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(duì)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(lái)生活的發(fā)展趨勢(shì)[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(dòng)調(diào)整，真正實(shí)現(xiàn)智能化，因此也是智能家居未來(lái)發(fā)展的核心方向[2，3]。

蓄電池是一種可以儲(chǔ)存化學(xué)能量，在需要時(shí)放出電能的一種能量存儲(chǔ)設(shè)備，因此是機(jī)器人等移動(dòng)設(shè)備的理想能源。但目前的蓄電池可存儲(chǔ)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(guò)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(guò)程的自動(dòng)化也尤為關(guān)鍵[4，5]。

我國(guó)作為消費(fèi)大國(guó)，智能家居的市場(chǎng)廣闊，發(fā)展智能家居技術(shù)也勢(shì)在必行。實(shí)現(xiàn)中國(guó)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(shì)。本文以自動(dòng)充電技術(shù)領(lǐng)域中的中國(guó)專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)為樣本，從多角度分析了我國(guó)自動(dòng)充電技術(shù)領(lǐng)域中的專利現(xiàn)狀，以此為基礎(chǔ)，為國(guó)內(nèi)自動(dòng)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(qǐng)整體概況

本文以中國(guó)專利文摘數(shù)據(jù)庫(kù)（CNABS）為基礎(chǔ)，通過(guò)分類號(hào)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(qǐng)，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(qǐng)量為3 264件。截至上述檢索日，部分申請(qǐng)由于未滿18個(gè)月還未公布，導(dǎo)致2018—2019年的申請(qǐng)數(shù)據(jù)不完整。因此，涉及2018—2019年的專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)僅供參考。

通過(guò)中國(guó)專利申請(qǐng)總體趨勢(shì)分布圖（圖1）可以看出，就自動(dòng)充電技術(shù)領(lǐng)域近三十余年在我國(guó)的申請(qǐng)量而言，在2008年之前該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)年申請(qǐng)量基本保持平穩(wěn)，但2009—2017年期間，專利申請(qǐng)量有了明顯逐漸增加的趨勢(shì)，并在近期達(dá)到了較高的勢(shì)頭。通過(guò)圖1可知，通過(guò)近幾年國(guó)家對(duì)自動(dòng)充電技術(shù)領(lǐng)域的重視程度提高，國(guó)內(nèi)企業(yè)和科研單位更加重視自動(dòng)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(guó)內(nèi)申請(qǐng)人對(duì)自動(dòng)充電技術(shù)的研究主要集中在自動(dòng)充電設(shè)備的改進(jìn)，以及自動(dòng)充電方法的優(yōu)化方面，并且近年來(lái)我國(guó)在該領(lǐng)域的研究還呈現(xiàn)上升勢(shì)頭，在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展上仍有很大的空間。通過(guò)圖1還可以看出，自動(dòng)充電技術(shù)領(lǐng)域的首次中國(guó)申請(qǐng)出現(xiàn)在1985年，但申請(qǐng)量一直較低。直到2008年，申請(qǐng)量才呈現(xiàn)較為明顯的上升，但申請(qǐng)量也處于較低水平，這也反應(yīng)出，對(duì)于一種新技術(shù)，需要較長(zhǎng)的醞釀發(fā)展期。2008年以后，申請(qǐng)量持續(xù)走高，這個(gè)時(shí)期申請(qǐng)量的明顯增長(zhǎng)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(lái)了自動(dòng)充電等相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展。

2.2 申請(qǐng)人分布

2.2.1 申請(qǐng)人屬性分布

通過(guò)申請(qǐng)人屬性分布情況（圖2）可見，企業(yè)屬性申請(qǐng)人占比66%，大學(xué)/科研機(jī)構(gòu)屬性的申請(qǐng)人占比17%，個(gè)人屬性申請(qǐng)人占比17%。由此不難看出，在自動(dòng)充電技術(shù)領(lǐng)域，企業(yè)依然是專利申請(qǐng)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(duì)技術(shù)發(fā)展革新的敏銳嗅覺(jué)；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(shí)。我國(guó)重視自動(dòng)充電技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)有若干家自動(dòng)充電技術(shù)研發(fā)規(guī)模較大的企業(yè)，其帶動(dòng)著周邊企業(yè)在自動(dòng)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(guó)自動(dòng)充電技術(shù)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)了自動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(qǐng)人占比也相對(duì)不大。另外，自動(dòng)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(duì)于個(gè)人申請(qǐng)人有一定門檻，造成個(gè)人屬性申請(qǐng)人占比也相對(duì)較小。

2.2.2 申請(qǐng)人地域分布

申請(qǐng)人地域分布情況示意圖TOP10（圖3）顯示了中國(guó)范圍內(nèi)（不包括港澳臺(tái)地區(qū)）自動(dòng)充電技術(shù)領(lǐng)域申請(qǐng)人申請(qǐng)量的分布情況。其中廣東省的申請(qǐng)量占國(guó)內(nèi)全部申請(qǐng)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(qǐng)人占據(jù)了國(guó)內(nèi)自動(dòng)充電技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)的主體。

