太阳能汽车空调专利现状及发展趋势分析

季红军，谢晶，王金锋

（1-国家知识产权局专利局材料工程发明审查部，北京　100088；2-上海海洋大学食品学院，上海　201306）

太阳能汽车空调专利现状及发展趋势分析

季红军1，谢晶*2，王金锋2

（1-国家知识产权局专利局材料工程发明审查部，北京100088；2-上海海洋大学食品学院，上海201306）

随着能源危机加剧，各国对环境保护日趋重视，太阳能汽车空调技术已经成为汽车空调的必然发展方向。文中基于我国太阳能汽车空调专利申请情况，分析了主要技术、高产专利权人的研究重点，并对我国太阳能汽车空调的发展趋势进行了分析。

太阳能；汽车空调；专利；发展趋势

0　引言

环境保护和能源的有限性是人类可持续发展过程中面临的长久问题，制约着当今世界经济的发展。而太阳能作为可再生能源之一，随着能源供应的日趋紧张，环境对可持续发展提出了新要求，受到各国政府的高度重视。由于传统的汽车空调的动力来自汽车发动机，空调制冷系统工作时，蒸汽压缩式制冷压缩机消耗功率大约占输出功率的5%～20%［1］，因此，寻找新途径降低汽车能耗尤其是空调能耗具有重大意义，对太阳能技术的研究和利用也得到了广大的关注和充分的肯定。

本研究运用国家知识产权局专利检索与服务系统中的CPRSABS 数据库作为检索库，运用统计与回归分析，技术领域共现分析和高产专利权人分析，对我国太阳能汽车空调的技术现状进行研究，并对其发展趋势进行分析和预测，以期对我国太阳能汽车空调科研人员及制造企业提供一定的指导。

1　检索手段与样本选取

本文选取国家知识产权局专利检索与服务系统中的CPRSABS 数据库作为检索库，对1985年至今在中国申请的关于太阳能汽车空调技术的专利文献进行统计分析，研究了申请量年度变化、专利申请类型、主要申请人、主要技术内容等做出归纳总结，分析了该领域的技术创新的发展趋势。

检索重点考虑采用太阳能汽车空调（包括太阳能、半导体、热电、汽车、车辆、太阳能电池、充放电控制、天窗空调、余热、蒸汽压缩式、吸收）等进行限定，结合空调、空气调节等关键词，共获得378篇中文专利申请（截至2015年1月15日），由于2013、2014年的部分专利申请还没有完全公开或者公布出来，因此2013年和2014年的数据存在部分失真现象。

2　结果与分析

2.1专利申请量

相比其他领域，太阳能汽车空调领域是新兴行业，处于起步阶段，申请量还比较少，只有378件。通过太阳能空调专利申请数量分布曲线图如图1所示，太阳能空调专利申请可划分为四个阶段，第一阶段（1985～1990年）为未探索期，该阶段没有一件太阳能汽车空调相关的专利申请，科研工作者及企业还没有认识到太阳能汽车空调；第二阶段（1991～2003年）为萌芽期，该阶段陆续出现太阳能汽车空调专利的申请，尚处于低速发展阶段；第三阶段（2004～2008年）为高速发展阶段，太阳能汽车空调专利申请数量达到两位数的增长；第四阶段（2009～2014年）为飞速发展阶段，尤其是2011年的年专利申请量接近50件，个人，企业，高校及科研机构都重视太阳能汽车空调的研究。

图1　太阳能空调专利申请数量分布曲线图

2.2申请人构成

378件专利申请中，个人申请163件，企业申请119件，高校及科研院所97件（有共同申请人）。如图2所示，个人、企业、高校及科研院所形成三足鼎立的现状，都处于太阳能汽车空调研究的起步探索阶段。笔者发现，除了奇瑞汽车股份有限公司还没有一个申请人在太阳能汽车空调领域的专利申请量超过10件，申请量都较少；各个申请人的申请量非常均匀，说明这是一个刚刚受重视的领域，许多申请人都想进入这个领域，占据自己有利的地盘。从申请人国别来看，大部分都是大陆申请人。境外申请主要是香港3个、台湾2个、日本1个、美国1个、奥地利1个。

图2　太阳能汽车空调申请人构成

3　技术统计及分析

目前，汽车上的太阳能空调主要是将太阳能所转换的电能用于空调。太阳能电池安装在汽车天窗上用以发电，产生的电能用于辅助汽车空调工作。根据电能的利用方式不同，其制冷方式主要有两种：一种是利用电能带动压缩机工作制冷，另一种是将产生的电能应用到半导体制冷。笔者对378件专利申请分析，这些太阳能空调专利申请主要涉及以下四个技术内容：汽车空调用太阳能电池，太阳能半导体空调，太阳能天窗空调及利用太阳能热能结合余热驱动的汽车空调系统。

