摘要:
目前新能源汽车产业正蓬勃发展,新能源汽车高压充电技术也应运而生,且800V成为高压快充的主流,因此有必要对新能源汽车高压充电技术发展态势进行研究。【方法/过程】本文从专利视角对新能源汽车高压充电技术进行梳理和统计,从全球专利中请趋势、专利布局区域分布、专利技术构成和主要申请人等维度对新能源汽车高压充电技术进行整体分析,提出以高压平台、动力电池、驱动电机与电控、热管理、碳化硅(SiC)半导体器件和新型绝缘材料与工艺为核心技术分支的三级技术分解,并分析技术发展演进路线,还针对重点专利技术和中国重点企业专利进行了分析。【结果/结论】研究表明,新能源汽车高压充电技术正处于高速发展时期,中国、日本、美国和德国为主要的技术来源国和目标国,中国和韩国主要布局于本国。最后,对新能源汽车高压充电技术的发展提供建议,助力中国新能源汽车高压充电技术的高质量发展。
引言
目前,新能源汽车正处于快速发展阶段,具有非常大的市场潜力。2020年11月,国务院颁发的《新能源汽车产业发展规划(2021一2035年)》指出,应加快提升新能源汽车充电效率的建设-21。随着新能源汽车的普及,消费市场凸显出更高的需求,新能源汽车面临续航里程短且充电慢等问题,充电较慢已成为驱须突破的技术瓶颈。现有解决充电焦虑的途径主要有换电和提升充电效率,提升充电效率表现为提高充电电压或电流。然而,提高充电电流线路复杂,线径、发热量、电量损耗都将增大:而提高充电电压则对电路元器件的耐压、绝缘等提出了新要求国。相同功率下,提升电压、降低电流能够减少能量损耗,并可通过收窄线束截面积而减轻整车重量,因此相较于提高电流,提高电压更符合未来趋势。越来越多的新能源汽车使用了800V高压动力电池,800V的新能源汽车高压充电技术应运而生,并逐渐成为高压快充的主流。
因此,有必要对新能源汽车高压充电技术发展态势进行研究,探究提升充电效率的解决方案。通过检索新能源汽车高压充电技术发现,针对新能源汽车高压充电技术专利开展研究分析的较少。本文基于专利视角对新能源汽车高压充电技术进行梳理、统计和分析,提出以高压平台、动力电池、驱动电机与电控、热管理、碳化硅(SiC)半导体器件和新型绝缘材料与工艺为核心技术分支的技术分解表,分析其技术发展演进路线,并从全球该领域专利申请趋势、专利布局区域分布、专利技术构成和主要申请人等维度进行统计分析,同时还分析重点专利技术和中国重点企业专利。最后,对新能源汽车高压充电技术的发展提供建议,助力中国新能源汽车高压充电技术的高质量发展。

1、新能源汽车高压充电技术研究现状
新能源汽车高压充电系统涉及电力传输的供电网、充电桩和电动汽车,充电方式有便携式充电、家用固定充电和公用固定充电,充电模式有交流充电和直流充电。目前新能源汽车市场上的充电系统平台电压多为400V,而800V的新能源汽车充电系统平台可通过提高系统电压,利用高压平台快充,显著缩短充电时间。
新能源汽车800V充电系统平台是解决里程焦虑与充电慢的主流选择,且能够兼容现有的充电系统平台。保时捷在2019年就率先量产了800V高压平台的车型Taycan,大众也推出支持800V的纯电轿车,奔驰的MMA架构和奥迪的PPE平台也支持800V充电2020年,韩国现代汽车发布的E-GMP平台采用800V电气架构,能够将400V提升至800V快速充电。随后,中国的比亚迪、吉利、广汽、长安、理想、小鹏等新能源车企也相继发布了800V高压平台架构。此外,美国密歇根州沃伦通用汽车公司提出了可重构400V/800V架构,利用400V至800V可重构电池组合高压总线,以提供所需的性能、效率和充电灵活性,同时在所有电源转换器、逆变器和储能系统之间提供兼容接口,并进行仿真和测试数据。此外,面对配备400V电池的新能源汽车不能在800V下使用350kW超快速直流充电器的问题,该公司还提出了新颖的可重构电池方案和低损耗开关电路,可在正常的400V推进模式和800V按需快速充电之间转换,该用于新能源汽车800V直流快速充电的按需电池重新配置使客户能够按需更快地充电图。韩国的新能源汽车和自动驾驶车辆组件供应商HLMando,针对新能源汽车的高电压电池,车辆到电网和车辆到负载需要双向车载充电机(OBC)这一技术问题,研发了用于800V电池系统中OBC电路的LLC/CLLC双向DC-DC转换器,进而满足高电压要求。美国得克萨斯大学奥斯汀分校半导体电力电子中心提出一种新颖的三相、三电平、隔离式双向AC/DC转换器,利用该三相隔离式AC/DC充电器能够使400V或800V工作电压下具有几乎相同的超高效率。
