太陽能汽車空調專利現狀及發展趨勢分析

季紅軍，謝晶，王金鋒

（1-國家知識產權局專利局材料工程發明審查部，北京　100088；2-上海海洋大學食品學院，上海　201306）

太陽能汽車空調專利現狀及發展趨勢分析

季紅軍1，謝晶*2，王金鋒2

（1-國家知識產權局專利局材料工程發明審查部，北京100088；2-上海海洋大學食品學院，上海201306）

隨著能源危機加劇，各國對環境保護日趨重視，太陽能汽車空調技術已經成為汽車空調的必然發展方向。文中基于我國太陽能汽車空調專利申請情況，分析了主要技術、高產專利權人的研究重點，并對我國太陽能汽車空調的發展趨勢進行了分析。

太陽能；汽車空調；專利；發展趨勢

0　引言

環境保護和能源的有限性是人類可持續發展過程中面臨的長久問題，制約著當今世界經濟的發展。而太陽能作為可再生能源之一，隨著能源供應的日趨緊張，環境對可持續發展提出了新要求，受到各國政府的高度重視。由于傳統的汽車空調的動力來自汽車發動機，空調制冷系統工作時，蒸汽壓縮式制冷壓縮機消耗功率大約占輸出功率的5%～20%［1］，因此，尋找新途徑降低汽車能耗尤其是空調能耗具有重大意義，對太陽能技術的研究和利用也得到了廣大的關注和充分的肯定。

本研究運用國家知識產權局專利檢索與服務系統中的CPRSABS 數據庫作為檢索庫，運用統計與回歸分析，技術領域共現分析和高產專利權人分析，對我國太陽能汽車空調的技術現狀進行研究，并對其發展趨勢進行分析和預測，以期對我國太陽能汽車空調科研人員及制造企業提供一定的指導。

1　檢索手段與樣本選取

本文選取國家知識產權局專利檢索與服務系統中的CPRSABS 數據庫作為檢索庫，對1985年至今在中國申請的關于太陽能汽車空調技術的專利文獻進行統計分析，研究了申請量年度變化、專利申請類型、主要申請人、主要技術內容等做出歸納總結，分析了該領域的技術創新的發展趨勢。

檢索重點考慮采用太陽能汽車空調（包括太陽能、半導體、熱電、汽車、車輛、太陽能電池、充放電控制、天窗空調、余熱、蒸汽壓縮式、吸收）等進行限定，結合空調、空氣調節等關鍵詞，共獲得378篇中文專利申請（截至2015年1月15日），由于2013、2014年的部分專利申請還沒有完全公開或者公布出來，因此2013年和2014年的數據存在部分失真現象。

2　結果與分析

2.1專利申請量

相比其他領域，太陽能汽車空調領域是新興行業，處于起步階段，申請量還比較少，只有378件。通過太陽能空調專利申請數量分布曲線圖如圖1所示，太陽能空調專利申請可劃分為四個階段，第一階段（1985～1990年）為未探索期，該階段沒有一件太陽能汽車空調相關的專利申請，科研工作者及企業還沒有認識到太陽能汽車空調；第二階段（1991～2003年）為萌芽期，該階段陸續出現太陽能汽車空調專利的申請，尚處于低速發展階段；第三階段（2004～2008年）為高速發展階段，太陽能汽車空調專利申請數量達到兩位數的增長；第四階段（2009～2014年）為飛速發展階段，尤其是2011年的年專利申請量接近50件，個人，企業，高校及科研機構都重視太陽能汽車空調的研究。

圖1　太陽能空調專利申請數量分布曲線圖

2.2申請人構成

378件專利申請中，個人申請163件，企業申請119件，高校及科研院所97件（有共同申請人）。如圖2所示，個人、企業、高校及科研院所形成三足鼎立的現狀，都處于太陽能汽車空調研究的起步探索階段。筆者發現，除了奇瑞汽車股份有限公司還沒有一個申請人在太陽能汽車空調領域的專利申請量超過10件，申請量都較少；各個申請人的申請量非常均勻，說明這是一個剛剛受重視的領域，許多申請人都想進入這個領域，占據自己有利的地盤。從申請人國別來看，大部分都是大陸申請人。境外申請主要是香港3個、臺灣2個、日本1個、美國1個、奧地利1個。