2.2.3 主要申請(qǐng)人

申請(qǐng)人申請(qǐng)量分布圖（圖4）列出了自動(dòng)充電技術(shù)領(lǐng)域中排名前10位的申請(qǐng)人，從高到低依次為國(guó)家電網(wǎng)有限公司（簡(jiǎn)稱“國(guó)家電網(wǎng)”）、TCL集團(tuán)股份有限公司（簡(jiǎn)稱“TCL”）、富士康科技集團(tuán)（簡(jiǎn)稱“富士康”）、中國(guó)科學(xué)院、中興通訊股份有限公司（簡(jiǎn)稱“中興通訊”）、寧波大葉園林設(shè)備有限公司（簡(jiǎn)稱“寧波大葉園林設(shè)備”）、楊泰和、蘇州寶時(shí)得電動(dòng)工具有限公司（簡(jiǎn)稱“蘇州寶時(shí)得電動(dòng)工具”）、中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱“南方電網(wǎng)”）、海洋王照明科技股份有限公司（簡(jiǎn)稱“海洋王照明”），其中企業(yè)占據(jù)8席，僅有1位為國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)（中國(guó)科學(xué)院），1位為個(gè)人申請(qǐng)人（楊泰和）。這也從側(cè)面反映出國(guó)內(nèi)企業(yè)在該領(lǐng)域的大量投入。排在第1位的國(guó)家電網(wǎng)中央直接管理的國(guó)有獨(dú)資公司，也是關(guān)系國(guó)民經(jīng)濟(jì)命脈和國(guó)家能源安全的特大型國(guó)有重點(diǎn)骨干企業(yè)。該公司的專利申請(qǐng)量達(dá)到了141件，占總申請(qǐng)量的5%，從圖4中可以看出，國(guó)家電網(wǎng)處于絕對(duì)領(lǐng)先的龍頭地位，這反映出該公司在自動(dòng)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(guó)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(guó)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(qǐng)量為32件，占總申請(qǐng)量的1%。

排在第3位的富士康與排在第4位的中國(guó)科學(xué)院的專利申請(qǐng)量分別為27件和26件，這反映出了民營(yíng)企業(yè)和科研院所在自動(dòng)充電技術(shù)領(lǐng)域也占有一定的份額。通過(guò)對(duì)主要申請(qǐng)人的分析可知，我國(guó)企業(yè)在該領(lǐng)域的發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，技術(shù)也較為先進(jìn)和成熟，這和我國(guó)對(duì)自動(dòng)充電技術(shù)的密切關(guān)注是分不開的，體現(xiàn)了我國(guó)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(qǐng)（CN1367565A），提供了一種串聯(lián)電池組自動(dòng)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(dòng)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(chǎng)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(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dòng)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(qǐng)（CN1402375A），公開了一種基于電池動(dòng)態(tài)電量差異補(bǔ)償?shù)淖詣?dòng)均衡充放電方法與裝置。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(chǔ)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(dòng)態(tài)電量；②充電過(guò)程中采用直流變直流變換器（DC/DC變換器）模塊對(duì)動(dòng)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(dòng)均衡；③充電過(guò)程中，對(duì)高于平均電量的單體電池放電的同時(shí)，充電過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行；④對(duì)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(guò)程中也采用同一DC/DC變換器模塊對(duì)電量較多的單體電池通過(guò)充放電母線放電供負(fù)載使用或?yàn)檎麄€(gè)電池組充電，對(duì)電量較少的電池進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)過(guò)程中電池組電量的均衡。這既可防止個(gè)別電池“過(guò)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(guò)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(duì)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(guò)程的自動(dòng)均衡。同樣在接通負(fù)載放電使用過(guò)程中，電量多的單體電池通過(guò)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(guò)程的自動(dòng)均衡，最終達(dá)到真正的電池組高效、安全的自動(dòng)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(qǐng)（CN101895136A），介紹了一種插電式電動(dòng)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(dòng)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(guò)ZigBee無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)與插電式電動(dòng)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(shí)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(dòng)汽車有線通訊連接導(dǎo)致的電氣連接不穩(wěn)定、無(wú)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(wèn)題，能實(shí)現(xiàn)自助充電，用戶操作簡(jiǎn)單、便利、安全，充電過(guò)程自動(dòng)化、智能化，并且無(wú)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(qǐng)（CN101950998A），涉及電動(dòng)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(guò)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(dòng)汽車業(yè)務(wù)的物聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)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(yíng)，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(dòng)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(guò)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(tái)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(jí)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(yíng)范圍包括電氣自動(dòng)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(duì)自動(dòng)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(qǐng)（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(jí)機(jī)器人智能巡檢系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接。所述各站級(jí)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(cè)單元連接，所述檢測(cè)單元包括紅外檢測(cè)單元和紫外檢測(cè)單元，所述紫外檢測(cè)單元包含紫外視頻服務(wù)器和紫外檢測(cè)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(cè)和無(wú)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(cè)手段和全方位的安全保障。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上的專利分析可知，自動(dòng)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(lái)越受到重視。我國(guó)自動(dòng)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(duì)這些機(jī)遇與挑戰(zhàn)，如何整合技術(shù)發(fā)展優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，尋求新的突破，是自動(dòng)充電技術(shù)領(lǐng)域共同面對(duì)的問(wèn)題。國(guó)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(qǐng)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。

參考文獻(xiàn)

[1] 張周，周劍揚(yáng)，閆沫.ZigBee在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2006，19（12）：7—9.

[2] 曹文祥，馮雪梅.工業(yè)機(jī)器人研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].機(jī)械制造，2011，49（558）：41—43.

[3] 葛艷紅，李文鋒，董文濤.物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下群體機(jī)器人協(xié)同演化機(jī)制研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，34（9）：135—138.

[4] 徐國(guó)保，尹怡欣，周美娟.智能移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2007（2）：29—34.

[5] 張晶，贠超.安防機(jī)器人自動(dòng)充電研究[J].傳感器與微系統(tǒng)，2012，31（3）：60—62.