新能源汽车高压充电系统平台(见图1)的实现方式主要有升压和电池串并联,其中升压涉及电机绕组集成升压和DC-DC升压。电压提升主要涉及适配新能源汽车“大三电”电池、电机、电控和“小三电”车载充电机(OBC)、高压控制盒(PDU)、DC-DC转换器。供电网主要涉及有电力网、风力供电和光伏供电。高压桩端主要涉及单相交流充电、三相交流充电和直流充电。高压车端主要涉及800V动力电池系统和400V动力电池串并联系统。800V动力电池系统在全系800V下可直接进行800V高压充电桩的充电,并以电驱升压或DC-DC升压或400V动力电池串并联兼容400V。在仅800V直流充电的800V动力电池系统中,需要利用DC-DC转换器降压以适配400V,或者通过串并联动力电池以适配400V或800V,从而通过上述电力供应传输可实现400V与800V高压平台的兼容。

各主流车企相继提出新能源汽车高压充电平台,致力于研发新能源汽车高压充电的技术,而针对新能源汽车高压充电技术专利发展态势和我国对该领域发展对策的研究较少。所以,本文从新能源汽车高压充电技术相关专利出发,详细分析该领域技术发展演进路线,并对中国新能源汽车高压充电技术发展提出建议。
2、研究方法
2.1技术分解
新能源汽车高压平台需要更高要求的电动汽车标准,包括动力电池系统,适配的电力电子元器件,以及电缆等部件。结合新能源汽车高压充电系统平台的构成和专利检索结果,将新能源汽车高压充电技术划分为三级,电力供应和适配的材料为一级分支,主要核心技术为二级分支,适配各核心技术分支的不同升级技术手段为三级分支,形成的技术分解如表1所示。

2.2数据来源
鉴于新能源汽车高压充电技术所涉及的IPC分类号较多且分散,为确保分析数据的全面性,本文采用中国专利智能审查和检索系统中的CNTXT、ENTXT、ENTXTC和DWPI数据库,利用新能源汽车高压充电领域的IPC/CPC分类号和关键词构造检索式进行检索,并在上述基础上,人工对检索结果进行标引、筛选去噪及同族专利合并去重。截至2024年12月18日,获得全球新能源汽车高压充电技术相关专利11255项,以此专利文献样本分别从申请趋势、技术原创国和目标国及技术流向、核心技术分支构成,以及主要申请人核心技术分支分布和国内申请人类型分布等方面进行分析。
3、专利申请态势分析
3.1专利申请趋势分析
全球及中国新能源汽车高压充电技术相关专利申请趋势如图2所示。可以看出,国外对新能源汽车高压充电技术的研究较早。2009年以前,全球相关专利申请主要由国外贡献,年申请量均为200项左右,研究相对平稳,而中国的研究较少,该技术在全球处于发展初期。2009一2010年,中国对新能源汽车高压充电技术的研究出现增长势头,这主要得益于我国相关政策的支持。自2009年起,中国对新能源汽车实施了一系列免税政策,进而激发国内相关车企对新能源汽车高压充电技术的研究热情。

2010—2020年,国内外对新能源汽车高压充电技术的研究稳中有进,增长相对平稳,表明该技术的发展遇到技术瓶颈,处于缓慢发展期。新能源汽车高压充电技术从2020年开始进入快速发展期,表明该技术取得一定突破,如碳化硅功率器件的适配应用等技术的突破。同时,国务院颁发的《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》等政策Ⅱ-21以及各地方相关政策进一步促进了该技术的发展。自2020年起,中国新能源汽车高压充电技术相关专利年均增长100项左右,呈现出迅猛发展的势头。近几年,由于高压电气架构、电机、电控、碳化硅(SiC)半导体和新型绝缘材料与工艺等方面的革新,推动了新能源汽车高压充电技术的创新,加速了该领域的发展。需要说明的是,由于发明专利自申请日起满18个月公开这一制度,2023一2024年的申请量数据仅供参考。
