摘要：通過對新能源汽車充電槍技術相關專利申請進行分析，統(tǒng)計了相關專利申請趨勢、地域分布、主要申請人、技術分支申請量等內容，有助于創(chuàng)新主體把握充電槍技術的整體發(fā)展趨勢，進而推進充電槍技術的創(chuàng)新和進步。

關鍵詞：新能源汽車；充電槍；專利；技術綜述

中圖分類號：U469 收稿日期：2024-09-03

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.11.005

1 前言

隨著人們節(jié)能環(huán)保意識的增強，新能源技術得到了快速的發(fā)展，新能源汽車行業(yè)順應時代的潮流，成為社會的熱點和焦點關注產業(yè)。汽車充電槍是一種連接電動汽車與充電站或家用電源的充電設備，能將電能傳輸?shù)诫妱悠嚨碾姵刂校?］。作為新能源汽車充電的必備設備之一，它與新能源汽車的發(fā)展和充電設施的全面推廣及普及息息相關，所以充電槍的好壞在一定程度上影響著充電基礎設施［2］。

2 新能源汽車充電槍技術現(xiàn)狀

截至2023年12月，在himmpat數(shù)據(jù)庫中采用關鍵詞和分類號進行檢索，關鍵詞包括：充電、charg+、插頭、槍、plug？、gun？、接頭、汽車、公交、巴士、的士、vehicle？、bus？？、car？，分類號包括H01R，經過檢索，以簡單同族統(tǒng)計并篩選后得到全球專利5 090件。

2.1 全球專利申請趨勢

從圖1分析可以得出，全球新能源汽車充電槍技術的專利申請在2004—2009年間屬于萌芽期，專利申請數(shù)量較少，在2010—2016年間屬于初步發(fā)展階段，專利申請量有所增加，2017—2022年屬于快速發(fā)展階段，專利申請量較大，這三個階段分別與新能源汽車的戰(zhàn)略規(guī)劃期、導入期、成長期三個發(fā)展階段相對應。2023年專利申請量有所下降，這可能是由于市場飽和、技術創(chuàng)新減緩、外部經濟因素或政策變化導致的短期影響。總體來看，新能源汽車充電槍技術發(fā)展和市場需求目前還是比較強勁的。

2.2 全球專利申請地域分布

圖2示出了新能源汽車充電槍全球專利申請地域分布，對專利申請的來源國進行統(tǒng)計分析，可反映各地區(qū)技術自主創(chuàng)新的實力。從圖2可以得出，目前新能源汽車充電槍技術主要分布在中國（4 041件，占比79.4%）、德國（442件，占比8.7%）、日本（201件，占比3.9%），這些國家專利申請量全球占比接近92%?？梢?，中國申請量已遠超過其他國家和地區(qū)，成為全球變壓器散熱技術的重要研發(fā)基地，也體現(xiàn)出中國新能源汽車需求較大。

2.3 國內專利申請地域分布

圖3示出了新能源汽車充電槍技術國內專利申請地域分布，對專利申請的省市進行統(tǒng)計分析，可反映各地區(qū)技術自主創(chuàng)新的實力。從圖3中可以得出：申請量排名前三的為廣東（1 068件）、江蘇（736件）、浙江（456件）。這三個省份均為經濟發(fā)展較好的省份，新能源汽車用量較大，新能源汽車充電設施較為完善，從而一定程度上導致這三個省份的新能源汽車充電槍專利申請量較高；同時也體現(xiàn)出這三個省份關于知識產權保護的意識也相對較強，相關企業(yè)或者發(fā)明人申請專利的意識較強，體現(xiàn)出這三個省份在新能源汽車充電槍領域擁有較強的研發(fā)能力。

2.4 全球專利主要申請人

圖4示出了新能源汽車充電槍技術全球專利申請人排名。從圖4可以看出，德國菲尼克斯電動交通有限公司以56件專利申請位居首位，顯示其在變壓器散熱技術方面的領先地位。我國比亞迪股份有限公司以50件專利申請位居第二位，日本住友電裝株式會社以49件專利申請位于第二位。這些企業(yè)在新能源汽車充電槍領域投入了大量研發(fā)資金，專注于提高新能源汽車充電槍的穩(wěn)定性和可靠性。