3.1汽车空调用太阳能电池

大部分太阳能汽车空调的主要原理是利用光电转换原理，将太阳能转换为电能，通过连接半导体制冷片使其工作。因此，太阳能电池的光电转化效率对太阳能汽车空调产生直接影响。汽车太阳能电池的根本目的在于减轻自身重量和提高单位面积的发电量。如果光电效率低，势必会提高太阳能及热板的面积，从而提高自身重量影响太阳能汽车空调的效率。

笔者在检索过程中发现，如果以太阳能及电池作为关键词，存在大量的专利文件，考虑到分析的可行性，笔者选择了在汽车领域运用的太阳能电池专利文件作为分析对象。在378件专利申请中，共有113件专利申请技术内容涉及太阳能汽车空调电池，研究内容包括太阳能电池的材料、电池板的结构、电池板在汽车中的安装、电池板的充放电等。

3.2 太阳能半导体空调

有70件专利文件涉及太阳能半导体空调，主要在改善半导体制冷材料的性能、半导体空调的恒温控制、半导体汽车空调的结构等方面进行了研究。太阳能半导体空调是利用太阳能电池上产生的电能，通过充电电线输送到车内的蓄电池，蓄电池提供稳定的直流电能输送给轿车厢内的半导体空调，实现车厢制冷。

3.3太阳能天窗空调

有26件专利文件涉及太阳能天窗空调，该技术从2005年开始才进入发展阶段，主要涉及天窗电池板和通风降温等方面。利用太阳能电池所产生的电力，经过控制系统来驱动风扇，将车厢外的冷空气导入车内，驱动车内热气，达到降温的目的。

3.4利用太阳能热能结合余热驱动的汽车空调系统

汽车发动机会排放大量的余热，目前汽车发动机做功的效率最高可达49%，但仍有51%甚至更多的能量以废热的形式排放到环境中［2］。汽车空调可以利用这些余热以及太阳能热来驱动吸收式、吸附式、喷射式或除湿空调来达到汽车内部环境的舒适性要求。有44件专利申请涉及该领域，由于吸收式制冷发展得比较成熟，主要还是太阳能结合余热来驱动吸收式制冷空调。

3.5高产专利权人

笔者在统计中发现，由于太阳能汽车空调是最近几年才比较热门的研究方向，因此各个申请人的专利申请量都不多，最多的奇瑞汽车有限公司有13件专利申请，河南速达电动汽车科技有限公司、浙江吉利汽车研究院有限公司分别有8件、7件专利申请，其他企业和个人的申请量都比较少。因此，下面主要对这3家企业的研究重点作出统计分析。

3.5.1奇瑞汽车有限公司

作为自主品牌的领军者，奇瑞十分注重维护自身的知识产权利益。早在2006年就开始了太阳能汽车空调方面的专利申请，目前共有13件专利申请，主要涉及太阳能电池［3-4］及车用空调方面。2011年主要对太阳能电池的复合材料及其制作方法进行了研究，2014年对太阳能电池的汽车空调的控制系统及控制方法进行了研究。奇瑞还对太阳能天窗空调进行了研究，2013年申请了两件实用新型专利［5-6］。2014年申请了一件发明专利申请［7］，主要关于太阳能天窗对车厢内温度调节装置，太阳能天窗上安装太阳能电池板，给半导体空调输入电压，实现车厢内的温度调节。

3.5.2河南速达电动汽车科技有限公司

河南速达电动汽车科技有限公司隶属速达交通集团，主要从事新能源纯电动汽车整车及配套汽车零部件的研发、生产与销售，该公司非常注重创新，注重通过知识产权来维护自身的利益。起步不到两年，2012年就开始申请太阳能汽车空调方面的专利，目前共有8件专利申请，主要涉及纳米太阳能电池方面。2012年申请的专利主要涉及该纳米太阳能充电电池及其管理控制系统［8-9］，2013年申请的专利涉及该纳米太阳能电池运用到汽车中的空调装置［10］。

3.5.3浙江吉利控股集团有限公司

浙江吉利控股集团有限公司依靠其灵活的经营机制和持续的自主创新，取得了快速的发展。吉利积极在太阳能汽车空调方面申请专利保护，目前共有7件专利申请。2010年开始申请太阳能汽车空调相关专利，主要涉及利用太阳能给汽车的供电系统，2011年开始涉足太阳能电池板与汽车的集成［11］，利用太阳能产生的电能给汽车实现制冷，2012年主要涉及车厢温度的控制［12］，2013年主要涉及汽车太阳能辅助电力系统［13］，可以利用汽车太阳能蓄电池来驱动汽车空调和点亮车内照明灯，从而有效降低汽车的能耗，还对半导体制冷在汽车空调中的运用进行了研究。