3.2专利布局区域分析
新能源汽车高压充电技术主要原创国7地区和目标国/地区分布如图3所示。图中表明,该技术的原创国和目标国均主要集中在中国、日本、美国、德国和韩国,这也与各国相关车企的分布是一致的。从各国在主要原创国/地区和目标国/地区的占比来看,日本、美国和德国在国外的专利布局较多,而中国和韩国则成为国际布局的主要目标市场。

从图4的主要技术原创国/地区一主要目标国/地区流向可以看出,各技术原创国都在本国进行了大量专利布局,这与各国在很大程度上对本国技术进行保护的政策相一致。国外专利布局方面,中国作为排名第一的技术原创国,国外专利布局较少,仅在世界知识产权组织、美国和欧洲专利局进行了少量布局。排名第二的技术原创国日本,在世界知识产权组织、美国和韩国进行了大量布局,在德国、中国和欧洲专利局也有一定量的布局,可见日本对新能源汽车高压充电技术具有全球布局意识。排名第三的技术原创国美国,在世界知识产权组织、日本、中国、欧洲专利局、德国和韩国也具有一定数量的专利布局,表明美国车企的全球专利布局意识较强。排名第四的技术原创国德国,也在美国、中国、世界知识产权组织、欧洲专利局、日本和韩国进行了专利布局,表明德国车企同样具有较强的全球专利布局意识。排名第五的技术原创国韩国,国外专利布局较少,在美国、世界知识产权组织和中国进行了少量布局,全球布局意识较为薄弱。

此外,日本、美国、德国和韩国都在中国进行了专利布局,可见新能源汽车高压充电技术在中国存在潜在市场,且市场份额较大,这也激发了国内车企的技术创新意识,促使我国车企不断地技术革新,以适应国际竞争的冲击。我国车企在技术创新突破的同时,也应注重海外专利布局,不断提升我国新能源汽车高压充电技术的国际地位,并扩大相应的市场份额。
3.3专利技术构成分析
新能源汽车高压充电技术各核心技术分支的申请趋势如图5所示。2009年以前,全球对新能源汽车高压充电各核心技术分支的研究相对平稳,各核心技术分支处于发展初期,这与全球整体专利申请趋势相符。2010年,动力电池和驱动电机与电控两个核心技术分支的申请量出现明显增加,这主要得益于我国相关政策的支持,我国激增的申请量导致全球上述两个核心技术分支申请量突增。2011—2020年,各核心技术分支的发展相对平稳,且较为缓慢,处于攻克各项技术瓶颈的时期。2020年以后,高压平台、动力电池和驱动电机与电控三个技术分支增长迅速,同时,热管理、碳化硅(SiC)半导体器件和新型绝缘材料与工艺三个技术分支发展也较快,这得益于各核心技术分支对技术瓶颈的突破,从而整体上使新能源汽车高压充电技术进入高速发展时期。

从各核心技术分支专利申请量占比(见图6)可以看出,占比排名前三的是驱动电机与电控、动力电池和高压平台三个技术分支,这与车企在进行整车集成时,对上述三个分支投入较多是相符的。在热管理、碳化硅(SiC)半导体器件和新型绝缘材料与工艺三个技术分支上,车企投入相对较少,更多的是直接使用上游半导体厂商产品。因此,车企可加强与新能源汽车高压充电技术的产业链上游企业合作,并专注于擅长的整车集成,进而加快生产,降低成本。

3.4主要申请人分析
新能源汽车高压充电核心技术分支的全球主要申请人分布如图7所示。可以看出,高压平台的专利申请人以国外的传统车企(如大众、宝马和现代)为主,国内企业主要是比亚迪和蔚来,我国车企对高压平台的研究发展空间依然巨大。对动力电池研究较多的是大众、宝马和宁德时代,可见我国宁德时代在动力电池方面的研发能力不容小觑,作为提供解决方案的华为也有一定量的研究,其专利保护先行于产品,这也与其合作车企推出的新能源车型市场份额迅速攀升相符合。驱动电机与电控的专利申请人主要以日本的电装公司为主,这也是该公司长期深耕于该核心技术分支的结果,同时也表明我国相关企业在该技术领域仍有较大发展空间。鉴于在整车集成时,新能源汽车高压充电对整车部件的热管理至关重要,否则容易出现安全隐患,作为整车集成企业的比亚迪在热管理技术上的研究较多。此外,在碳化硅(SiC)半导体器件和新型绝缘材料与工艺两个技术分支上,主要申请人包括日本的富士电机、住友电工和德国的英飞凌,国内则主要以电子科技大学和西安电子科技大学为主,国内车企在整车集成时,面对上述两个技术分支的研发,可考虑与相关高校进行合作,降低研发成本。