從圖4中還可以看出，申請人排名前十中，我國企業(yè)占據(jù)5家?？梢?，我國企業(yè)在新能源汽車充電槍技術中占據(jù)重要地位，也體現(xiàn)出我國是全球新能源汽車市場最大的國家。

3 重要專利分析

根據(jù)新能源汽車充電槍所要解決的問題，以下將新能源汽車充電槍技術發(fā)展劃分為固定/解鎖、散熱、防觸電三個技術分支。

3.1 固定/解鎖

固定是指新能源汽車充電槍在對新能源汽車進行充電時能夠與新能源汽車充電插座保持可靠的連接；解鎖是指在充電完成后對充電槍與充電插座的固定連接進行釋放。

2010年比亞迪股份有限公司的專利（CN101740947A）：充電槍由絕緣座和與所述絕緣座連接的第一外殼、第二外殼所形成；充電基座包括固定座、形成在所述固定座的前表面上的圓柱形容納室。充電槍和充電基座之間設置充電鎖緊裝置，充電鎖緊裝置包括：形成在所述充電基座上的鎖緊槽；形成在所述充電槍的卡扣件，所述卡扣件可樞轉地固定在充電槍的第一、第二殼體上，并具有第一端和第二端，當卡扣件處于充電槍與充電基座接合的鎖緊狀態(tài)時，其中第一端與鎖緊槽配合。

2011年庫侖技術公司的專利（US8025526B1）：充電槍設置連接器閂鎖，新能源汽車充電插座設置槍套閂鎖和螺線管，當充電槍插入充電插座時，皮套閂鎖對連接器閂鎖進行鎖定；充電完成時電力將通過鎖定槍套入口的電源引腳供應到螺線管，從而使槍套閂鎖解鎖充電槍。

2017年重慶長安汽車股份有限公司的專利（CN106585417A）：檢測充電槍是否連接，若檢測到充電槍已連接，則控制所述電子鎖保持閉鎖狀態(tài)，若檢測到充電槍未連接，則控制電子鎖保持解鎖狀態(tài)；監(jiān)測是否收到解鎖命令，若收到解鎖命令，則控制所述電子鎖執(zhí)行解鎖操作，若未收到所述解鎖命令，則繼續(xù)監(jiān)測。從而實現(xiàn)鎖定與解鎖的自動控制。

由上可知，可以預測未來新能源汽車充電槍技術在固定/解鎖分支主要改進點在于如何實現(xiàn)智能控制，通過配置智能控制系統(tǒng)，提高連接的可靠性與便捷性。

3.2 散熱

相較于油車加油的便捷性，新能源汽車充電所需要的時間更長。為了滿足社會的需求，現(xiàn)在新能源汽車充電都采用大電流充電方式以加快充電效率，然而大電流充電會導致較大的熱量。因此，散熱問題是新能源汽車充電槍的重要問題。

2017年菲尼克斯電動交通有限公司的專利（DE102016107409A1）：新能源汽車充電槍具有插接部分，插接部分上具有多個用于傳輸直流電流形式的充電電流的接觸元件，實現(xiàn)在插接部分上接觸元件的冷卻，設有冷卻體，其通過熱管線與接觸元件連接。在接觸元件上的熱量可以通過熱管線被吸收并且被引導到冷卻體上，以便為接觸元件散熱。每個冷卻體都具有兩個縱向延伸的、相互平行的流體通道，通過氣態(tài)或液態(tài)冷卻劑流過該流體通道以吸收在冷卻體上的熱量，從而對冷卻體進行散熱。

2017年深圳市沃爾新能源電氣科技股份有限公司的專利（CN206202011U）：充電槍包括槍身、槍尾和槍頭，槍尾和槍頭分居于槍身兩端，槍身具有密封內腔。充電電纜一端從該密封內腔穿過與槍頭的插接端子連接，充電電纜另一端與充電樁連接。充電電纜內穿設有進氣管和出氣管；進氣管的一端設置于槍身的密封內腔內，進氣管的另一端連通風機的出風口。出氣管的一端設置于槍身的密封內腔內，出氣管的另一端與外界大氣連通。充電槍的進氣管在風機的驅動下源源不斷地向槍身的密封內腔送入氣體，而出氣管則將密封內腔的氣體源源不斷地傳送至外界大氣中，在此循環(huán)的過程中，密封內腔內的氣體將槍頭插接端子與電動汽車的對接端子連接充電時發(fā)出的熱量及時散發(fā)至外界大氣中去，這能降低充電時槍的溫度，進而消除充電時因溫度升高而帶來的安全隱患。