4　太阳能汽车空调发展趋势

本文对我国太阳能汽车空调技术的专利申请进行了详细的分析，目前该领域的发展正呈现出萌芽状态，发展势头良好。目前，专利申请体现出的是对太阳能电池与整个汽车空调的匹配上研究的比较多，比较深刻，但是对太阳能电池的核心技术，半导体制冷的核心技术研究的甚少，一方面各企业的技术研发团队缺乏创新精神，另一方面企业有市场风险的考虑。笔者认为，企业重点要做好以下几方面，太阳能汽车空调才有很大的发展空间。

1）加强太阳能蓄电池的研究。由于太阳能汽车空调，无论是利用电能带动压缩机工作制冷，还是将产生的电能应用到半导体制冷，太阳能电池都会起关键性的作用。目前普遍使用的太阳能电池的光电效率最高为17%［14］，这直接制约了汽车空调的发展。由于光电转化效率越低，在相同的功率输出情况下，所需的太阳能电池的面积越大，这非常不利于太阳能半导体制冷系统的小型化，制约其发展。最近有报道，德国研制的“N”型单晶硅太阳能电池的效率达到了23.4%，结晶硅太阳能电池的最高效率可达25%［15］，而多层太阳能电池的转化效率高达41.1%，几乎是传统单晶硅太阳能电池转化效率的两倍［16］，而我们国家并没有研究出这么高转化率的电池。我们国家的太阳能汽车空调厂家应该在太阳能电池研究方面多下功夫，形成有自主知识产权的高效太阳能电池。

2）加强半导体制冷系统的研究。从理论分析和结构上来看，半导体制冷在太阳能汽车空调有广泛的应用前景。但是，目前半导体制冷不能深远推广，重要原因是其制冷效率COP比较低，一般为0.2～0.3，较低的制冷效率COP严重影响了半导体制冷的推广［17］。半导体制冷系统效率较低的主要原因在于半导体制冷材料热电转化效率不高。太阳能汽车空调厂家应该在跨学科领域尤其是材料学方面加大研究投入，寻找更理想的半导体制冷材料，提高系统COP。同时，可以在整个系统结构上进行实验，通过强化冷热端的换热来提高半导体的制冷效率COP，设计出高效率的汽车用半导体制冷空调装置。

3）进一步深化汽车太阳能天窗空调技术的研究。汽车太阳能天窗空调要和太阳能蓄电池的研究、半导体制冷系统的研究有机结合，利用太阳能天窗研究出价格低、与现有空调技术结合应用简单的汽车空调。

4）太阳能热能与发动机余热结合驱动吸收式制冷装置的研究。吸收式制冷机以其稳定可靠，技术成熟在太阳能空调中得到最广泛的使用［18-23］，因此，可以在现有吸收式制冷机基础上结合太阳能天窗空调开发出高效的太阳能热能与发动机余热结合驱动吸收式制冷装置，尤其是小型的车用太阳能热能与发动机余热结合驱动吸收式制冷装置。

5　结论

太阳能利用技术是汽车空调的发展趋势，国内的各大汽车制造商应该抓住机遇，在太阳能汽车空调上进行创新研究，申请大量高水平的专利，形成有自主知识产权的产品。同时，企业要认识到专利技术标准化的重要性，技术标准将逐渐成为专利技术追求的最高体现形式。企业要积极参与国家及国际标准化活动，能够让自己的创新和专利技术融合到国家标准和国际标准中，将专利转化为标准，获得技术优势，从而控制贸易市场。这样也能最大范围地降低创新给企业成本带来的风险。只有这样，太阳能汽车空调技术才能得到质的飞跃。

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［6］奇瑞汽车股份有限公司.太阳能天窗降温系统∶中国，CN201320105787.9［P］.2013-09-11.

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Analysis of the Patent Status and Development Trend of Solar Energy Automobile Air Conditioning

JI Hong-jun1，XIE Jing*2，WANG Jin-feng2
（1-Examination Department of Materials Engineering Invention，SIPO，Beijing 100088，China；2-College of Food Science & Technology，Shanghai Ocean University，Shanghai 201306，China）

Along with the energy crisis，countries pay more and more attention to the environment protection；solar energy automobile air conditioning technology has become the inevitable development direction of automotive air conditioning.Based on the patent applications of solar energy automobile air conditioning in China，the research focuses of the main technology and the main patentee are analyzed.The development trend of solar automobile air conditioning in China is also analyzed.

Solar energy；Automobile air conditioning；Patent；Development trend

10.3969/j.issn.2095-4468.2015.03.201

*谢晶（1968-），女，博士，教授，博士生导师。研究方向：制冷新技术。联系地址：上海市临港新城沪城环路999号食品学院，邮编：201306。联系电话：021-61900353。E-mail：jxie@shou.edu.cn。