近儿年,中国对新能源汽车高压充电技术的研究创新突飞猛进,图8为中国申请人类型分布。中国申请人中91%为企业,表明中国车企,尤其是新能源车企,对该领域的研究投入较大,这与中国新能源汽车市场繁荣以及国家政策支撑有着密不可分的关系。中国申请人中高校占6%,高校主要以国家经费支持为驱动,中国车企可加强与高校的产学研合作。

4、新能源汽车高压充电技术发展演进
根据对新能源汽车高压充电技术的分解,二级技术分支包括高压平台、动力电池、动力电池、驱动电机与电控、热管理、碳化硅(SiC)半导体器件和新型绝缘材料与工艺等六个分支。同时,结合新能源汽车高压充电技术的国内外专利申请趋势,以技术萌芽期(2005—2009年)、技术缓慢发展期(2010—2019年)、技术快速发展期(2020年至今)划分技术发展阶段,且考虑保护范围和技术的稳定性与先进性,以人工阅读专利技术方案的方式筛选出各二级技术分支在各发展时期的典型专利,从而绘制新能源汽车高压充电技术演进路线,如图9所示。高压平台涉及电动汽车电机、电池、电控、空调和DC-DC电压转换等电气系统全域、局部或单快充支持800V充电。驱动电机将电能转化为机械能,并通过高电压驱动新能源汽车电机,在新能源汽车高压电气架构下,驱动电机需要承受更高的电压,从而输出更大的功率和扭矩。动力电池是电动汽车储能且可再充电的供能装置,涉及高电压电池包和电池管理。电控系统负责监控电动汽车整车动力系统的运行,且电机控制器可对驱动电机进行精确控制。新能源汽车高压充电技术对热管理系统具有更高的要求,热管理系统负责控制和调节电动车各部件温度,并通过风冷和液冷(含水冷和油冷)等冷却系统进行高效散热。碳化硅(SiC)半导体器件具有耐高压、低损耗等特性,碳化硅功率器件是构建新能源汽车高压平台的关键,也是新能源汽车高压充电技术平台的优选功率器件,能够提升新能源汽车高压平台的整车效率。同时,新能源汽车高压充电技术需要对绝缘材料的改进,以及对绝缘结构和工艺的改进,进而适配新能源汽车高压充电。

4.1、核心技术分支专利分析
4.1.1高压平台
现代汽车公司在2006年提出了新能源汽车上的高压电气架构(KR1020080054292A)。2010—2019年,宝马、保时捷、华为、现代先后对电动汽车的高压平台电气架构进行了相关研究,并分别提出了涉及高压平台电气架构的专利(DE102016207272A1、US10131239B2、EP3560749A1、KR1020190010786A)。针对高压平台的升压,华为2021年提出利用桥臂、电感构成电升压转换电路以实现800V充电(CN215793212U)。同时,小鹏提出通过一级升压和二级升压的阶段升压方式,从而升压至电动汽车所需的高压(CN113581006A)。高压平台的升压转换,从单一升压逐步向多级升压演变。
4.1.2动力电池
2005年,丰田汽车提出利用升压转换器对电池的直流电压进行升压(JP2010247725A)。2017年,大众研究了动力电池的放电(US20190299799A1)。丰田汽车在2019年还提出了串并联电池系统,使用多个开关切换多个电池模块的串并联连接模式,从而适配800V的高压充电(EP3514916A1)。2021年,国家电网提出大功率均衡电池管理系统,对锂电池进行智能化管理(CN113922438A)。2024年,宁德时代对动力电池进行进一步研究,提出包含开关控制的电池管理系统,能够降低成本,从而提高电池管理系统的合理性(CN221585203U)。动力电池正从简单的电池充放电管理向低成本的电池管理系统演变。
4.1.3驱动电机与电控
