电动汽车无线充电技术专利申请分析

文/李路

电动汽车无线充电技术专利申请分析

文/李路

本文重点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、重要申请人分布、国内申请类型分布等内容，并按照一定的筛选原则，确定国外申请人进入中国的重要基础性专利申请，分析其关键技术布局，并初步分析了动态无线充电这一新兴热点技术国内申请的技术情况，以期对相关行业有启发借鉴作用。

电动车；无线充电；专利；技术分析；动态无线充电

引言

早在一个世纪之前，尼古拉·特斯拉就进行了无线电力传输的试验。现今的无线充电技术，即是利用电磁感应原理、微波原理或磁共振原理使电力无线传输。而今，无线充电技术在小型电子产品中广泛应用，在电动车充电领域则属于新兴起步阶段。电动车无线充电系统的构成通常包括埋在路面下的能够产生交变电磁场的感应线圈和车底部的一个与之对应的感应线圈，线圈将磁场中的能量转换为电力存储至汽车电池中，实现电动车充电。

近几年电动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、宇通等车企，以及部分科研院校也都有所投入。SAE（美国机动车工程师协会）也正在致力于更新其J2954无线充电标准，目前规定的无线充电频率为85kHz。随着无线充电技术时代即将到来，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。而特斯拉则更希望能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。可见，无线充电是提高纯电动汽车价值的关键技术之一，已备受关注。目前，汽车厂商应用最广泛的是电磁感应式以及磁场共振式充电技术。此外，在无线充电之上，如今一种基于该技术演变的新技术逐渐崭露头角，那就是可以在行驶途中充电的“Charging on the go”动态无线充电技术。

据了解，国内科研工作者更多专注于充电桩及换电站充电方式的研究，而国外许多重要企业已经将目光投向无线充电这种更加便捷、安全、占用土地资源更少的新型充电方式。鉴于充电桩和换电站方式存在的局限性，无线充电技术代表着电动汽车充电技术的发展新方向，固笔者认为有必要对该技术的专利申请，特别是在中国的专利申请情况进行分析，以期对国内相关企业和科研人员有一定的启示借鉴作用。

一、检索范围和数量

为完成电动汽车无线充电技术领域的专利申请分析，全面了解国内外该领域的技术发展趋势、区域分布状况、申请人特征、主要关键技术等方面信息，以更好的进行技术趋势的预见，本文在数据库的选择上采用专利数据统计方面比较全面和权威的WPI数据库和中国专利检索系统文摘数据库。截至2016年3月31日，通过检索和筛选得到525篇英文专利申请和274篇中文专利申请，共计799篇相关申请。

图1　电动汽车无线充电技术全球专利申请量年度变化趋势图

图2　电动汽车无线充电技术中国专利申请量年度变化趋势图

二、专利申请量年度发展态势

1972年至2015年（按照优先权时间统计）全球共提出799篇电动车无线充电技术领域专利申请，从图1可见，1972年至2007年之间发展相当缓慢，但从2008年开始申请量逐年阶跃增长，2014年达到峰值176件，虽2015年呈现下降趋势，但依据发展趋势预测应和申请公开的延时有关。在中国区域专利申请方面，1995年至2015年在中国共提出274件申请，从图2可见，中国申请自2012年才开始呈现阶跃增长，2014年达到峰值112件。这些数据表明，电动车无线充电技术无论在国外还是在国内都进入技术快速发展期，但国内1995年才开始起步，快速发展期更是较国外晚了4年，专利申请在时间上已经呈现落后趋势，国内相关企业和科研人员应引起关注。

三、专利申请国别区域分布

从全球申请的申请国别和地区分布来看(按照优先权国家地区统计)，参见图3，中国为申请国的申请以总量220件位居第一，占比为27.5%，其次是日本、美国、德国、韩国、法国和英国，这些发达国家申请量占比为66.7%，可见中国提出申请起步较晚，但申请量增长较快，总量较大，而国外发达国家集体占比较重，全球市场还是主要掌握在国外企业手中。

图3　电动汽车无线充电领域全球专利申请国家地区分布

图4　电动汽车无线充电领域中国专利申请研发省市前十名分布图

而在中国地区提出申请的274篇专利申请中，国内省市申请共218件，从国内申请的省市分布来看，研发力量还是集中在广州、北京、江苏等发达地区，省市占比前十名如图4所示。而国外来华及中国台湾地区的专利申请一共56件，主要申请国是德国、日本、韩国和美国这些汽车工业较发达的国家，如图5所示，占比分别为29%、23%、16%和16%。从进入中国国内的申请量来看，海外申请人的专利布局在数量上还不是很完善，国内申请人占主动地位，但国外市场的阻力会比较大。

图5　电动汽车无线充电领域中国专利申请国外来华国别及中国台湾地区分布图

四、主要申请人分布

参见表1和表2，从全球申请量来看，国外主要申请人排名前十是几个主要发达国家的10家世界知名电子或汽车制造企业，符合现今电力电子或汽车制造市场的热度情况，而进入中国申请的国外来华申请人排名前十一（申请量在2件以上）的企业也大部分集中在这些国外知名企业。

