季紅軍，謝晶，王金鋒

（1-國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局材料工程發(fā)明審查部，北京　100088；2-上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上?！?01306）

太陽能汽車空調(diào)專利現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析

季紅軍1，謝晶*2，王金鋒2

（1-國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局材料工程發(fā)明審查部，北京100088；2-上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海201306）

隨著能源危機加劇，各國對環(huán)境保護日趨重視，太陽能汽車空調(diào)技術(shù)已經(jīng)成為汽車空調(diào)的必然發(fā)展方向。文中基于我國太陽能汽車空調(diào)專利申請情況，分析了主要技術(shù)、高產(chǎn)專利權(quán)人的研究重點，并對我國太陽能汽車空調(diào)的發(fā)展趨勢進行了分析。

太陽能；汽車空調(diào)；專利；發(fā)展趨勢

0　引言

環(huán)境保護和能源的有限性是人類可持續(xù)發(fā)展過程中面臨的長久問題，制約著當(dāng)今世界經(jīng)濟的發(fā)展。而太陽能作為可再生能源之一，隨著能源供應(yīng)的日趨緊張，環(huán)境對可持續(xù)發(fā)展提出了新要求，受到各國政府的高度重視。由于傳統(tǒng)的汽車空調(diào)的動力來自汽車發(fā)動機，空調(diào)制冷系統(tǒng)工作時，蒸汽壓縮式制冷壓縮機消耗功率大約占輸出功率的5%～20%［1］，因此，尋找新途徑降低汽車能耗尤其是空調(diào)能耗具有重大意義，對太陽能技術(shù)的研究和利用也得到了廣大的關(guān)注和充分的肯定。

本研究運用國家知識產(chǎn)權(quán)局專利檢索與服務(wù)系統(tǒng)中的CPRSABS 數(shù)據(jù)庫作為檢索庫，運用統(tǒng)計與回歸分析，技術(shù)領(lǐng)域共現(xiàn)分析和高產(chǎn)專利權(quán)人分析，對我國太陽能汽車空調(diào)的技術(shù)現(xiàn)狀進行研究，并對其發(fā)展趨勢進行分析和預(yù)測，以期對我國太陽能汽車空調(diào)科研人員及制造企業(yè)提供一定的指導(dǎo)。

1　檢索手段與樣本選取

本文選取國家知識產(chǎn)權(quán)局專利檢索與服務(wù)系統(tǒng)中的CPRSABS 數(shù)據(jù)庫作為檢索庫，對1985年至今在中國申請的關(guān)于太陽能汽車空調(diào)技術(shù)的專利文獻進行統(tǒng)計分析，研究了申請量年度變化、專利申請類型、主要申請人、主要技術(shù)內(nèi)容等做出歸納總結(jié)，分析了該領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新的發(fā)展趨勢。

檢索重點考慮采用太陽能汽車空調(diào)（包括太陽能、半導(dǎo)體、熱電、汽車、車輛、太陽能電池、充放電控制、天窗空調(diào)、余熱、蒸汽壓縮式、吸收）等進行限定，結(jié)合空調(diào)、空氣調(diào)節(jié)等關(guān)鍵詞，共獲得378篇中文專利申請（截至2015年1月15日），由于2013、2014年的部分專利申請還沒有完全公開或者公布出來，因此2013年和2014年的數(shù)據(jù)存在部分失真現(xiàn)象。

2　結(jié)果與分析

2.1專利申請量

相比其他領(lǐng)域，太陽能汽車空調(diào)領(lǐng)域是新興行業(yè)，處于起步階段，申請量還比較少，只有378件。通過太陽能空調(diào)專利申請數(shù)量分布曲線圖如圖1所示，太陽能空調(diào)專利申請可劃分為四個階段，第一階段（1985～1990年）為未探索期，該階段沒有一件太陽能汽車空調(diào)相關(guān)的專利申請，科研工作者及企業(yè)還沒有認識到太陽能汽車空調(diào)；第二階段（1991～2003年）為萌芽期，該階段陸續(xù)出現(xiàn)太陽能汽車空調(diào)專利的申請，尚處于低速發(fā)展階段；第三階段（2004～2008年）為高速發(fā)展階段，太陽能汽車空調(diào)專利申請數(shù)量達到兩位數(shù)的增長；第四階段（2009～2014年）為飛速發(fā)展階段，尤其是2011年的年專利申請量接近50件，個人，企業(yè)，高校及科研機構(gòu)都重視太陽能汽車空調(diào)的研究。

