发明创造名称：一种储能装置的双向变换器结构及控制方法
外观设计名称：
决定号：187302
决定日：2019-08-13
委内编号：1F267510
优先权日：
申请（专利）号：201610216145.4
申请日：2016-04-11
复审请求人：魏腾飞
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：宋雪梅
合议组组长：郭春春
参审员：李承承
国际分类号：H02M3/337,H02M1/088
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第3款
决定要点
：如果一项权利要求请求保护的技术方案与作为最接近的现有技术的对比文件相比存在区别技术特征，然而，该区别技术特征为本领域的公知常识，则该权利要求请求保护的技术方案不具有突出的实质性特点和显著的进步，不具备创造性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201610216145.4，名称为“一种储能装置的双向变换器结构及控制方法”的发明专利申请（下称本申请）。本申请的申请人为魏腾飞，申请日为2016年04月11日，公开日为2016年07月06日。
经实质审查，国家知识产权局原审查部门于2018年09月21日发出驳回决定，驳回了本申请，其理由是：权利要求1-9不具备专利法第22条第3款规定的创造性。驳回决定所依据的文本为：2018年02月05日提交的权利要求第1-9项，申请日2016年04月11日提交的说明书第1-23段、说明书附图图1-5、说明书摘要。
驳回决定所针对的权利要求书如下：
“1. 一种储能装置的双向变换器结构及控制方法，其特征在于，包括：典型双向全桥拓扑结构及典型推挽拓扑结构，脉宽调制PWM，电感电流过零检测，高频变压器的一侧串入电感，原边侧电压大于n倍的副边电压，U2侧使用推挽结构，故U2工作在大电流状态时，传输功率的方向随控制而改变，传输功率由占空比决定。
2. 根据权利要求1所述一种储能装置的双向变换器结构及控制方法，其特征在于：Q1和Q3互补导通，Q2和Q4互补导通，其导通时间由占空比决定，导通控制方式由传送功率的方向决定。
3. 根据权利要求1所述一种储能装置的双向变换器结构及控制方法，其特征在于：Q5和Q6互补导通。
4. 根据权利要求1所述一种储能装置的双向变换器结构及控制方法，其特征在于：U1侧向U2侧传输正向功率和U2侧向U1侧传输反向功率，采用不同的控制方式。
5. 根据权利要求1所述一种储能装置的双向变换器结构及控制方法，其特征在于：U1侧向U2侧传输正向功率时，传输功率随占空比的增大而增大，且成平方关系。
6. 根据权利要求1所述一种储能装置的双向变换器结构及控制方法，其特征在于：U2侧向U1侧传输反向功率时，传输功率随占空比的增大而增大，且成平方关系。
7. 根据权利要求1所述一种储能装置的双向变换器结构及控制方法，其特征在于：U1侧向U2侧传输正向功率时，正向功率为且0≤D
8. 根据权利要求1所述一种储能装置的双向变换器结构及控制方法，其特征在于：U2侧向U1侧传输反向功率时，反向功率为且0≤D<(0.5-nu2>
9. 根据权利要求1所述一种储能装置的双向变换器结构及控制方法，其特征在于：没有功率回流现象，且具有更小的电流应力。”
驳回的具体理由如下：权利要求1与对比文件1（CN102237801A，公开日为2011年11月09日）相比，其区别技术特征在于：（1）还包括串入高频变压器一侧电感的及电感电流过零检测；（2）U1侧电压大于U2侧电压。区别技术特征（1）被对比文件2（CN105356759A，公开日为2016年02月24日）公开，区别技术特征（2）是本领域技术人员在对比文件2的基础上容易想到的。因此权利要求1不具备专利法第22条第3款规定的创造性。从属权利要求2-9的附加技术特征或者被对比文件1公开，或者是本领域技术人员容易想到的，或者被对比文件2公开，因此权利要求2-9也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