圖2　太陽能汽車空調申請人構成

3　技術統計及分析

目前，汽車上的太陽能空調主要是將太陽能所轉換的電能用于空調。太陽能電池安裝在汽車天窗上用以發電，產生的電能用于輔助汽車空調工作。根據電能的利用方式不同，其制冷方式主要有兩種：一種是利用電能帶動壓縮機工作制冷，另一種是將產生的電能應用到半導體制冷。筆者對378件專利申請分析，這些太陽能空調專利申請主要涉及以下四個技術內容：汽車空調用太陽能電池，太陽能半導體空調，太陽能天窗空調及利用太陽能熱能結合余熱驅動的汽車空調系統。

3.1汽車空調用太陽能電池

大部分太陽能汽車空調的主要原理是利用光電轉換原理，將太陽能轉換為電能，通過連接半導體制冷片使其工作。因此，太陽能電池的光電轉化效率對太陽能汽車空調產生直接影響。汽車太陽能電池的根本目的在于減輕自身重量和提高單位面積的發電量。如果光電效率低，勢必會提高太陽能及熱板的面積，從而提高自身重量影響太陽能汽車空調的效率。

筆者在檢索過程中發現，如果以太陽能及電池作為關鍵詞，存在大量的專利文件，考慮到分析的可行性，筆者選擇了在汽車領域運用的太陽能電池專利文件作為分析對象。在378件專利申請中，共有113件專利申請技術內容涉及太陽能汽車空調電池，研究內容包括太陽能電池的材料、電池板的結構、電池板在汽車中的安裝、電池板的充放電等。

3.2 太陽能半導體空調

有70件專利文件涉及太陽能半導體空調，主要在改善半導體制冷材料的性能、半導體空調的恒溫控制、半導體汽車空調的結構等方面進行了研究。太陽能半導體空調是利用太陽能電池上產生的電能，通過充電電線輸送到車內的蓄電池，蓄電池提供穩定的直流電能輸送給轎車廂內的半導體空調，實現車廂制冷。

3.3太陽能天窗空調

有26件專利文件涉及太陽能天窗空調，該技術從2005年開始才進入發展階段，主要涉及天窗電池板和通風降溫等方面。利用太陽能電池所產生的電力，經過控制系統來驅動風扇，將車廂外的冷空氣導入車內，驅動車內熱氣，達到降溫的目的。

3.4利用太陽能熱能結合余熱驅動的汽車空調系統

汽車發動機會排放大量的余熱，目前汽車發動機做功的效率最高可達49%，但仍有51%甚至更多的能量以廢熱的形式排放到環境中［2］。汽車空調可以利用這些余熱以及太陽能熱來驅動吸收式、吸附式、噴射式或除濕空調來達到汽車內部環境的舒適性要求。有44件專利申請涉及該領域，由于吸收式制冷發展得比較成熟，主要還是太陽能結合余熱來驅動吸收式制冷空調。

3.5高產專利權人

筆者在統計中發現，由于太陽能汽車空調是最近幾年才比較熱門的研究方向，因此各個申請人的專利申請量都不多，最多的奇瑞汽車有限公司有13件專利申請，河南速達電動汽車科技有限公司、浙江吉利汽車研究院有限公司分別有8件、7件專利申請，其他企業和個人的申請量都比較少。因此，下面主要對這3家企業的研究重點作出統計分析。

3.5.1奇瑞汽車有限公司

作為自主品牌的領軍者，奇瑞十分注重維護自身的知識產權利益。早在2006年就開始了太陽能汽車空調方面的專利申請，目前共有13件專利申請，主要涉及太陽能電池［3-4］及車用空調方面。2011年主要對太陽能電池的復合材料及其制作方法進行了研究，2014年對太陽能電池的汽車空調的控制系統及控制方法進行了研究。奇瑞還對太陽能天窗空調進行了研究，2013年申請了兩件實用新型專利［5-6］。2014年申請了一件發明專利申請［7］，主要關于太陽能天窗對車廂內溫度調節裝置，太陽能天窗上安裝太陽能電池板，給半導體空調輸入電壓，實現車廂內的溫度調節。

3.5.2河南速達電動汽車科技有限公司

河南速達電動汽車科技有限公司隸屬速達交通集團，主要從事新能源純電動汽車整車及配套汽車零部件的研發、生產與銷售，該公司非常注重創新，注重通過知識產權來維護自身的利益。起步不到兩年，2012年就開始申請太陽能汽車空調方面的專利，目前共有8件專利申請，主要涉及納米太陽能電池方面。2012年申請的專利主要涉及該納米太陽能充電電池及其管理控制系統［8-9］，2013年申請的專利涉及該納米太陽能電池運用到汽車中的空調裝置［10］。

