吳冰 姜峰

1 引言

隨著科技的不斷進(jìn)步，以住宅為單位、以對家居生活設(shè)施集成管理為特點(diǎn)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(rèn)為是未來生活的發(fā)展趨勢[1]。智能家居涉及的技術(shù)主要包括網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及機(jī)器人技術(shù)。機(jī)器人具有一定的人工智能特性，能夠自我學(xué)習(xí)和認(rèn)知，可以根據(jù)不斷收集的環(huán)境信息自動調(diào)整，真正實(shí)現(xiàn)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(xué)能量，在需要時(shí)放出電能的一種能量存儲設(shè)備，因此是機(jī)器人等移動設(shè)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(shí)間后需要再次充電，特別是應(yīng)用于電量需求較大的設(shè)備時(shí)，現(xiàn)有蓄電池的這種缺點(diǎn)更為突出。而人工的反復(fù)充電過程大大削減了能源技術(shù)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(guān)鍵[4，5]。

我國作為消費(fèi)大國，智能家居的市場廣闊，發(fā)展智能家居技術(shù)也勢在必行。實(shí)現(xiàn)中國式創(chuàng)新，不僅要清楚行業(yè)現(xiàn)狀，更要掌握技術(shù)發(fā)展趨勢。本文以自動充電技術(shù)領(lǐng)域中的中國專利申請數(shù)據(jù)為樣本，從多角度分析了我國自動充電技術(shù)領(lǐng)域中的專利現(xiàn)狀，以此為基礎(chǔ)，為國內(nèi)自動充電技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展提供相關(guān)參考。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 申請整體概況

本文以中國專利文摘數(shù)據(jù)庫（CNABS）為基礎(chǔ)，通過分類號和關(guān)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(jì)得到智能充電技術(shù)領(lǐng)域中相關(guān)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(gè)月還未公布，導(dǎo)致2018—2019年的申請數(shù)據(jù)不完整。因此，涉及2018—2019年的專利申請數(shù)據(jù)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(shù)領(lǐng)域近三十余年在我國的申請量而言，在2008年之前該領(lǐng)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(dá)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(shù)領(lǐng)域的重視程度提高，國內(nèi)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(shù)領(lǐng)域取得了一定的成就。另外，目前國內(nèi)申請人對自動充電技術(shù)的研究主要集中在自動充電設(shè)備的改進(jìn)，以及自動充電方法的優(yōu)化方面，并且近年來我國在該領(lǐng)域的研究還呈現(xiàn)上升勢頭，在產(chǎn)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(shù)領(lǐng)域的首次中國申請出現(xiàn)在1985年，但申請量一直較低。直到2008年，申請量才呈現(xiàn)較為明顯的上升，但申請量也處于較低水平，這也反應(yīng)出，對于一種新技術(shù)，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(gè)時(shí)期申請量的明顯增長主要?dú)w因于智能技術(shù)的快速發(fā)展，這也從一定程度帶來了自動充電等相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)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(xué)/科研機(jī)構(gòu)屬性的申請人占比17%，個(gè)人屬性申請人占比17%。由此不難看出，在自動充電技術(shù)領(lǐng)域，企業(yè)依然是專利申請的主體，貢獻(xiàn)了絕大部分的專利技術(shù)。這一方面反映出企業(yè)作為技術(shù)革新的領(lǐng)導(dǎo)者，對技術(shù)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(guān)方，技術(shù)專利化保護(hù)的領(lǐng)先意識。我國重視自動充電技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)有若干家自動充電技術(shù)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(shù)的研發(fā)上進(jìn)行投入，產(chǎn)生了顯著的效果，提高了我國自動充電技術(shù)的核心競爭力，促進(jìn)了自動充電技術(shù)在企業(yè)專利布局和專利保護(hù)方面的投入，加速了技術(shù)發(fā)展的更新?lián)Q代。由于自動充電技術(shù)的科研主力多數(shù)存在于企業(yè)中，設(shè)定自動充電技術(shù)為研發(fā)方向的大學(xué)/科研機(jī)構(gòu)占比較小，所以大學(xué)/科研機(jī)構(gòu)屬性的申請人占比也相對不大。另外，自動充電技術(shù)領(lǐng)域需要較為專業(yè)的技術(shù)投入以及較大規(guī)模的資本注入，因此，對于個(gè)人申請人有一定門檻，造成個(gè)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(nèi)（不包括港澳臺地區(qū)）自動充電技術(shù)領(lǐng)域申請人申請量的分布情況。其中廣東省的申請量占國內(nèi)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(dá)地區(qū)以及北京、上海一線城市的申請人占據(jù)了國內(nèi)自動充電技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾埖闹黧w。