圖1　太陽能空調(diào)專利申請數(shù)量分布曲線圖

2.2申請人構(gòu)成

378件專利申請中，個人申請163件，企業(yè)申請119件，高校及科研院所97件（有共同申請人）。如圖2所示，個人、企業(yè)、高校及科研院所形成三足鼎立的現(xiàn)狀，都處于太陽能汽車空調(diào)研究的起步探索階段。筆者發(fā)現(xiàn)，除了奇瑞汽車股份有限公司還沒有一個申請人在太陽能汽車空調(diào)領(lǐng)域的專利申請量超過10件，申請量都較少；各個申請人的申請量非常均勻，說明這是一個剛剛受重視的領(lǐng)域，許多申請人都想進入這個領(lǐng)域，占據(jù)自己有利的地盤。從申請人國別來看，大部分都是大陸申請人。境外申請主要是香港3個、臺灣2個、日本1個、美國1個、奧地利1個。

圖2　太陽能汽車空調(diào)申請人構(gòu)成

3　技術(shù)統(tǒng)計及分析

目前，汽車上的太陽能空調(diào)主要是將太陽能所轉(zhuǎn)換的電能用于空調(diào)。太陽能電池安裝在汽車天窗上用以發(fā)電，產(chǎn)生的電能用于輔助汽車空調(diào)工作。根據(jù)電能的利用方式不同，其制冷方式主要有兩種：一種是利用電能帶動壓縮機工作制冷，另一種是將產(chǎn)生的電能應(yīng)用到半導(dǎo)體制冷。筆者對378件專利申請分析，這些太陽能空調(diào)專利申請主要涉及以下四個技術(shù)內(nèi)容：汽車空調(diào)用太陽能電池，太陽能半導(dǎo)體空調(diào)，太陽能天窗空調(diào)及利用太陽能熱能結(jié)合余熱驅(qū)動的汽車空調(diào)系統(tǒng)。

3.1汽車空調(diào)用太陽能電池

大部分太陽能汽車空調(diào)的主要原理是利用光電轉(zhuǎn)換原理，將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，通過連接半導(dǎo)體制冷片使其工作。因此，太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率對太陽能汽車空調(diào)產(chǎn)生直接影響。汽車太陽能電池的根本目的在于減輕自身重量和提高單位面積的發(fā)電量。如果光電效率低，勢必會提高太陽能及熱板的面積，從而提高自身重量影響太陽能汽車空調(diào)的效率。

筆者在檢索過程中發(fā)現(xiàn)，如果以太陽能及電池作為關(guān)鍵詞，存在大量的專利文件，考慮到分析的可行性，筆者選擇了在汽車領(lǐng)域運用的太陽能電池專利文件作為分析對象。在378件專利申請中，共有113件專利申請技術(shù)內(nèi)容涉及太陽能汽車空調(diào)電池，研究內(nèi)容包括太陽能電池的材料、電池板的結(jié)構(gòu)、電池板在汽車中的安裝、電池板的充放電等。

3.2 太陽能半導(dǎo)體空調(diào)

有70件專利文件涉及太陽能半導(dǎo)體空調(diào)，主要在改善半導(dǎo)體制冷材料的性能、半導(dǎo)體空調(diào)的恒溫控制、半導(dǎo)體汽車空調(diào)的結(jié)構(gòu)等方面進行了研究。太陽能半導(dǎo)體空調(diào)是利用太陽能電池上產(chǎn)生的電能，通過充電電線輸送到車內(nèi)的蓄電池，蓄電池提供穩(wěn)定的直流電能輸送給轎車廂內(nèi)的半導(dǎo)體空調(diào)，實現(xiàn)車廂制冷。

3.3太陽能天窗空調(diào)

有26件專利文件涉及太陽能天窗空調(diào)，該技術(shù)從2005年開始才進入發(fā)展階段，主要涉及天窗電池板和通風(fēng)降溫等方面。利用太陽能電池所產(chǎn)生的電力，經(jīng)過控制系統(tǒng)來驅(qū)動風(fēng)扇，將車廂外的冷空氣導(dǎo)入車內(nèi)，驅(qū)動車內(nèi)熱氣，達到降溫的目的。

3.4利用太陽能熱能結(jié)合余熱驅(qū)動的汽車空調(diào)系統(tǒng)