申请人（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2018年12月01日向国家知识产权局提出了复审请求，提交了权利要求书的全文替换页（包括权利要求第1-6项）。主要修改涉及，将说明书中的部分内容补入权利要求1中，删除原权利要求3、7-8，将原权利要求9的附加技术特征修改为“更高的工作效率”，以及适应性地修改权利要求的编号。复审请求人认为：（1）对比文件1采用移相控制方法，与本申请的过零检测方法不同，也不同于本申请的PWM控制方式，二者所要实现的技术效果也完全不同，对比文件1无法解决功率回流的问题。（2）对比文件2通过切断全桥两侧的功率传输路径来阻止功率回流，而本申请采用全桥拓扑和推挽拓扑，仅通过切断推挽拓扑中一开关管的电流传输路径来阻止功率回流，这直接导致本申请中控制Q5、Q6的导通方式和占空比的技术手段与对比文件2不同，本领域技术人员即使对对比文件2进行改进也无法得到本申请中传输功率值的表达式和占空比取值不等式。
复审请求时修改的权利要求书如下：
“1. 一种储能装置的双向变换器结构及控制方法，其特征在于，包括：典型双向全桥拓扑结构及典型推挽拓扑结构，脉宽调制PWM，电感电流过零检测，高频变压器的一侧串入电感，原边侧电压大于n倍的副边电压；
副边侧采用推挽拓扑结构，故副边侧工作低压在大电流状态，提高工作效率，推挽拓扑中Q5和Q6互补导通，其导通时间由电感中电流是否过零来决定；
U1侧向U2侧传输或U2向U1侧传输功率，传输功率的方向随时控制改变，传输功率由占空比决定；
正向U1侧到U2侧，变换器前半周期的工作状态：
状态1：t0-t1阶段，在t0时刻，Q1和Q4导通，Q5导通，Q6关断；
状态2：t1-t2阶段，在t1时刻，Q1关断，Q3和Q4导通，Q5也导通，给电感电流的续流提供了通路，使得电感中存储的能量继续送入U2侧。在t1-t2阶段中检测电感电流是否过零，若过零则说明，储存在电感中的能量以完全送入U2侧，此刻Q4和Q5关断，以防止U2向L1储能，即阻止功率回流现象的发生；
变换器在后半个工作周期内，相应的电压和电流的极性相反，工作原理和前半个工作周期相同；
正向工作时，正向功率为且0≤D
反向U2侧到U1侧，变换器前半周期的工作状态：
状态1：t0-t1阶段，在t0时刻，Q3和Q4导通，Q5导通，Q6关断；
状态2：t1-t2阶段，在t1时刻，Q3关断，Q1和Q4导通，Q5也导通，给电感电流的续流提供了通路，使得电感中存储的能量送入U1侧。在t1-t2阶段中检测电感电流是否过零，若过零则说明，储存在电感中的能量以完全送入U1侧，此刻Q1和Q5关断，以防止U1向L1储能，即阻止功率回流现象的发生；
变换器在后半个工作周期内，相应的电压和电流的极性相反，工作原理和前半个工作周期相同；
反向工作时，反向功率为且0≤D<(0.5-nu2>
2. 根据权利要求1所述一种储能装置的双向变换器结构及控制方法，其特征在于：Q1和Q3互补导通，Q2和Q4互补导通，其导通时间由占空比决定，导通控制方式由传送功率的方向决定。
3. 根据权利要求1所述一种储能装置的双向变换器结构及控制方法，其特征在于：U1侧向U2侧传输正向功率和U2侧向U1侧传输反向功率，采用不同的控制方式。
4. 根据权利要求1所述一种储能装置的双向变换器结构及控制方法，其特征在于：U1侧向U2侧传输正向功率时，传输功率随占空比的增大而增大，且成平方关系。
5. 根据权利要求1所述一种储能装置的双向变换器结构及控制方法，其特征在于：U2侧向U1侧传输反向功率时，传输功率随占空比的增大而增大，且成平方关系。
6. 根据权利要求1所述一种储能装置的双向变换器结构及控制方法，其特征在于：更高的工作效率。”
经形式审查合格，国家知识产权局于2018年12月11日依法受理了该复审请求，并将其转送至原审查部门进行前置审查。
原审查部门在前置审查意见书中认为：对比文件1中主要公开了电路的拓扑结构，以及该结构的基本控制方式。本申请相对于对比文件1的发明点在于：利用电感电流过零检测进行控制，防止功率回流。而复审请求人的在先专利申请公开了这种控制方式，其区别仅在于拓扑结构的不同，因而可以结合对比文件1进行评述。复审请求人在复审请求中主要针对拓扑结构的不同，提出异议，认为控制方式不同。但本领域技术人员能够将该控制方式应用于不同的拓扑结构当中。因而坚持驳回决定。