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(shù)領(lǐng)域中排名前10位的申請人，從高到低依次為國家電網(wǎng)有限公司（簡稱“國家電網(wǎng)”）、TCL集團(tuán)股份有限公司（簡稱“TCL”）、富士康科技集團(tuán)（簡稱“富士康”）、中國科學(xué)院、中興通訊股份有限公司（簡稱“中興通訊”）、寧波大葉園林設(shè)備有限公司（簡稱“寧波大葉園林設(shè)備”）、楊泰和、蘇州寶時(shí)得電動工具有限公司（簡稱“蘇州寶時(shí)得電動工具”）、中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司（簡稱“南方電網(wǎng)”）、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(jù)8席，僅有1位為國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)（中國科學(xué)院），1位為個(gè)人申請人（楊泰和）。這也從側(cè)面反映出國內(nèi)企業(yè)在該領(lǐng)域的大量投入。排在第1位的國家電網(wǎng)中央直接管理的國有獨(dú)資公司，也是關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)命脈和國家能源安全的特大型國有重點(diǎn)骨干企業(yè)。該公司的專利申請量達(dá)到了141件，占總申請量的5%，從圖4中可以看出，國家電網(wǎng)處于絕對領(lǐng)先的龍頭地位，這反映出該公司在自動充電技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)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(chǎn)品制造及互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)企業(yè)集團(tuán)，在全球80多個(gè)國家和地區(qū)設(shè)有研發(fā)或銷售基地，在世界范圍內(nèi)具有較強(qiáng)影響力，其智能機(jī)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(xué)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(shù)領(lǐng)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(lǐng)域的發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，技術(shù)也較為先進(jìn)和成熟，這和我國對自動充電技術(shù)的密切關(guān)注是分不開的，體現(xiàn)了我國在科研領(lǐng)域的大幅投入。

2.3 重要專利技術(shù)

2002年1月7日，北京航空航天大學(xué)提交的專利申請（CN1367565A），提供了一種串聯(lián)電池組自動均衡充電裝置。該發(fā)明的特點(diǎn)是去掉了現(xiàn)有技術(shù)中的功率開關(guān)和由它組成的旁路分流網(wǎng)絡(luò)，取而代之的是放電網(wǎng)絡(luò)。其隔離驅(qū)動電路的每一個(gè)輸出端連接在MOS管的控制端上，串聯(lián)電池組的單體電池的正極連接在金屬—氧化物—半導(dǎo)體場效應(yīng)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(lián)電池組的單體電池的負(fù)極上，來實(shí)現(xiàn)對串聯(lián)電池組的充電速度快、安全可靠，達(dá)到串聯(lián)電池組的自動均衡充電。