汽車發(fā)動機會排放大量的余熱，目前汽車發(fā)動機做功的效率最高可達49%，但仍有51%甚至更多的能量以廢熱的形式排放到環(huán)境中［2］。汽車空調(diào)可以利用這些余熱以及太陽能熱來驅(qū)動吸收式、吸附式、噴射式或除濕空調(diào)來達到汽車內(nèi)部環(huán)境的舒適性要求。有44件專利申請涉及該領(lǐng)域，由于吸收式制冷發(fā)展得比較成熟，主要還是太陽能結(jié)合余熱來驅(qū)動吸收式制冷空調(diào)。

3.5高產(chǎn)專利權(quán)人

筆者在統(tǒng)計中發(fā)現(xiàn)，由于太陽能汽車空調(diào)是最近幾年才比較熱門的研究方向，因此各個申請人的專利申請量都不多，最多的奇瑞汽車有限公司有13件專利申請，河南速達電動汽車科技有限公司、浙江吉利汽車研究院有限公司分別有8件、7件專利申請，其他企業(yè)和個人的申請量都比較少。因此，下面主要對這3家企業(yè)的研究重點作出統(tǒng)計分析。

3.5.1奇瑞汽車有限公司

作為自主品牌的領(lǐng)軍者，奇瑞十分注重維護自身的知識產(chǎn)權(quán)利益。早在2006年就開始了太陽能汽車空調(diào)方面的專利申請，目前共有13件專利申請，主要涉及太陽能電池［3-4］及車用空調(diào)方面。2011年主要對太陽能電池的復(fù)合材料及其制作方法進行了研究，2014年對太陽能電池的汽車空調(diào)的控制系統(tǒng)及控制方法進行了研究。奇瑞還對太陽能天窗空調(diào)進行了研究，2013年申請了兩件實用新型專利［5-6］。2014年申請了一件發(fā)明專利申請［7］，主要關(guān)于太陽能天窗對車廂內(nèi)溫度調(diào)節(jié)裝置，太陽能天窗上安裝太陽能電池板，給半導(dǎo)體空調(diào)輸入電壓，實現(xiàn)車廂內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)。

3.5.2河南速達電動汽車科技有限公司

河南速達電動汽車科技有限公司隸屬速達交通集團，主要從事新能源純電動汽車整車及配套汽車零部件的研發(fā)、生產(chǎn)與銷售，該公司非常注重創(chuàng)新，注重通過知識產(chǎn)權(quán)來維護自身的利益。起步不到兩年，2012年就開始申請?zhí)柲芷嚳照{(diào)方面的專利，目前共有8件專利申請，主要涉及納米太陽能電池方面。2012年申請的專利主要涉及該納米太陽能充電電池及其管理控制系統(tǒng)［8-9］，2013年申請的專利涉及該納米太陽能電池運用到汽車中的空調(diào)裝置［10］。

3.5.3浙江吉利控股集團有限公司

浙江吉利控股集團有限公司依靠其靈活的經(jīng)營機制和持續(xù)的自主創(chuàng)新，取得了快速的發(fā)展。吉利積極在太陽能汽車空調(diào)方面申請專利保護，目前共有7件專利申請。2010年開始申請?zhí)柲芷嚳照{(diào)相關(guān)專利，主要涉及利用太陽能給汽車的供電系統(tǒng)，2011年開始涉足太陽能電池板與汽車的集成［11］，利用太陽能產(chǎn)生的電能給汽車實現(xiàn)制冷，2012年主要涉及車廂溫度的控制［12］，2013年主要涉及汽車太陽能輔助電力系統(tǒng)［13］，可以利用汽車太陽能蓄電池來驅(qū)動汽車空調(diào)和點亮車內(nèi)照明燈，從而有效降低汽車的能耗，還對半導(dǎo)體制冷在汽車空調(diào)中的運用進行了研究。

4　太陽能汽車空調(diào)發(fā)展趨勢

本文對我國太陽能汽車空調(diào)技術(shù)的專利申請進行了詳細的分析，目前該領(lǐng)域的發(fā)展正呈現(xiàn)出萌芽狀態(tài)，發(fā)展勢頭良好。目前，專利申請體現(xiàn)出的是對太陽能電池與整個汽車空調(diào)的匹配上研究的比較多，比較深刻，但是對太陽能電池的核心技術(shù)，半導(dǎo)體制冷的核心技術(shù)研究的甚少，一方面各企業(yè)的技術(shù)研發(fā)團隊缺乏創(chuàng)新精神，另一方面企業(yè)有市場風(fēng)險的考慮。筆者認為，企業(yè)重點要做好以下幾方面，太陽能汽車空調(diào)才有很大的發(fā)展空間。