2005年,日立提出旋转电机的驱动与控制方法(JP2006158174A),菲尼克斯提出三相电机的驱动与控制方法(DE102005036777A1),都是对电机操控的精确控制。2015年,丰田汽车针对驱动电机与电控提出用于混合动力车辆的电控系统,以降低故障发生(JP2016124496A)。2019年,电装公司提出电机驱动能力可调节的栅极驱动方法,进而对电机驱动进行改进(WO2020075500A1)。2022年,一巨自动化装备提出利用高压滤波模块、电容模块与外部直流母线电连接以构成Boost升压回路,以扩展电机控制器功能(CN219029137U)。驱动电机与电控已然从电机驱动精确操控向兼容低故障、扩展电机控制器功能等技术演变。
4.1.4热管理
韩国电信在2007年提出二次电池用电池隔板,能够对电池进行绝缘和冷却(US20070178377A1)。2010年,克雷萨尔提出液体冷却的制动电阻,从而有助于电动车的热管理(GB2478547A)。蔚来于2018年提出电动车充电热控制技术,提高了电动车冷却能力,提高了电池的充电速率并延长了电池的寿命(US20190299790A1)。此外,华为在2021年提出了通过制冷系统中的热管理模块控制直冷模块,能够提升充电桩的换热系数,实现充电桩的快速散热(CN114111131A)。2023年,武汉神动汽车电子电器提出高压800V热管理系统,各部件通过管路和冷却液电磁阀组连接成一个整体,提高了整车使用性能(CN116945846A)。热管理正从隔热处理向液冷处理,以及对液冷高效操控的技术演变。
4.1.5碳化硅(SiC)半导体器件
住友电工提出用于汽车高压的半导体(JP2005317828A)。随后,电装公司和丰田汽车合作在2016年提出碳化硅半导体器件及其制造方法,使碳化硅半导体器件的击穿电压可以固定(JP2018006628A)。2017年,英飞凌提出半导体器件和操作半导体器件,以适配电动汽车高压平台的半导体器件改进(US20180138169A1)。2022年,Genesic半导体公司提出高性能碳化硅功率器件(US11482599B1),派恩杰半导体提出高压碳化硅功率模块(CN217903111U)。2023年,扬州扬杰电子提出碳化硅功率场效应管(CN220672588U),深圳辰达半导体提出车规级SiCMOSFET(CN117594657A),浙江极氨智能联合威睿电动汽车技术和浙江吉利控股集团共同提出碳化硅功率模块结构(CN222073004U),这些都是为适配高压电动车的车规级碳化硅功率器件,极大促进了800V高压电动车产业的发展。碳化硅半导体器件从性能出发向车规级碳化硅半导体器件演变。
4.1.6新型绝缘材料与工艺
特兰斯夫公司在2009年提出具有场板的半导体器件,使绝缘体可以具有精确控制的厚度(US20110049526A1)。2013年,日立提出具有绝缘材料的功率半导体器件,可以实现功率半导体模块的高导热性和高黏附性能(WO2013088870A1)。2015年,富土电机提出绝缘功率半导体器件制造方法,能够防止集电极与栅极的短路,进而防止垂直半导体开关被击穿(JP2017059665A)。2019年,住友电工提出用于车辆上密封半导体元件的密封组合物,可使半导体具有较低的介电损耗和能量损耗,从而能够承受800V高压(JP2020158684A)。2022年,中国第一汽车提出的整车高压线束工艺(CN114844371A),由法雷奥和西门子共同提出的绝缘电压转换器(FR3143946A1),都是对电动汽车所涉及的新型绝缘材料与工艺进行改进,从而满足电动车的绝缘工艺要求。力神(青岛)新能源在2023年提出高压绝缘电阻检测装置,可有效保护低压电路免受高电压影响,且适用于对绝缘检测要求高的新能源汽车(CN221039243U)。新型绝缘材料与工艺以材料为基础,以工艺为手段,从绝缘体向高压绝缘工艺演变,从而匹配高绝缘性能需求。
4.2重点专利技术分析
根据对新能源汽车高压充电技术专利的统计分析,并结合技术演进路线图中的专利,分别从专利文献的被引证次数和涉及的同族数量两个维度表征专利文献的重要程度。表2为梳理统计的重点专利文献,主要涉及电力供应和材料等方面的改进,且电力供应和材料在新能源汽车高压充电技术发展演进中研究活跃度较高。
