新能源汽车充电枪专利技术现状及重要专利分析

摘要：通过对新能源汽车充电枪技术相关专利申请进行分析，统计了相关专利申请趋势、地域分布、主要申请人、技术分支申请量等内容，有助于创新主体把握充电枪技术的整体发展趋势，进而推进充电枪技术的创新和进步。

关键词：新能源汽车；充电枪；专利；技术综述

中图分类号：U469 收稿日期：2024-09-03

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.11.005

1 前言

随着人们节能环保意识的增强，新能源技术得到了快速的发展，新能源汽车行业顺应时代的潮流，成为社会的热点和焦点关注产业。汽车充电枪是一种连接电动汽车与充电站或家用电源的充电设备，能将电能传输到电动汽车的电池中［1］。作为新能源汽车充电的必备设备之一，它与新能源汽车的发展和充电设施的全面推广及普及息息相关，所以充电枪的好坏在一定程度上影响着充电基础设施［2］。

2 新能源汽车充电枪技术现状

截至2023年12月，在himmpat数据库中采用关键词和分类号进行检索，关键词包括：充电、charg+、插头、枪、plug？、gun？、接头、汽车、公交、巴士、的士、vehicle？、bus？？、car？，分类号包括H01R，经过检索，以简单同族统计并筛选后得到全球专利5 090件。

2.1 全球专利申请趋势

从图1分析可以得出，全球新能源汽车充电枪技术的专利申请在2004—2009年间属于萌芽期，专利申请数量较少，在2010—2016年间属于初步发展阶段，专利申请量有所增加，2017—2022年属于快速发展阶段，专利申请量较大，这三个阶段分别与新能源汽车的战略规划期、导入期、成长期三个发展阶段相对应。2023年专利申请量有所下降，这可能是由于市场饱和、技术创新减缓、外部经济因素或政策变化导致的短期影响。总体来看，新能源汽车充电枪技术发展和市场需求目前还是比较强劲的。

2.2 全球专利申请地域分布

图2示出了新能源汽车充电枪全球专利申请地域分布，对专利申请的来源国进行统计分析，可反映各地区技术自主创新的实力。从图2可以得出，目前新能源汽车充电枪技术主要分布在中国（4 041件，占比79.4%）、德国（442件，占比8.7%）、日本（201件，占比3.9%），这些国家专利申请量全球占比接近92%。可见，中国申请量已远超过其他国家和地区，成为全球变压器散热技术的重要研发基地，也体现出中国新能源汽车需求较大。

2.3 国内专利申请地域分布

图3示出了新能源汽车充电枪技术国内专利申请地域分布，对专利申请的省市进行统计分析，可反映各地区技术自主创新的实力。从图3中可以得出：申请量排名前三的为广东（1 068件）、江苏（736件）、浙江（456件）。这三个省份均为经济发展较好的省份，新能源汽车用量较大，新能源汽车充电设施较为完善，从而一定程度上导致这三个省份的新能源汽车充电枪专利申请量较高；同时也体现出这三个省份关于知识产权保护的意识也相对较强，相关企业或者发明人申请专利的意识较强，体现出这三个省份在新能源汽车充电枪领域拥有较强的研发能力。

2.4 全球专利主要申请人

图4示出了新能源汽车充电枪技术全球专利申请人排名。从图4可以看出，德国菲尼克斯电动交通有限公司以56件专利申请位居首位，显示其在变压器散热技术方面的领先地位。我国比亚迪股份有限公司以50件专利申请位居第二位，日本住友电装株式会社以49件专利申请位于第二位。这些企业在新能源汽车充电枪领域投入了大量研发资金，专注于提高新能源汽车充电枪的稳定性和可靠性。

从图4中还可以看出，申请人排名前十中，我国企业占据5家。可见，我国企业在新能源汽车充电枪技术中占据重要地位，也体现出我国是全球新能源汽车市场最大的国家。

3 重要专利分析

根据新能源汽车充电枪所要解决的问题，以下将新能源汽车充电枪技术发展划分为固定/解锁、散热、防触电三个技术分支。

3.1 固定/解锁

固定是指新能源汽车充电枪在对新能源汽车进行充电时能够与新能源汽车充电插座保持可靠的连接；解锁是指在充电完成后对充电枪与充电插座的固定连接进行释放。

2010年比亚迪股份有限公司的专利（CN101740947A）：充电枪由绝缘座和与所述绝缘座连接的第一外壳、第二外壳所形成；充电基座包括固定座、形成在所述固定座的前表面上的圆柱形容纳室。充电枪和充电基座之间设置充电锁紧装置，充电锁紧装置包括：形成在所述充电基座上的锁紧槽；形成在所述充电枪的卡扣件，所述卡扣件可枢转地固定在充电枪的第一、第二壳体上，并具有第一端和第二端，当卡扣件处于充电枪与充电基座接合的锁紧状态时，其中第一端与锁紧槽配合。

2011年库仑技术公司的专利（US8025526B1）：充电枪设置连接器闩锁，新能源汽车充电插座设置枪套闩锁和螺线管，当充电枪插入充电插座时，皮套闩锁对连接器闩锁进行锁定；充电完成时电力将通过锁定枪套入口的电源引脚供应到螺线管，从而使枪套闩锁解锁充电枪。

2017年重庆长安汽车股份有限公司的专利（CN106585417A）：检测充电枪是否连接，若检测到充电枪已连接，则控制所述电子锁保持闭锁状态，若检测到充电枪未连接，则控制电子锁保持解锁状态；监测是否收到解锁命令，若收到解锁命令，则控制所述电子锁执行解锁操作，若未收到所述解锁命令，则继续监测。从而实现锁定与解锁的自动控制。