1）加強太陽能蓄電池的研究。由于太陽能汽車空調(diào)，無論是利用電能帶動壓縮機工作制冷，還是將產(chǎn)生的電能應(yīng)用到半導(dǎo)體制冷，太陽能電池都會起關(guān)鍵性的作用。目前普遍使用的太陽能電池的光電效率最高為17%［14］，這直接制約了汽車空調(diào)的發(fā)展。由于光電轉(zhuǎn)化效率越低，在相同的功率輸出情況下，所需的太陽能電池的面積越大，這非常不利于太陽能半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)的小型化，制約其發(fā)展。最近有報道，德國研制的“N”型單晶硅太陽能電池的效率達到了23.4%，結(jié)晶硅太陽能電池的最高效率可達25%［15］，而多層太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率高達41.1%，幾乎是傳統(tǒng)單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)化效率的兩倍［16］，而我們國家并沒有研究出這么高轉(zhuǎn)化率的電池。我們國家的太陽能汽車空調(diào)廠家應(yīng)該在太陽能電池研究方面多下功夫，形成有自主知識產(chǎn)權(quán)的高效太陽能電池。

2）加強半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)的研究。從理論分析和結(jié)構(gòu)上來看，半導(dǎo)體制冷在太陽能汽車空調(diào)有廣泛的應(yīng)用前景。但是，目前半導(dǎo)體制冷不能深遠推廣，重要原因是其制冷效率COP比較低，一般為0.2～0.3，較低的制冷效率COP嚴(yán)重影響了半導(dǎo)體制冷的推廣［17］。半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)效率較低的主要原因在于半導(dǎo)體制冷材料熱電轉(zhuǎn)化效率不高。太陽能汽車空調(diào)廠家應(yīng)該在跨學(xué)科領(lǐng)域尤其是材料學(xué)方面加大研究投入，尋找更理想的半導(dǎo)體制冷材料，提高系統(tǒng)COP。同時，可以在整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上進行實驗，通過強化冷熱端的換熱來提高半導(dǎo)體的制冷效率COP，設(shè)計出高效率的汽車用半導(dǎo)體制冷空調(diào)裝置。

3）進一步深化汽車太陽能天窗空調(diào)技術(shù)的研究。汽車太陽能天窗空調(diào)要和太陽能蓄電池的研究、半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)的研究有機結(jié)合，利用太陽能天窗研究出價格低、與現(xiàn)有空調(diào)技術(shù)結(jié)合應(yīng)用簡單的汽車空調(diào)。

4）太陽能熱能與發(fā)動機余熱結(jié)合驅(qū)動吸收式制冷裝置的研究。吸收式制冷機以其穩(wěn)定可靠，技術(shù)成熟在太陽能空調(diào)中得到最廣泛的使用［18-23］，因此，可以在現(xiàn)有吸收式制冷機基礎(chǔ)上結(jié)合太陽能天窗空調(diào)開發(fā)出高效的太陽能熱能與發(fā)動機余熱結(jié)合驅(qū)動吸收式制冷裝置，尤其是小型的車用太陽能熱能與發(fā)動機余熱結(jié)合驅(qū)動吸收式制冷裝置。

5　結(jié)論

太陽能利用技術(shù)是汽車空調(diào)的發(fā)展趨勢，國內(nèi)的各大汽車制造商應(yīng)該抓住機遇，在太陽能汽車空調(diào)上進行創(chuàng)新研究，申請大量高水平的專利，形成有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。同時，企業(yè)要認識到專利技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的重要性，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)將逐漸成為專利技術(shù)追求的最高體現(xiàn)形式。企業(yè)要積極參與國家及國際標(biāo)準(zhǔn)化活動，能夠讓自己的創(chuàng)新和專利技術(shù)融合到國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)中，將專利轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)，獲得技術(shù)優(yōu)勢，從而控制貿(mào)易市場。這樣也能最大范圍地降低創(chuàng)新給企業(yè)成本帶來的風(fēng)險。只有這樣，太陽能汽車空調(diào)技術(shù)才能得到質(zhì)的飛躍。

［1］崔選盟.汽車空調(diào)節(jié)能降耗途徑探討［J］.農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2008（9）∶44-45.

［2］鐘吉湘.余熱與太陽能驅(qū)動汽車空調(diào)系統(tǒng)［J］.中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2010，30（8）∶138-142.

［3］奇瑞汽車股份有限公司.一種帶有太陽能電池的復(fù)合材料及其制作方法∶中國，CN201110279168.7［P］.2012-05-02.

［4］奇瑞汽車股份有限公司.太陽能車載充電和空調(diào)關(guān)聯(lián)的控制系統(tǒng)及其方法∶中國，CN201410506014.0［P］.2014-12-10.