国外方面,保时捷、宝马、大众、现代等传统车企,深耕电机领域的电装公司,以及英飞凌等半导体厂商对新能源汽车高压充电相关技术研究较早。其中,US10131239B2涉及电动车充电的电源变压器,包括电流隔离的次级绕组、整流器模块的DC转换。US20190299799A1涉及针对800V范围内的直流电压,通过控制开关将多个电池单元切换为串联或并联。KR1020190010786A公开了对电动汽车800V高压电池的充电技术,通过电压转换器将升压转换的电压用于对新能源汽车800V高压电池充电。DE102016207272A1涉及电动车充电操作串并联开关的可切换存储系统,以进行800V充电。JP2005317828A公开了高电压车载电源转换半导体器件,从而驱动汽车在高压下工作。WO2020075500A1涉及电机驱动能力可调节的栅极驱动电路,能够控制开关元件的浪涌电压,并降低其导通损耗。US20180138169A1通过电压转换等器件所适用的半导体器件,有助于电动汽车高压平台架构的构成。
国内方面,比亚迪等传统车企,以及华为、小鹏等新势力车企对新能源汽车高压充电相关技术研究虽起步较晚,但发展迅猛。其中,EP3560749A1公开了通过控制开关组件,进而控制充电桩模组通过串联或并联的方式实现对高压充电车辆充电。CN111355429A提出在不增加额外升压充电模块和加热模块的基础上,实现扭矩输出、动力电池充电和动力电池加热的协同控制。CN113581006A涉及通过获取充电桩的绝缘检测输出电压,以进行快充,或者对电池组进行一级升压充电或二级升压充电。

4.3中国重点企业专利分析
根据前述新能源汽车高压充电技术专利申请统计分析,中国在该领域开展研究的重点企业涉及比亚迪和华为。以下进一步进行重点企业的重点专利分析。
比亚迪的e3.0平台为新能源汽车800V高压架构平台,并已有与之相关的专利申请。其中,CN112248842A和CN209170085U为对高压平台中升压电路的改进,通过复用逆变器的三相桥臂和电动机的三相绕组,进而构成升压电路以实现升压。CN118738750A和CN220021397U通过优化电池包的结构来提高动力电池在高温下的安全性。CN118596880A利用电机转速波动和电机防抖扭矩之间的比例关系,对驱动电机实施控制从而防止电机抖动。EP2853003B2、US9156371B2和US9308828B2都是对电动汽车电池组的加热控制,从而实现电动汽车热管理技术的改进。综上可知,比亚迪的技术改进主要集中于高压平台的升压、动力电池、驱动电机与电控和热管理系统等技术分支。同时,比亚迪海外布局较少,后续可加强相关核心技术的海外布局。
华为的AI闪充高压平台是新能源汽车高压充电技术的全栈高压平台解决方案。其中,EP4461585A1、WO2024197853A1和US11715959B2是对高压平台升压进行的改进,进而实现电动汽车的快速充电。US20230015227A1和CN116683559A通过优化电池管理系统,进而适配800V高压平台。US20230075867A1和CN118833063A对驱动电机与电控进行改进,提升了防故障能力。WO2023173335A1为碳化硅功率器件的改进,通过将欧姆合金设置于接触孔的表面,且欧姆合金接触外延层,有利于电流导通以及提高器件散热能力。综上可知,华为专注于提供各核心技术分支的解决方案,尤其是在碳化硅功率器件方面有海外布局,有利于其整车集成的全链条发展,推出的800V新能源汽车高压充电技术也能够快速得到市场消费者认可。
5、结论及发展对策
5.1结论
本文以全球新能源汽车的高压充电技术相关专利为样本数据,分析了全球该领域专利申请趋势、专利布局区域分布、专利技术构成和主要申请人,分析了高压平台、动力电池、驱动电机与电控、热管理、碳化硅(Sic)半导体器件和新型绝缘材料与工艺等六个核心技术分支的发展演进路线,以及重点专利技术和中国重点企业专利。
