摘要：通過(guò)對(duì)新能源汽車(chē)充電槍技術(shù)相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)了相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)、地域分布、主要申請(qǐng)人、技術(shù)分支申請(qǐng)量等內(nèi)容，有助于創(chuàng)新主體把握充電槍技術(shù)的整體發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)而推進(jìn)充電槍技術(shù)的創(chuàng)新和進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē)；充電槍?zhuān)粚?zhuān)利；技術(shù)綜述

中圖分類(lèi)號(hào)：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(shí)的增強(qiáng)，新能源技術(shù)得到了快速的發(fā)展，新能源汽車(chē)行業(yè)順應(yīng)時(shí)代的潮流，成為社會(huì)的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)關(guān)注產(chǎn)業(yè)。汽車(chē)充電槍是一種連接電動(dòng)汽車(chē)與充電站或家用電源的充電設(shè)備，能將電能傳輸?shù)诫妱?dòng)汽車(chē)的電池中［1］。作為新能源汽車(chē)充電的必備設(shè)備之一，它與新能源汽車(chē)的發(fā)展和充電設(shè)施的全面推廣及普及息息相關(guān)，所以充電槍的好壞在一定程度上影響著充電基礎(chǔ)設(shè)施［2］。

2 新能源汽車(chē)充電槍技術(shù)現(xiàn)狀

截至2023年12月，在himmpat數(shù)據(jù)庫(kù)中采用關(guān)鍵詞和分類(lèi)號(hào)進(jìn)行檢索，關(guān)鍵詞包括：充電、charg+、插頭、槍、plug？、gun？、接頭、汽車(chē)、公交、巴士、的士、vehicle？、bus？？、car？，分類(lèi)號(hào)包括H01R，經(jīng)過(guò)檢索，以簡(jiǎn)單同族統(tǒng)計(jì)并篩選后得到全球?qū)＠? 090件。

2.1 全球?qū)＠暾?qǐng)趨勢(shì)

從圖1分析可以得出，全球新能源汽車(chē)充電槍技術(shù)的專(zhuān)利申請(qǐng)?jiān)?004—2009年間屬于萌芽期，專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量較少，在2010—2016年間屬于初步發(fā)展階段，專(zhuān)利申請(qǐng)量有所增加，2017—2022年屬于快速發(fā)展階段，專(zhuān)利申請(qǐng)量較大，這三個(gè)階段分別與新能源汽車(chē)的戰(zhàn)略規(guī)劃期、導(dǎo)入期、成長(zhǎng)期三個(gè)發(fā)展階段相對(duì)應(yīng)。2023年專(zhuān)利申請(qǐng)量有所下降，這可能是由于市場(chǎng)飽和、技術(shù)創(chuàng)新減緩、外部經(jīng)濟(jì)因素或政策變化導(dǎo)致的短期影響?？傮w來(lái)看，新能源汽車(chē)充電槍技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)需求目前還是比較強(qiáng)勁的。

2.2 全球?qū)＠暾?qǐng)地域分布

圖2示出了新能源汽車(chē)充電槍全球?qū)＠暾?qǐng)地域分布，對(duì)專(zhuān)利申請(qǐng)的來(lái)源國(guó)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可反映各地區(qū)技術(shù)自主創(chuàng)新的實(shí)力。從圖2可以得出，目前新能源汽車(chē)充電槍技術(shù)主要分布在中國(guó)（4 041件，占比79.4%）、德國(guó)（442件，占比8.7%）、日本（201件，占比3.9%），這些國(guó)家專(zhuān)利申請(qǐng)量全球占比接近92%?？梢?jiàn)，中國(guó)申請(qǐng)量已遠(yuǎn)超過(guò)其他國(guó)家和地區(qū)，成為全球變壓器散熱技術(shù)的重要研發(fā)基地，也體現(xiàn)出中國(guó)新能源汽車(chē)需求較大。

2.3 國(guó)內(nèi)專(zhuān)利申請(qǐng)地域分布

圖3示出了新能源汽車(chē)充電槍技術(shù)國(guó)內(nèi)專(zhuān)利申請(qǐng)地域分布，對(duì)專(zhuān)利申請(qǐng)的省市進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可反映各地區(qū)技術(shù)自主創(chuàng)新的實(shí)力。從圖3中可以得出：申請(qǐng)量排名前三的為廣東（1 068件）、江蘇（736件）、浙江（456件）。這三個(gè)省份均為經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好的省份，新能源汽車(chē)用量較大，新能源汽車(chē)充電設(shè)施較為完善，從而一定程度上導(dǎo)致這三個(gè)省份的新能源汽車(chē)充電槍專(zhuān)利申請(qǐng)量較高；同時(shí)也體現(xiàn)出這三個(gè)省份關(guān)于知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的意識(shí)也相對(duì)較強(qiáng)，相關(guān)企業(yè)或者發(fā)明人申請(qǐng)專(zhuān)利的意識(shí)較強(qiáng)，體現(xiàn)出這三個(gè)省份在新能源汽車(chē)充電槍領(lǐng)域擁有較強(qiáng)的研發(fā)能力。