2002年4月4日，北京航空航天大學(xué)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(bǔ)償?shù)淖詣泳獬浞烹姺椒ㄅc裝置。該發(fā)明的特點(diǎn)是：①由電量計(jì)算單元根據(jù)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(shù)、電池端電壓等計(jì)算電池的最大電量、充放電前的初始電量，再根據(jù)電池的充放電電流和時(shí)間計(jì)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(jìn)行適量放電，使電池組中的各個(gè)單體電池的電量同步升高，同時(shí)充足，達(dá)到串聯(lián)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(shí)，充電過程繼續(xù)進(jìn)行；④對單體電池進(jìn)行放電時(shí)，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(fù)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(fù)載使用或?yàn)檎麄€(gè)電池組充電，對電量較少的電池進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)動態(tài)過程中電池組電量的均衡。這既可防止個(gè)別電池“過放電”，又可充分利用電池組的能量，與現(xiàn)有技術(shù)相比，更科學(xué)、更充分地利用電池組能量。以各個(gè)單體電池的電量為衡量依據(jù)，在充電過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)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(jìn)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(shí)現(xiàn)充電過程的自動均衡。同樣在接通負(fù)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(fù)載使用或?yàn)檎麄€(gè)電池組輔助充電，實(shí)現(xiàn)放電過程的自動均衡，最終達(dá)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(xué)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(gè)充電站、數(shù)據(jù)服務(wù)中心以及移動通信服務(wù)中心。每個(gè)充電站包括紫蜂協(xié)議（ZigBee）組網(wǎng)設(shè)備、充電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控中心以及多個(gè)充電機(jī)。ZigBee組網(wǎng)設(shè)備通過ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)與插電式電動汽車的ZigBee終端節(jié)點(diǎn)裝置連接。每個(gè)充電機(jī)包括充電機(jī)信息管理單元、磁卡識別裝置、觸摸屏、打印機(jī)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(dǎo)致的電氣連接不穩(wěn)定、無線通訊連接導(dǎo)致的組網(wǎng)難度大及實(shí)施費(fèi)用高的問題，能實(shí)現(xiàn)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(wù)模式。

2010年9月8日，許繼集團(tuán)有限公司與北京許繼電氣有限公司聯(lián)合提交的專利申請（CN101950998A），涉及電動汽車物聯(lián)網(wǎng)充電系統(tǒng)，其以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過汽車、電池以及充電設(shè)施之間架起的信息交互渠道構(gòu)建起了面向電動汽車業(yè)務(wù)的物聯(lián)網(wǎng)，通過將物聯(lián)網(wǎng)信息整合傳遞給監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行綜合管理運(yùn)營，并實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的技術(shù)整合和信息交互。該發(fā)明中電池的充電時(shí)間和地點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)了與汽車動力服務(wù)的解耦，可以靈活有序安排電池的充放電運(yùn)行，可以支持用戶通過被遠(yuǎn)程控制的分布式充電樁進(jìn)行自主充電，只要相應(yīng)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(wù)。物聯(lián)網(wǎng)的平臺實(shí)現(xiàn)了信息全面的采集和共享，使得為客戶提供更加復(fù)雜和高級的服務(wù)成為可能。

山東魯能智能技術(shù)有限公司成立于2000年，經(jīng)營范圍包括電氣自動化設(shè)備的研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)等，屬于電能相關(guān)領(lǐng)域，因此對自動充電技術(shù)有所關(guān)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(jī)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(gè)變電站的站級機(jī)器人智能巡檢系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)連接。所述各站級機(jī)器人智能巡檢系統(tǒng)包括至少一個(gè)基站，同時(shí)在變電站內(nèi)還設(shè)有環(huán)境信息采集子系統(tǒng)以及安裝在變電站內(nèi)各個(gè)需要監(jiān)控設(shè)備處的固定點(diǎn)輔助監(jiān)控子系統(tǒng)。所述智能巡檢機(jī)器人上設(shè)有智能巡檢機(jī)器人下位機(jī)，所述智能巡檢機(jī)器人下位機(jī)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(wù)器和紫外檢測裝置。該發(fā)明巡檢路徑優(yōu)化，安全防護(hù)好，智能化程度高，具有全時(shí)段故障檢測和無縫隙視頻監(jiān)控的優(yōu)點(diǎn)，為智能變電站提供了全新的技術(shù)檢測手段和全方位的安全保障。

3 結(jié)語

通過以上的專利分析可知，自動充電技術(shù)作為智能能源技術(shù)的一個(gè)重要分支，隨著智能技術(shù)的發(fā)展將越來越受到重視。我國自動充電技術(shù)仍處在快速發(fā)展階段，存在很多機(jī)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(jī)遇與挑戰(zhàn)，如何整合技術(shù)發(fā)展優(yōu)勢，在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，尋求新的突破，是自動充電技術(shù)領(lǐng)域共同面對的問題。國內(nèi)企業(yè)應(yīng)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(wǎng)，利用專利為企業(yè)的發(fā)展保駕護(hù)航，促進(jìn)企業(yè)發(fā)展壯大。

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