随后，国家知识产权局成立合议组对本案进行审理。
合议组于2019年04月10日向复审请求人发出复审通知书，指出：对比文件2作为最接近的现有技术。权利要求1与对比文件2相比，其区别技术特征在于：包括典型推挽拓扑结构，副边侧采用推挽拓扑结构，故副边侧工作低压在大电流状态，提高工作效率，推挽拓扑中Q5和Q6互补导通，其导通时间由电感中电流是否过零来决定；在正向U1侧到U2侧的前半周期工作状态下：在t0时刻，Q5导通，Q6关断；在t1时刻，Q5导通；在t1-t2阶段中检测到电感电流过零时，Q4和Q5关断；正向功率为；在反向U2侧到U1侧的前半周期工作状态下，在t0时刻，Q5导通，Q6关断；在t1时刻，Q5导通；在t1-t2阶段中检测到电感电流过零时，Q1和Q5关断。然而，在大电流应用场合，采用开关管损耗较小的推挽式电路以降低功耗，这是本领域技术人员的惯用手段，属于公知常识，参见公众常识性证据：《新型开关电源典型电路设计与应用 第2版》，赵同贺等编著，机械工业出版社，ISBN 978-7-111-49915-2，公开日为2015年05月。也就是说，当本领域技术人员面临应用于大电流场合的需求时，可以采用推挽电路来替代对比文件2中的副边全桥电路，此时，可使得推挽电路中的两个开关管Q5、Q6的导通时序分别对应对比文件2副边全桥电路中Q5/Q8和Q6/Q7的导通时序。此外，为了进一步防止功率回流，在检测到电感电流过零时，不仅关断副边侧回流路径中的开关元件，还可以将原边侧回流路径中的开关元件也关断，即，对于正向U1侧到U2侧的前半周期，还关断Q4，对于反向U2侧到U1侧的前半周期，还关断Q1，这是本领域技术人员的惯用手段，属于公知常识。此外，虽然对比文件1没有公开本申请中正向功率的公式，但是这是本领域技术人员基于电路拓扑结构及其控制方式能够推导得出的，这不需要付出创造性的劳动，其效果也是可以预料得到的。因此权利要求1不具备专利法第22条第3款规定的创造性。从属权利要求2-6的附加技术特征被对比文件2公开，因此权利要求2-6也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。针对复审请求人的意见陈述，合议组认为：（1）对比文件2已经公开了一种双向全桥DC-DC变换器及其PWM控制方法，其采用PWM控制方式，并通过电感电流过零控制来防止功率回流现象的发生。（2）本申请同样是通过切断原副边两侧的电流传输路径来阻止功率回流，而不是仅切断推挽拓扑中的开关管的电流传输路径。关于Q5、Q6的导通控制方式，这是本领域技术人员在采用推挽电路来替代对比文件2中的副边全桥电路时，能够根据副边全桥电路中开关管的导通控制时序对应得到的。关于占空比的控制方式，对比文件2已经公开了本申请中占空比的取值范围。关于传输功率值的表达式，对比文件2已经公开了本申请中反向功率的表达式，虽然对比文件2没有公开本申请中正向功率的表达式，但是这是本领域技术人员基于电路拓扑结构及其控制方式能够推导得出的，这不需要付出创造性的劳动，其效果也是可以预料得到的。
复审请求人于2019年05 月01 日提交了意见陈述书，同时提交了权利要求书的全文替换页（包括权利要求第1-6项）。主要修改涉及，对于权利要求1，在2018年02月05日提交的权利要求1的基础上，增加特征“原边侧电压大于n倍的副边电压，原边对副边c和e两端的匝数比为n：1，其中c和e两端的线圈匝数和e和d两端的线圈匝数相等”，“Q5和Q6互补导通，U1侧向U2侧传输正向功率时，正向功率为且0≤D<(0.5-nu2>
答复复审通知书时提交的权利要求1、6如下：
“1. 一种储能装置的双向变换器结构及控制方法，其特征在于，包括：典型双向全桥拓扑结构及典型推挽拓扑结构，脉宽调制PWM，电感电流过零检测，高频变压器的一侧串入电感，原边侧电压大于n倍的副边电压,原边对副边c和e两端的匝数比为n：1，其中c和e两端的线圈匝数和e和d两端的线圈匝数相等，U2侧使用推挽结构，故U2工作在大电流状态时，传输功率的方向随控制而改变，传输功率由占空比决定，Q5和Q6互补导通，U1侧向U2侧传输正向功率时，正向功率为且0≤D<(0.5-nu2>