经分析发现,新能源汽车高压充电技术目前处于高速发展时期,发展前景较好,且该领域在未来一段时间内仍将高速发展。日本、美国、德国不仅在本国进行专利布局,还比较注重国外的专利布局,中国拥有较大市场,是其他国家专利布局的主要目标国。中国和韩国国外专利布局较少,主要集中于本国布局。中国该领域主要专利申请人以企业为主,比亚迪、华为等公司作为中国企业在800V充电领域的先行者,虽具有一定数量的专利布局,但还应注重海外专利布局,为自身产品出海保驾护航。
5.2对策建议
(1)加快构建共生体系,推动产业链全面升级。新能源汽车高压充电技术涉及供电网、高压桩端和高压车端。供电网可通过风光储能等能源以减轻电力网的供电负荷压力。高压桩端可从800V驱动单个模块功率升级,桩端由风冷系统向噪声小、可靠性高的液冷系统升级热管理,以及优化充电桩和功率池化以缓解充电整机充电供需不平衡的矛盾。高压车端涉及高压电气架构平台、驱动电机与电控、动力电池。高压电气架构平台对功率器件、高压熔断器、高压直流继电器、薄膜电容和高压连接器的需求大幅提升,应加快碳化硅功率器件等高压车端零部件国产化。由于碳化硅功率器件的衬底和外延尺寸小、导通电阻低、能量损耗低,新能源汽车高压平台采用碳化硅半导体可以带来更好的能耗和性能。驱动电机与电控方面,需要对驱动电机进行扁线升级,并将电机热管理由风冷向油冷升级,同时车企应提高驱动电机与电控的自供比以降本增效。动力电池方面,应对电池导锂能力材料升级,且以固态电池为主要发展方向,并提升电池管理系统和热管理效果。因此,应强化企业之间的合作,促进整车集成、材料与工艺、车规级耐高温高压零部件等相关技术创新,进而打造多样化共生体系。同时,企业可向上下游延伸,补强自身产业链,并加快完善新能源汽车高压充电技术标准体系建设,进而加快构建共生体系,实现协同促进核心技术突破,全面推动产业链升级。
(2)持续激发创新活力,加强产学研合作。中国新能源汽车高压充电技术相关专利申请尽管有所增长,但仍需要持续激发创新活力。结合国家对新能源汽车高压充电领域的战略规划,进一步优化资源配置,使新能源汽车高压充电网络建设更加科学化、精细化,进而激发创新活力。同时,应加强省市对国家相关政策的落实,共同发力对高压充电网络的建设,并强化区域产业布局战略规划,推动企业结合各级政策战略规划转型升级,形成区域聚集发展,着力引导创新主体积极创新。国家和地方应加大对新能源汽车高压充电的政策扶持,通过出台相应政策,鼓励企业对高压充电关键技术的创新,并加快配套基础设施建设,进而推动高压充电网络的高质量建设。同时,加强产学研合作,尤其是碳化硅半导体器件等核心技术的研发,应充分利用电子科技大学和西安电子科技大学等高校在核心技术的理论研究储备,通过与高校合作开发机制,促进创新主体对核心技术的突破,并缩短对部分核心技术的研发投入时间,进而降低研发成本,最终推动新能源汽车高压充电技术快速发展。
(3)加强专利布局策略,提升核心竞争力。中国针对新能源汽车高压充电技术的研究正处于高速发展时期,然而经分析发现,已进行专利布局的车企较少,且主要在国内进行专利布局,在海外进行专利布局的更少。企业专利布局应先行于产品,提升产品知识产权保护意识,有必要围绕自身产品、行业标准必要专利和竞争对手核心专利等方面进行高价值专利挖掘和布局。加大劣势核心技术的研发投入,强化自身优势核心技术,真正做到强链补链,并培育高价值专利,提升核心技术专利申请质量,以及通过巴黎公约、专利合作条约(PCT)等途径向海外进行专利布局。海外专利布局时,应重点考虑自己的目标市场、目标市场风险排查和专利风险规避防控等因素,对研发成果进行全方位的保护。同时,针对新能源汽车高压充电中高压平台、动力电池、驱动电机与电控、热管理、碳化硅(SiC)半导体器件和新型绝缘材料与工艺等核心技术分支,促进专利转化运用,不断提升核心竞争力。通过加强专利布局策略,筑牢优势核心技术产品专利壁垒,并加快优势核心技术分支高价值专利转化应用,进而促进自身核心竞争力的提升,最终形成强有力的国际竞争优势。
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