2.4 全球?qū)＠饕暾?qǐng)人

圖4示出了新能源汽車(chē)充電槍技術(shù)全球?qū)＠暾?qǐng)人排名。從圖4可以看出，德國(guó)菲尼克斯電動(dòng)交通有限公司以56件專(zhuān)利申請(qǐng)位居首位，顯示其在變壓器散熱技術(shù)方面的領(lǐng)先地位。我國(guó)比亞迪股份有限公司以50件專(zhuān)利申請(qǐng)位居第二位，日本住友電裝株式會(huì)社以49件專(zhuān)利申請(qǐng)位于第二位。這些企業(yè)在新能源汽車(chē)充電槍領(lǐng)域投入了大量研發(fā)資金，專(zhuān)注于提高新能源汽車(chē)充電槍的穩(wěn)定性和可靠性。

從圖4中還可以看出，申請(qǐng)人排名前十中，我國(guó)企業(yè)占據(jù)5家。可見(jiàn)，我國(guó)企業(yè)在新能源汽車(chē)充電槍技術(shù)中占據(jù)重要地位，也體現(xiàn)出我國(guó)是全球新能源汽車(chē)市場(chǎng)最大的國(guó)家。

3 重要專(zhuān)利分析

根據(jù)新能源汽車(chē)充電槍所要解決的問(wèn)題，以下將新能源汽車(chē)充電槍技術(shù)發(fā)展劃分為固定/解鎖、散熱、防觸電三個(gè)技術(shù)分支。

3.1 固定/解鎖

固定是指新能源汽車(chē)充電槍在對(duì)新能源汽車(chē)進(jìn)行充電時(shí)能夠與新能源汽車(chē)充電插座保持可靠的連接；解鎖是指在充電完成后對(duì)充電槍與充電插座的固定連接進(jìn)行釋放。

2010年比亞迪股份有限公司的專(zhuān)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(shè)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(zhuǎn)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(dāng)卡扣件處于充電槍與充電基座接合的鎖緊狀態(tài)時(shí)，其中第一端與鎖緊槽配合。

2011年庫(kù)侖技術(shù)公司的專(zhuān)利（US8025526B1）：充電槍設(shè)置連接器閂鎖，新能源汽車(chē)充電插座設(shè)置槍套閂鎖和螺線管，當(dāng)充電槍插入充電插座時(shí)，皮套閂鎖對(duì)連接器閂鎖進(jìn)行鎖定；充電完成時(shí)電力將通過(guò)鎖定槍套入口的電源引腳供應(yīng)到螺線管，從而使槍套閂鎖解鎖充電槍。

2017年重慶長(zhǎng)安汽車(chē)股份有限公司的專(zhuān)利（CN106585417A）：檢測(cè)充電槍是否連接，若檢測(cè)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(cè)到充電槍未連接，則控制電子鎖保持解鎖狀態(tài)；監(jiān)測(cè)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(cè)。從而實(shí)現(xiàn)鎖定與解鎖的自動(dòng)控制。

由上可知，可以預(yù)測(cè)未來(lái)新能源汽車(chē)充電槍技術(shù)在固定/解鎖分支主要改進(jìn)點(diǎn)在于如何實(shí)現(xiàn)智能控制，通過(guò)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(chē)加油的便捷性，新能源汽車(chē)充電所需要的時(shí)間更長(zhǎng)。為了滿(mǎn)足社會(huì)的需求，現(xiàn)在新能源汽車(chē)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(huì)導(dǎo)致較大的熱量。因此，散熱問(wèn)題是新能源汽車(chē)充電槍的重要問(wèn)題。

2017年菲尼克斯電動(dòng)交通有限公司的專(zhuān)利（DE102016107409A1）：新能源汽車(chē)充電槍具有插接部分，插接部分上具有多個(gè)用于傳輸直流電流形式的充電電流的接觸元件，實(shí)現(xiàn)在插接部分上接觸元件的冷卻，設(shè)有冷卻體，其通過(guò)熱管線與接觸元件連接。在接觸元件上的熱量可以通過(guò)熱管線被吸收并且被引導(dǎo)到冷卻體上，以便為接觸元件散熱。每個(gè)冷卻體都具有兩個(gè)縱向延伸的、相互平行的流體通道，通過(guò)氣態(tài)或液態(tài)冷卻劑流過(guò)該流體通道以吸收在冷卻體上的熱量，從而對(duì)冷卻體進(jìn)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(zhuān)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(nèi)腔。充電電纜一端從該密封內(nèi)腔穿過(guò)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(nèi)穿設(shè)有進(jìn)氣管和出氣管；進(jìn)氣管的一端設(shè)置于槍身的密封內(nèi)腔內(nèi)，進(jìn)氣管的另一端連通風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口。出氣管的一端設(shè)置于槍身的密封內(nèi)腔內(nèi)，出氣管的另一端與外界大氣連通。充電槍的進(jìn)氣管在風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下源源不斷地向槍身的密封內(nèi)腔送入氣體，而出氣管則將密封內(nèi)腔的氣體源源不斷地傳送至外界大氣中，在此循環(huán)的過(guò)程中，密封內(nèi)腔內(nèi)的氣體將槍頭插接端子與電動(dòng)汽車(chē)的對(duì)接端子連接充電時(shí)發(fā)出的熱量及時(shí)散發(fā)至外界大氣中去，這能降低充電時(shí)槍的溫度，進(jìn)而消除充電時(shí)因溫度升高而帶來(lái)的安全隱患。