“6. 根据权利要求1所述一种储能装置的双向变换器结构及控制方法，其特征在于：没有功率回流现象，且具有更小的电流应力。”
在上述程序的基础上，合议组认为本案事实已经清楚，可以作出审查决定。
二、决定的理由
审查文本的认定
复审请求人在2019年05月01日答复复审通知书时提交了修改的权利要求书的全文替换页，共计6项权利要求。经审查，所作修改符合专利法第33条和专利法实施细则第61条第1款的规定。本复审决定所针对的文本为：2019年05月01日提交的权利要求第1-6项，申请日2016年04月11日提交的说明书第1-23段、说明书附图图1-5、说明书摘要。
关于专利法第22条第3款
专利法第22条第3款规定，创造性，是指与现有技术相比，该发明具有突出的实质性特点和显著的进步，该实用新型具有实质性特点和进步。
如果一项权利要求请求保护的技术方案与作为最接近的现有技术的对比文件相比存在区别技术特征，然而，该区别技术特征为本领域的公知常识，则该权利要求请求保护的技术方案不具有突出的实质性特点和显著的进步，不具备创造性。
本复审决定所引用的对比文件与复审通知书引用的对比文件相同，为驳回决定中引用的对比文件2，即：
对比文件2：CN105356759A，公开日为2016年02月24日。
2.1权利要求1不符合专利法第22条第3款的规定。
权利要求1请求保护一种储能装置的双向变换器结构及控制方法。对比文件2（参见权利要求1-10，说明书第0002-0023段，图1-5）公开了一种双向全桥DC-DC变换器及其PWM控制方法，双向全桥DC-DC变换器应用在例如电动汽车等需要能量双向流动的场合，由于电动汽车必然包括储能电池，因此应用于电动汽车的双向全桥DC-DC变换器是储能装置的双向全桥DC-DC变换器。该双向全桥DC-DC变换器包括分别位于高频变压器T1原副边侧的两个典型双向全桥拓扑结构，脉宽调制PWM，电感电流过零检测，高频变压器T1的一侧串入电感L1，原边侧电压大于n倍的副边电压。U1侧和U2侧均使用全桥结构，U1侧向U2侧正向传输或U2侧向U1侧反向传输功率，传输功率的方向随时控制改变，传输功率由占空比决定。U1侧向U2侧传输正向功率时，正向功率P1为，且0≤D
权利要求1与对比文件2相比，其区别技术特征在于：包括典型推挽拓扑结构，U2侧使用推挽结构，故U2工作在大电流状态时，Q5和Q6互补导通，正向功率为，切断全桥一侧的电流传输路径，原边对副边c和e两端的匝数比为n：1，其中c和e两端的线圈匝数和e和d两端的线圈匝数相等。
基于上述区别技术特征可以确定，本申请实际解决的技术问题是：如何避免大电流场合的功率回流。
然而，在大电流应用场合，采用开关管损耗较小的推挽式电路以降低功耗，这是本领域技术人员的惯用手段，属于公知常识，参见公众常识性证据：《新型开关电源典型电路设计与应用 第2版》，赵同贺等编著，机械工业出版社，ISBN 978-7-111-49915-2，公开日为2015年05月，其中第8页记载：“因为推挽式任何时候只有一个开关元件工作，对于输出相同的功率，开关管损耗比较小。所以在低电压、大功率（1000W以上），多数采用推挽式变换技术”。也就是说，当本领域技术人员面临应用于大电流场合的需求时，可以采用推挽电路来替代对比文件2中U2侧的全桥电路，即，将对比文件2中高频变压器的副边绕组替换为推挽电路中使用的带中心抽头的绕组，将推挽电路中的两个开关管连接在该带中心抽头的绕组两端，同时使得推挽电路中的两个开关管Q5、Q6的导通时序分别对应对比文件2中U2侧全桥电路中Q5/Q8和Q6/Q7的导通时序进行互补导通，这是本领域技术人员的惯用手段，属于公知常识。此外，为了进一步防止功率回流，在检测到电感电流过零时，不仅关断副边侧回流路径中的开关元件，还可以将原边侧回流路径中的开关元件也关断，即，同时关断全桥电路和推挽电路中的相应开关元件以切断两侧的电流传输路径，从而实现整个电路结构均处于无电流状态，完全阻止功率回流，这是本领域技术人员的惯用手段，属于公知常识。此外，虽然对比文件1没有公开本申请中正向功率的公式，但是这是本领域技术人员基于电路拓扑结构及其控制方式能够推导得出的，这不需要付出创造性的劳动，其效果也是可以预料得到的。另外，对比文件2图1已经明确公开了高频变压器T1原边对副边的匝数比为n：1，在此基础上，当采用推挽电路来替代对比文件2中U2侧的全桥电路并相应地将高频变压器T1的副边绕组替换为推挽电路中使用的带中心抽头的绕组时，可使得高频变压器原边绕组对每个副边绕组的匝数比均为n：1，这不需要付出创造性的劳动，其效果也是可以预料得到的。