［5］奇瑞汽車股份有限公司.太陽能天窗調(diào)溫系統(tǒng)∶中國，CN201320105110.5［P］.2013-09-11.

［6］奇瑞汽車股份有限公司.太陽能天窗降溫系統(tǒng)∶中國，CN201320105787.9［P］.2013-09-11.

［7］奇瑞汽車股份有限公司.一種太陽能天窗降溫系統(tǒng)及方法∶中國，CN201410364313.5［P］.2014-12-24.

［8］河南速達電動汽車科技有限公司.一種電動汽車納米太陽能充電電池管理系統(tǒng)∶中國，CN201210168494.5［P］.2012-10-03.

［9］河南速達電動汽車科技有限公司.一種電動汽車納米太陽能充電電池控制裝置∶中國，CN201220243193.X［P］.2013-05-08.

［10］河南速達電動汽車科技有限公司.一種電動汽車專用的納米太陽能空調(diào)∶中國，CN201310052900.6［P］.2013-05-29.

［11］浙江吉利汽車研究院有限公司，浙江吉利控股集團有限公司.一種汽車空調(diào)的太陽能供電系統(tǒng)∶中國，CN201020533344.6［P］.2011-04-06.

［12］浙江吉利汽車研究院有限公司，浙江吉利控股集團有限公司.一種基于太陽能的汽車智能降溫系統(tǒng)∶中國，CN201120389392.7［P］.2012-06-27.［13］浙江吉利控股集團有限公司，湖南吉利汽車部件有限公司.汽車太陽能輔助電力系統(tǒng)∶中國，CN201310754931.6［P］.2014-10-08.

［14］王高平，林妙山.汽車太陽能制冷空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用研究［J］.農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)，2011，37（1）∶25-28.

［15］德“N”型單晶硅太陽能電池的效率達到23.4%［J］.網(wǎng)印工業(yè)，2009（10）∶49-49.

［16］多層太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率高達41.1%［J］.企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2010（10）∶20-20.

［17］馬國遠，郁永章.電動汽車用熱電空調(diào)系統(tǒng)的探討［J］.制冷技術(shù)，1999，19（3）∶11-16.

［18］HENNING H M.Solar assisted air conditioning of buildings∶an overview［J］.Applied Thermal Engineering，2007，27（10）∶1734-1749.

［19］周曉芳，肖學(xué)智，徐浩洋，張子琦，陳江平.汽車空調(diào)中低GWP替代制冷劑的研究現(xiàn)狀［J］.制冷技術(shù)，2014，34（5）∶39-44.

［20］PRIDASAWAS W.Solar-Driven Refrigeration Systems with Focus on the Ejector Cycles［D］.KTH∶Royal Institute of Technology，2006.

［21］董天祿.香港科研人員開發(fā)太陽能驅(qū)動汽車空調(diào)系統(tǒng)［J］.制冷技術(shù)，2011，31（1）∶31-31.

［22］QUOILIN S，LEMORT V.Technological and Economical Survey of Organic Rankine Cycle System［C］//5th European Conference Economics and Management of Energy in Industry.Vilamoura，Portugal，2009∶1-12.

［23］譚軍毅，余國保，舒水明.國內(nèi)外太陽能空調(diào)研究現(xiàn)狀及展望［J］.制冷與空調(diào)，2013，27（4）∶393-399.

Analysis of the Patent Status and Development Trend of Solar Energy Automobile Air Conditioning

JI Hong-jun1，XIE Jing*2，WANG Jin-feng2
（1-Examination Department of Materials Engineering Invention，SIPO，Beijing 100088，China；2-College of Food Science & Technology，Shanghai Ocean University，Shanghai 201306，China）

Along with the energy crisis，countries pay more and more attention to the environment protection；solar energy automobile air conditioning technology has become the inevitable development direction of automotive air conditioning.Based on the patent applications of solar energy automobile air conditioning in China，the research focuses of the main technology and the main patentee are analyzed.The development trend of solar automobile air conditioning in China is also analyzed.

Solar energy；Automobile air conditioning；Patent；Development trend

10.3969/j.issn.2095-4468.2015.03.201

*謝晶（1968-），女，博士，教授，博士生導(dǎo)師。研究方向：制冷新技術(shù)。聯(lián)系地址：上海市臨港新城滬城環(huán)路999號食品學(xué)院，郵編：201306。聯(lián)系電話：021-61900353。E-mail：jxie@shou.edu.cn。