2019年菲尼克斯電動(dòng)交通有限公司的專(zhuān)利（DE102017125265A1）：充電插頭具有用于主動(dòng)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(dǎo)冷卻流體的兩個(gè)冷卻通道、冷卻劑入流處和兩個(gè)冷卻劑回流處。通過(guò)冷卻流體對(duì)充電插頭進(jìn)行散熱。

從上文可知，新能源汽車(chē)充電槍散熱技術(shù)主要解決充電槍端子所產(chǎn)生的熱量，可以預(yù)測(cè)未來(lái)其主要發(fā)展方向在于通過(guò)液體冷卻介質(zhì)對(duì)端子進(jìn)行散熱冷卻。

3.3 防觸電

在電器設(shè)備的使用過(guò)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(duì)新能源汽車(chē)進(jìn)行充電時(shí)，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(zhuān)利（CN201690079U）：充電槍內(nèi)各個(gè)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(mǎn)足絕緣電阻的要求。在電源極插柱端部設(shè)置絕緣帽，該絕緣帽可通過(guò)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(dá)到良好的安全保護(hù)作用。

2019年常州中電新能電器科技有限公司的專(zhuān)利（CN109346878A）：充電槍設(shè)置有檢測(cè)組件，檢測(cè)組件包括設(shè)置在鎖止板按壓部下方的電磁鐵、頂桿、設(shè)置在電磁鐵前側(cè)的機(jī)械鎖檢測(cè)開(kāi)關(guān)、設(shè)置在鎖止板前部下方的電磁鎖檢測(cè)開(kāi)關(guān)；充電槍插入電動(dòng)汽車(chē)時(shí)，電磁檢測(cè)開(kāi)關(guān)的檢測(cè)端檢測(cè)到鎖止板的動(dòng)作信號(hào)，電磁檢測(cè)開(kāi)關(guān)的電磁鎖感應(yīng)電路端向充電樁發(fā)出信號(hào)，充電槍連接好后，頂桿后移的鎖定，機(jī)械鎖檢測(cè)開(kāi)關(guān)的觸發(fā)端探測(cè)到頂桿的位移信號(hào)，機(jī)械鎖檢測(cè)開(kāi)關(guān)的機(jī)械鎖感應(yīng)電路端向充電樁發(fā)出信號(hào)，充電樁收到雙重信號(hào)后，通電向電動(dòng)車(chē)充電，只有兩個(gè)前提條件全部滿(mǎn)足時(shí)，充電樁才能向充電槍處通電對(duì)電動(dòng)車(chē)進(jìn)行充電。

2022年長(zhǎng)春捷翼汽車(chē)零部件有限公司的專(zhuān)利（CN114050434A）：充電槍端子分為前部的轉(zhuǎn)接端子和后部的電源端子，轉(zhuǎn)接端子和電源端子之間通過(guò)設(shè)置復(fù)位件，可保證充電槍在非工作狀態(tài)的情況下，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)接端子與電源端子分離，在不對(duì)推桿施加外力的情況下，轉(zhuǎn)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(yù)測(cè)未來(lái)新能源汽車(chē)充電槍技術(shù)在防觸電分支主要改進(jìn)點(diǎn)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(jié)語(yǔ)

在新能源汽車(chē)系統(tǒng)中，充電槍作為關(guān)鍵設(shè)備之一，其穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到新能源汽車(chē)充電的安全與效率。隨著新能源汽車(chē)需求的不斷增長(zhǎng)，新能源汽車(chē)充電槍的需求也在持續(xù)增加，對(duì)新能源汽車(chē)充電槍性能提出了更高的要求。因此，新能源汽車(chē)充電槍的創(chuàng)新與發(fā)展成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。本文回顧了新能源汽車(chē)充電槍專(zhuān)利的全球趨勢(shì)，分析了全球?qū)＠暾?qǐng)地域分布以及全球?qū)＠暾?qǐng)人，進(jìn)一步將新能源汽車(chē)充電槍技術(shù)分為固定/解鎖、散熱及防觸電三個(gè)技術(shù)分支，詳細(xì)探討了各自的關(guān)鍵技術(shù)。這些技術(shù)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(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：

董統(tǒng)傳，男，1990年生，助理研究員，研究方向?yàn)閷?zhuān)利審查。