表1　电动汽车无线充电领域国外主要申请人排名前十

表2　电动汽车无线充电领域国外来华主要申请人排名前十一

表3　电动汽车无线充电领域国内主要申请人排名前十五

而如表3所示，中国地区申请中，重点考虑排名前十五（申请量在4件以上）的国内申请人，主要涉及国家电网、一些新兴公司、大学研究机构和国内知名的车企，其中国网公司位居第一，占比8.03%。

五、中国地区国内申请人专利申请类型分布

从中国地区国内申请人申请的218篇专利申请的类型来看，仍有40%属于实用新型申请，占比较大。与国外大量的发明申请，特别是国外通过国际合作条约（PCT）或优先权提出进入其他国家的发明申请相比，体现出整体发明创造技术水平偏低，专利保护水平薄弱或申请人专利保护意识不强、专利保护知识不足。

六、中国地区国外来华重点专利及动态无线充电技术专利分析

鉴于国外来华专利申请对国内市场影响巨大，以及动态无线充电技术属于新兴热点技术，本文重点分析该两方面的专利申请技术内容。

电动车无线充电领域主要采用电磁感应和磁共振原理，但两种方式各有局限和弊端。其中，电磁感应式能量转换效率高、传输功率范围大，但只支持一对一充电，对磁场发射端和接收端的空间位置对准要求很高，否则会大大影响充电效率；而磁共振式对对准位置要求不高，支持一对多充电，其传递能量只要求发射端和接收端具有共振频率，但其能量损耗比较大，环境影响大。因此许多企业致力于汽车无线充电自动泊车定位监视技术、空间异物检测、对位置偏差不敏感和对周围辐射少的送受电线圈形状位置的研究、以及磁共振传输方式充电效率的研究，以克服一对一充电的局限。因此上述问题以及动态无线充电都是业界现今关注的问题。

笔者基于本领域主要关注的技术问题、国外来华申请人排名、相关申请的申请时间、专利引证与被引证情况、同族专利数量、优先权要求情况、是否为向多国提出的PCT申请情况、授权情况等反映专利对申请企业基础性及重要程度的指标，筛选出以下多篇重点专利，并对其技术要点进行了分析（见下页表4）。

综合分析重点国外来华专利，主要涉及感应充电的定位技术，充电区异物检测技术、无线充电控制方法、线圈布置及磁共振充电技术，契合电动车感应式充电和电动车磁共振充电技术中研究人员关注的问题，因此上述重点专利内容符合现今主要技术问题的解决思路。上述申请除两篇外，皆是通过PCT国际合作途径进入中国国家阶段且具有在先优先权的申请，特别是宝马的申请CN2013800417600、CN2013800417916具有5-6次被其他专利申请引证与被引证记录、高通的申请CN2014106779531、CN2013800334237、CN2014800247110，丰田的申请CN2013800473155、CN2014800065517、CN2015105719913和西门子的CN2014800369565皆具有2-4件同族申请，具有明显的专利布局性质，同时上述申请大部分还处在公开专利审批程序中，需引起关注。

而动态无线充电技术“Charging on the go”的相关中国区域申请主要涉及国内申请人，例如河南速达电动汽车科技有限公司提出的多篇发明专利申请：CN201410156387X、CN2014101572756、CN2014101574412、CN2014101574431，重在动态充电的充电电路结构设计；中国矿业大学（北京）的专利申请CN2014104050635，提出由轨道式供电车实现电动车的移动充电；广西电网公司电力科学研究院和重庆大学的专利申请CN2014200467601、CN2014200471880提出通过能量发射导轨和拾取线圈实现的电动汽车行驶过程中的分段供电；杭州南江机器人股份有限公司的专利申请CN2015103980330、CN2015103958093提出通过旋转塔基或充电基站实现电动车移动充电；东南大学的专利申请CN2015108220269提出一种分段发射式电动汽车在线动态无线供电系统等。可见，相关中国申请主要都涉及动态充电结构设计，充电线路道路布置，充电发射方式等的改进，以期实现道路发射磁场的均衡、提高电动车动态充电的充电接收效率。

表4　国外来华重点专利列表

七、结论

综上所述，电动车无线充电技术属于刚起步的新兴技术，近些年来无论国内外该领域技术发展迅速、申请量快速增长。虽然国内申请人近年来已经加大了申请力度，但相比之下中国起步较晚，总体实用新型申请占比较高，技术实力不强，而德美日等发达国家或地区在该领域的专利申请不仅起步早、占比重，而且申请质量高，在全球仍然占据市场优势。特别是日美德韩等发达国家的一些知名企业都在加大该领域的研发力度，需引起国内企业的注意。

而重点国外来华专利，主要涉及感应充电的定位技术，充电区检测技术、无线充电控制方法、线圈布置及磁共振充电技术，国内技术人员可关注这些申请状态，注意规避风险。其次“Charging on the go”技术是现今的研发热点和方向，近年来相关专利大量涌现，值得国内研发人员的关注。建议国内企业密切关注该领域发展，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，国家知识产权局专利局电学发明审查部电力一处。