部分科研院校在这一方面作出的贡献也相当突出。在科研机构方面,很多研究所都是企业建立的,他们依附于企业而存在,所以得到的科研成果申请专利时也是以公司作为申请人,而甚少把研究所独立出来作为申请人来申请专利。最后是个人申请,这些专利申请人往往是有丰富科研成果的相关领域学术带头人,虽然申请专利时以个人名义申请,但实际上他们的学术研究成果与公司和高效紧密相关。

2、电动汽车无线充电专利技术发展分析

2.1电动汽车的自动定位技术

当无线电力传送器与无线电力接收器不对准时,电力传送过程会损失效率,即传送指定量的电力/电荷会需要更久。在极其不对准的情况下,电力传送会无效,即未出现可测量的电力/电荷传送。而在电动车应用中,无线电力传输传送器与无线电力传输接收器的对准可能会更困难。在这些应用中,无线电力传输接收器通常位于车辆的底侧(即,在车辆司机的视野之外)且无线电力传输传送器位于地面上。在这些情况下,无线电力传输传送器和无线电力传输接收器的对准可能会困难,且可能降低电力传送效率和/或效益。诸多因素可能使与无线电力传输传送器和无线电力传输接收器的对准相关的挑战恶化。例如,这些恶化因素可包括:无线电力传输传送器/接收器较小的尺寸,取决于车辆的尺寸变化,以及车辆司机有限的、看到无线电力传输接收器和/或无线电力传输传送器的能力。因此,电动车无线充电自动定位技术是需要解决的重大问题。

2.2异物检测

在无线电力传输时,若在输电线圈和受电线圈的空隙存在金属异物,比如罐子、硬币、钉子等,则金属异物会因空隙的交变磁场而变热,变成高温。由于无线充电装置以电磁感应传递能量,所以钢罐等金属类的温度在极短的时间内会变高,若附近存在可燃物,则存在起火、冒烟等危险性。另外,金属异物发热会导致在无线充电中电力损耗增大。因此,异物检测也是无线充电中急需解决的问题。

2.3提高传输效率的磁共振无线充电

相对于感应式移动充电系统,电磁共振式的传输距离更远,可实现空间全方位的电能传输。由于传输距离的远近与能量传输系统的电路结构密切相关,通常通过改变电路参数角度来提高传输距离。此外,传输距离还受到频率、线圈参数等的影响。线圈的谐振频率越高,传输的距离越远,线圈的直径越大,传输的距离越远,线圈的匝数越多,近距离传输效果强于远距离传输效果。因而可以综合频率、线圈参数等因素,选定合适的电路器件,使系统传输距离较远。

本文通过对CNABS和VEN数据库收录的专利为样本,分析了电动汽车无线充电的专利申请,主要涉及专利申请人、专利申请量等,并对电动汽车无线充电的重要技术,重大专利做了进一步分析。

参考文献

[1] 专利申请号:CN201510571991

[2] 专利申请号:CN2011800180282

[3] 专利申请号:CN2015104330946

[4] 专利申请号:CN201280028082

[5] 专利申请号:CN2012800547493

[6] 专利申请号:CN2014106779531

[7] 专利申请号:CN2015108242319