特斯拉的电动汽车专利
特斯拉被视作当今电动汽车产业的领军者,在电池、电子装置和软件领域均拥有很强的实力,专利总数大约为200项。CEO伊隆·马斯克(Elon Musk)将这些专利都对外开放,“特斯拉不会对任何善意使用我们技术的企业发起专利诉讼。”尽管此举在科技行业不算激进,但在竞争激烈的汽车行业却十分罕见。宣布这一举措之时,正值特斯拉计划建设美国最大规模的锂电池工厂Gigafactory之际,除了为自己供应锂电池外,还有可能寻找其他客户。这也是为了给“超级工厂”创造市场。
马斯克认为,开放专利是因为很多汽车厂商都没有开发长距离续航的电动汽车。多数车型每次充电后的续航里程只有100英里(约160公里)左右,不到Model S最长续航距离的一半。特斯拉7年前开始宣传首款电动汽车时,他原本预计电动汽车会有长足发展。但直到当时,电动汽车在美国汽车销量中的占比仍然不足1%。当他提出这个想法时,一些董事和管理者感到十分吃惊。但最终,他们还是同意了这个计划。马斯克并不认为此举会带来巨大风险。他表示,快速发展的企业通常都能够领先于自己的专利,吸引顶尖人才更加重要。“科技领导地位不是靠专利来定义的,而是靠一家公司对世界顶级工程师的吸引力来定义的。我们相信,开源理念非但不会削弱特斯拉的地位,反而会加强我们的地位。”
除了汽车外,特斯拉还在建设高速充电站网络,开放专利也有望提升超级充电站的利用率。
美国专利与商标局官方网站提供的信息显示,特斯拉目前拥有专利获准172件,另有107件公开专利,过去三年就有131件获准专利。
以专利类别来看,H01M(电池相关:用于直接转变化学能为电能之方法或装置,例如电池组),H02J(电力相关:供电或配电之电路装置或系统;电能存储系统)为最多。由于特斯拉的业务主要就是以电动汽车制造为主,所以这两个技术分类也可以作为研发电动汽车所需的核心技术能力的参考。从相关类别可以看到一些主要申请人,也就是潜在特斯拉的竞争对手。比如在电力管理技术方面,日本公司在H02J技术类别的申请人最多有:丰田、索尼、三洋,美国有通用汽车,韩国的三星也在这方面积极布局。电池相关的技术为韩国Samsung SDI、LG化学为分布最多的申请人,其他除了通用外都是日本公司。
1.电池管理(BMS)
电池管理是很大的一个概念,也是特斯拉专利最集中的地方。数据显示,2008-2013年间,特斯拉申请的核心专利大多与电池安全控制相关。涉及到电池冷却、安全、电荷平衡等系统。截止2013年3月,特斯拉申请的此类专利多达140多项,另有258项专利在审核中。
由于特斯拉选择的是能量密度高且工艺非常成熟的笔记本电脑常用18650电池,如何连接并高效管理超过7000枚电池,成为电池管理最为核心的技术。特斯拉的电池管理系统从通过性能测试,筛选性能一致性、安全性较好的电池组开始,通过电池检测实验室,数据中心对18650电池温度进行智能监控。
2.电机技术
电机相当于发动机,和传统的汽车三大件对应,也是核心模块之一,有不少特斯拉独创技术。其电机为自主研发的三相感应电机,拥有最优的缠绕线性,能极大减少阻力和能量损耗。同时,相对整车,其电机体积非常小。特斯拉变速箱为单极变速系统,将交流感应电机产生的扭矩与车速进行最优匹配,比汽油变速箱加速性能更好。
3.动力控制
特斯拉通过对应的软硬件系统,包括转动变频器、数字信号处理系统,控制电机扭矩和电池能量输出,这是整车能量控制系统。通过高性能信号处理器将制动、刹车、加速、减速等需求转换为数字信号,控制转动变频器将电池组的直流电与交流电的相互转换,以带动三相感应电动机提供汽车动力。在特斯拉操作面板里,可以设定牵引力控制,从而让用户在驾驶电动汽车的时候也能有起步缓行,松油门怠速这些汽油车的体验特点。
4.动力回收
动力回收方面,特斯拉系统的控制界面也有相应设置,可以设为标准和较小两个模式,标准模式下回收更彻底,初次驾驶的用户可能会对松开油门后很快的降速有不适,所以一般设为较小,更为适应。
5.安全技术
特斯拉通过电荷平衡系统和电池温度管理系统,最大限度控制了电池安全隐患。电荷平衡系统是防止众多电池中,有少数出现超出电压上限和下限的情况。当电池组中有电池出现过充、过放、温度过高等情况导致电量与其他电池不同时,继电器将能量在电池间转移,防止电压超过安全范围,如果电池易变超出安全范围,则断开对应的电源开关,将电池单体隔离。温度管理系统则是通过热敏电阻和光导纤维监测电池温度变化。同时特斯拉还研发了一种双模式冷却系统,保证每个电池单体温度低于其安全值以下。
6.充电站技术
充电站技术是特斯拉最为核心和亮点的技术,特别是低电压高电流的超级充电站技术。由于其超级充电站输入380-480V的电压,最高能输出335A,基本是普通新能源车充电站10倍的电流,能够跑500公里的Model S P85车型,1小时就能充满。如果这项技术能够普及,等于是困扰新能源车充电速度的瓶颈得到了5-10倍的提升。特斯拉充电站技术,还涉及到太阳能和电网并网试用。
7.操作系统
除了硬件本身,特斯拉采用的一整套操作系统和体验逻辑,也都是前人所没有尝试的。所以特斯拉目前使用的车载OS上,也有很多特斯拉这十年沉淀下来的专利。从界面设计到功能逻辑,如果被更广泛地学去用,也将极大带动新能源车的智能化步伐。
特斯拉强调,任何人如果出于善意(ingood faith)想要使用特斯拉的技术,特斯拉将不会对其发起专利侵权诉讼。这不表示特斯拉会不保留地告诉你技术细节,只是当你发现特斯拉的专利做法后,比如拆解分析到了电池组的排列方式,也学习同样的做法,特斯拉不会发起专利诉讼,所以要免费使用特斯拉专利,也要看你是否能参透并有能力使用上。
丰田的燃料电池专利
2015年1月6日,日本丰田宣布面向其他厂商无偿提供5680项燃料电池相关的技术专利授权,包括燃料电池、储氢罐、电池控制系统等方面的技术专利,此举是为推动以氢为主要燃料的电动汽车推广和普及。
丰田称,在2020年底之前,无偿授权的专利技术约为5680项,包括有已经完成申请和正在申请中的专利,其中燃料电池组的专利约1970项、燃料电池控制系统专利约3350项,高压储氢罐的专利约290项,这些专利均是研发氢燃料汽车所需要的技术,为加快氢能源站的普及,约70项氢能源供给专利将无限期免费授权。在免费为其他厂商提供专利授权的同时,丰田也希望其他厂商能够实现专利共享。
在新能源车研发方面,丰田对相关专利一直持开放态度,在收取一定授权费后向外授权,为推广燃料电池汽车,丰田的作法更为积极,借由开放专利技术来推动氢能源电动汽车的普及。
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