2019年菲尼克斯電動交通有限公司的專利（DE102017125265A1）：充電插頭具有用于主動冷卻充電插頭的冷卻裝置。冷卻裝置具有冷卻劑循環(huán)回路，其具有引導冷卻流體的兩個冷卻通道、冷卻劑入流處和兩個冷卻劑回流處。通過冷卻流體對充電插頭進行散熱。

從上文可知，新能源汽車充電槍散熱技術主要解決充電槍端子所產生的熱量，可以預測未來其主要發(fā)展方向在于通過液體冷卻介質對端子進行散熱冷卻。

3.3 防觸電

在電器設備的使用過程中，人身安全始終是第一考慮因素［3］。防觸電是指在使用充電槍對新能源汽車進行充電時，防止操作人員誤觸摸發(fā)生的觸電事故。

2010年河南天海電器有限公司的專利（CN201690079U）：充電槍內各個電極插柱相互之間有絕緣隔離壁，有效地保證了電氣間隙和爬電距離，滿足絕緣電阻的要求。在電源極插柱端部設置絕緣帽，該絕緣帽可通過螺紋與電源極插柱相連接，此隔離避免操作人員誤觸摸發(fā)生的觸電事故，達到良好的安全保護作用。

2019年常州中電新能電器科技有限公司的專利（CN109346878A）：充電槍設置有檢測組件，檢測組件包括設置在鎖止板按壓部下方的電磁鐵、頂桿、設置在電磁鐵前側的機械鎖檢測開關、設置在鎖止板前部下方的電磁鎖檢測開關；充電槍插入電動汽車時，電磁檢測開關的檢測端檢測到鎖止板的動作信號，電磁檢測開關的電磁鎖感應電路端向充電樁發(fā)出信號，充電槍連接好后，頂桿后移的鎖定，機械鎖檢測開關的觸發(fā)端探測到頂桿的位移信號，機械鎖檢測開關的機械鎖感應電路端向充電樁發(fā)出信號，充電樁收到雙重信號后，通電向電動車充電，只有兩個前提條件全部滿足時，充電樁才能向充電槍處通電對電動車進行充電。

2022年長春捷翼汽車零部件有限公司的專利（CN114050434A）：充電槍端子分為前部的轉接端子和后部的電源端子，轉接端子和電源端子之間通過設置復位件，可保證充電槍在非工作狀態(tài)的情況下，實現(xiàn)轉接端子與電源端子分離，在不對推桿施加外力的情況下，轉接端子與電源端子一直處于分離狀態(tài)，使得充電端子不帶電，避免發(fā)生人員觸電事故。

從上文可知，可以預測未來新能源汽車充電槍技術在防觸電分支主要改進點在于如何使充電槍的充電端子在非充電狀態(tài)下斷路，在充電狀態(tài)下通路。

4 結語

在新能源汽車系統(tǒng)中，充電槍作為關鍵設備之一，其穩(wěn)定運行直接關系到新能源汽車充電的安全與效率。隨著新能源汽車需求的不斷增長，新能源汽車充電槍的需求也在持續(xù)增加，對新能源汽車充電槍性能提出了更高的要求。因此，新能源汽車充電槍的創(chuàng)新與發(fā)展成為行業(yè)關注的焦點。本文回顧了新能源汽車充電槍專利的全球趨勢，分析了全球專利申請地域分布以及全球專利申請人，進一步將新能源汽車充電槍技術分為固定/解鎖、散熱及防觸電三個技術分支，詳細探討了各自的關鍵技術。這些技術的發(fā)展顯著提升了變壓器散熱能力，為行業(yè)的持續(xù)創(chuàng)新奠定了基礎。

參考文獻：

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[2]徐犇.電動汽車充電槍功能測試系統(tǒng)設計[D].蘇州：蘇州大學，2022.

[3]郭三華，曹麗娟，董艷艷，等.新能源汽車便攜式充電槍充電控制系統(tǒng)設計[J].微型電腦應用，2021，37（10）：18-21.

作者簡介：

董統(tǒng)傳，男，1990年生，助理研究員，研究方向為專利審查。