由上可知，可以预测未来新能源汽车充电枪技术在固定/解锁分支主要改进点在于如何实现智能控制，通过配置智能控制系统，提高连接的可靠性与便捷性。

3.2 散热

相较于油车加油的便捷性，新能源汽车充电所需要的时间更长。为了满足社会的需求，现在新能源汽车充电都采用大电流充电方式以加快充电效率，然而大电流充电会导致较大的热量。因此，散热问题是新能源汽车充电枪的重要问题。

2017年菲尼克斯电动交通有限公司的专利（DE102016107409A1）：新能源汽车充电枪具有插接部分，插接部分上具有多个用于传输直流电流形式的充电电流的接触元件，实现在插接部分上接触元件的冷却，设有冷却体，其通过热管线与接触元件连接。在接触元件上的热量可以通过热管线被吸收并且被引导到冷却体上，以便为接触元件散热。每个冷却体都具有两个纵向延伸的、相互平行的流体通道，通过气态或液态冷却剂流过该流体通道以吸收在冷却体上的热量，从而对冷却体进行散热。

2017年深圳市沃尔新能源电气科技股份有限公司的专利（CN206202011U）：充电枪包括枪身、枪尾和枪头，枪尾和枪头分居于枪身两端，枪身具有密封内腔。充电电缆一端从该密封内腔穿过与枪头的插接端子连接，充电电缆另一端与充电桩连接。充电电缆内穿设有进气管和出气管；进气管的一端设置于枪身的密封内腔内，进气管的另一端连通风机的出风口。出气管的一端设置于枪身的密封内腔内，出气管的另一端与外界大气连通。充电枪的进气管在风机的驱动下源源不断地向枪身的密封内腔送入气体，而出气管则将密封内腔的气体源源不断地传送至外界大气中，在此循环的过程中，密封内腔内的气体将枪头插接端子与电动汽车的对接端子连接充电时发出的热量及时散发至外界大气中去，这能降低充电时枪的温度，进而消除充电时因温度升高而带来的安全隐患。

2019年菲尼克斯电动交通有限公司的专利（DE102017125265A1）：充电插头具有用于主动冷却充电插头的冷却装置。冷却装置具有冷却剂循环回路，其具有引导冷却流体的两个冷却通道、冷却剂入流处和两个冷却剂回流处。通过冷却流体对充电插头进行散热。

从上文可知，新能源汽车充电枪散热技术主要解决充电枪端子所产生的热量，可以预测未来其主要发展方向在于通过液体冷却介质对端子进行散热冷却。

3.3 防触电

在电器设备的使用过程中，人身安全始终是第一考虑因素［3］。防触电是指在使用充电枪对新能源汽车进行充电时，防止操作人员误触摸发生的触电事故。

2010年河南天海电器有限公司的专利（CN201690079U）：充电枪内各个电极插柱相互之间有绝缘隔离壁，有效地保证了电气间隙和爬电距离，满足绝缘电阻的要求。在电源极插柱端部设置绝缘帽，该绝缘帽可通过螺纹与电源极插柱相连接，此隔离避免操作人员误触摸发生的触电事故，达到良好的安全保护作用。

2019年常州中电新能电器科技有限公司的专利（CN109346878A）：充电枪设置有检测组件，检测组件包括设置在锁止板按压部下方的电磁铁、顶杆、设置在电磁铁前侧的机械锁检测开关、设置在锁止板前部下方的电磁锁检测开关；充电枪插入电动汽车时，电磁检测开关的检测端检测到锁止板的动作信号，电磁检测开关的电磁锁感应电路端向充电桩发出信号，充电枪连接好后，顶杆后移的锁定，机械锁检测开关的触发端探测到顶杆的位移信号，机械锁检测开关的机械锁感应电路端向充电桩发出信号，充电桩收到双重信号后，通电向电动车充电，只有两个前提条件全部满足时，充电桩才能向充电枪处通电对电动车进行充电。

2022年长春捷翼汽车零部件有限公司的专利（CN114050434A）：充电枪端子分为前部的转接端子和后部的电源端子，转接端子和电源端子之间通过设置复位件，可保证充电枪在非工作状态的情况下，实现转接端子与电源端子分离，在不对推杆施加外力的情况下，转接端子与电源端子一直处于分离状态，使得充电端子不带电，避免发生人员触电事故。

从上文可知，可以预测未来新能源汽车充电枪技术在防触电分支主要改进点在于如何使充电枪的充电端子在非充电状态下断路，在充电状态下通路。

4 结语

在新能源汽车系统中，充电枪作为关键设备之一，其稳定运行直接关系到新能源汽车充电的安全与效率。随着新能源汽车需求的不断增长，新能源汽车充电枪的需求也在持续增加，对新能源汽车充电枪性能提出了更高的要求。因此，新能源汽车充电枪的创新与发展成为行业关注的焦点。本文回顾了新能源汽车充电枪专利的全球趋势，分析了全球专利申请地域分布以及全球专利申请人，进一步将新能源汽车充电枪技术分为固定/解锁、散热及防触电三个技术分支，详细探讨了各自的关键技术。这些技术的发展显著提升了变压器散热能力，为行业的持续创新奠定了基础。

参考文献：

[1]王震坡，张瑾，刘鹏，等.电动汽车充电站规划研究综述[J].中国公路学报，2022，35（12）：230-252.

[2]徐犇.电动汽车充电枪功能测试系统设计[D].苏州：苏州大学，2022.

[3]郭三华，曹丽娟，董艳艳，等.新能源汽车便携式充电枪充电控制系统设计[J].微型电脑应用，2021，37（10）：18-21.

作者简介：

董统传，男，1990年生，助理研究员，研究方向为专利审查。