3.5.3浙江吉利控股集團有限公司

浙江吉利控股集團有限公司依靠其靈活的經營機制和持續的自主創新，取得了快速的發展。吉利積極在太陽能汽車空調方面申請專利保護，目前共有7件專利申請。2010年開始申請太陽能汽車空調相關專利，主要涉及利用太陽能給汽車的供電系統，2011年開始涉足太陽能電池板與汽車的集成［11］，利用太陽能產生的電能給汽車實現制冷，2012年主要涉及車廂溫度的控制［12］，2013年主要涉及汽車太陽能輔助電力系統［13］，可以利用汽車太陽能蓄電池來驅動汽車空調和點亮車內照明燈，從而有效降低汽車的能耗，還對半導體制冷在汽車空調中的運用進行了研究。

4　太陽能汽車空調發展趨勢

本文對我國太陽能汽車空調技術的專利申請進行了詳細的分析，目前該領域的發展正呈現出萌芽狀態，發展勢頭良好。目前，專利申請體現出的是對太陽能電池與整個汽車空調的匹配上研究的比較多，比較深刻，但是對太陽能電池的核心技術，半導體制冷的核心技術研究的甚少，一方面各企業的技術研發團隊缺乏創新精神，另一方面企業有市場風險的考慮。筆者認為，企業重點要做好以下幾方面，太陽能汽車空調才有很大的發展空間。

1）加強太陽能蓄電池的研究。由于太陽能汽車空調，無論是利用電能帶動壓縮機工作制冷，還是將產生的電能應用到半導體制冷，太陽能電池都會起關鍵性的作用。目前普遍使用的太陽能電池的光電效率最高為17%［14］，這直接制約了汽車空調的發展。由于光電轉化效率越低，在相同的功率輸出情況下，所需的太陽能電池的面積越大，這非常不利于太陽能半導體制冷系統的小型化，制約其發展。最近有報道，德國研制的“N”型單晶硅太陽能電池的效率達到了23.4%，結晶硅太陽能電池的最高效率可達25%［15］，而多層太陽能電池的轉化效率高達41.1%，幾乎是傳統單晶硅太陽能電池轉化效率的兩倍［16］，而我們國家并沒有研究出這么高轉化率的電池。我們國家的太陽能汽車空調廠家應該在太陽能電池研究方面多下功夫，形成有自主知識產權的高效太陽能電池。

2）加強半導體制冷系統的研究。從理論分析和結構上來看，半導體制冷在太陽能汽車空調有廣泛的應用前景。但是，目前半導體制冷不能深遠推廣，重要原因是其制冷效率COP比較低，一般為0.2～0.3，較低的制冷效率COP嚴重影響了半導體制冷的推廣［17］。半導體制冷系統效率較低的主要原因在于半導體制冷材料熱電轉化效率不高。太陽能汽車空調廠家應該在跨學科領域尤其是材料學方面加大研究投入，尋找更理想的半導體制冷材料，提高系統COP。同時，可以在整個系統結構上進行實驗，通過強化冷熱端的換熱來提高半導體的制冷效率COP，設計出高效率的汽車用半導體制冷空調裝置。

3）進一步深化汽車太陽能天窗空調技術的研究。汽車太陽能天窗空調要和太陽能蓄電池的研究、半導體制冷系統的研究有機結合，利用太陽能天窗研究出價格低、與現有空調技術結合應用簡單的汽車空調。

4）太陽能熱能與發動機余熱結合驅動吸收式制冷裝置的研究。吸收式制冷機以其穩定可靠，技術成熟在太陽能空調中得到最廣泛的使用［18-23］，因此，可以在現有吸收式制冷機基礎上結合太陽能天窗空調開發出高效的太陽能熱能與發動機余熱結合驅動吸收式制冷裝置，尤其是小型的車用太陽能熱能與發動機余熱結合驅動吸收式制冷裝置。

5　結論

太陽能利用技術是汽車空調的發展趨勢，國內的各大汽車制造商應該抓住機遇，在太陽能汽車空調上進行創新研究，申請大量高水平的專利，形成有自主知識產權的產品。同時，企業要認識到專利技術標準化的重要性，技術標準將逐漸成為專利技術追求的最高體現形式。企業要積極參與國家及國際標準化活動，能夠讓自己的創新和專利技術融合到國家標準和國際標準中，將專利轉化為標準，獲得技術優勢，從而控制貿易市場。這樣也能最大范圍地降低創新給企業成本帶來的風險。只有這樣，太陽能汽車空調技術才能得到質的飛躍。

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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

*謝晶（1968-），女，博士，教授，博士生導師。研究方向：制冷新技術。聯系地址：上海市臨港新城滬城環路999號食品學院，郵編：201306。聯系電話：021-61900353。E-mail：jxie@shou.edu.cn。