因此，在对比文件2的基础上结合本领域的公知常识得到权利要求1的技术方案，对本领域技术人员来说是显而易见的，这种结合也未带来任何预料不到的技术效果。因此，权利要求1要求保护的技术方案不具有突出的实质性特点和显著的进步，因而不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
2.2权利要求2不符合专利法第22条第3款的规定。
权利要求2引用权利要求1，其附加技术特征已被对比文件2公开（参见权利要求2）：Q1和Q3互补导通，Q2和Q4互补导通，其导通时间由占空比决定，导通控制方式由传送功率的方向决定。因此，当其引用的权利要求1不具备创造性时，该从属权利要求2也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
2.3权利要求3不符合专利法第22条第3款的规定。
权利要求3引用权利要求1，其附加技术特征已被对比文件2公开（参见权利要求5）：U1侧向U2侧传输正向功率和U2侧向U1侧传输反向功率，采用不同的控制方式。因此，当其引用的权利要求1不具备创造性时，该从属权利要求3也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
2.4权利要求4不符合专利法第22条第3款的规定。
权利要求4引用权利要求1，其附加技术特征已被对比文件2公开（参见权利要求6）：U1侧向U2侧传输正向功率时，传输功率随占空比的增大而增大，且成平方关系。因此，当其引用的权利要求1不具备创造性时，该从属权利要求4也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
2.5权利要求5不符合专利法第22条第3款的规定。
权利要求5引用权利要求1，其附加技术特征已被对比文件2公开（参见权利要求7、9，说明书第0022段，图1、3）：反向工作时，反向功率为且nU2/(2U1)
2.6权利要求6不符合专利法第22条第3款的规定。
权利要求6引用权利要求1，其附加技术特征已被对比文件2公开（参见说明书第0002-0023段，图1-5）：消除了功率回流现象，且具有更小的电流应力。因此，当其引用的权利要求1不具备创造性时，该从属权利要求6也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
对复审请求人相关意见的评述
针对复审请求人于2019年05月01日提交的意见陈述，合议组认为：
（1）在大电流应用场合，采用开关管损耗较小的推挽式电路以降低功耗，这是本领域技术人员的惯用手段，属于公知常识。也就是说，当本领域技术人员面临应用于大电流场合的需求时，可以采用推挽电路来替代对比文件2中U2侧的全桥电路，即，将对比文件2中高频变压器的副边绕组替换为推挽电路中使用的带中心抽头的绕组，将推挽电路中的两个开关管连接在该带中心抽头的绕组两端，同时使得推挽电路中的两个开关管Q5、Q6的导通时序分别对应对比文件2中U2侧全桥电路中Q5/Q8和Q6/Q7的导通时序进行互补导通，这是本领域技术人员的惯用手段，属于公知常识。即，可将对比文件2中U2侧的全桥电路替换为公知常识性证据（《新型开关电源典型电路设计与应用 第2版》，赵同贺等编著，机械工业出版社，ISBN 978-7-111-49915-2，公开日为2015年05月）中推挽式变换电路的原边电路、即推挽电路，这是本领域技术人员的惯用手段，属于公知常识。虽然在上述公知常识性证据公开的推挽式变换电路中，变压器二次侧电路为二极管全波整流电路，而本申请中变压器原边电路为全桥结构，但是，上述公知常识性证据已经公开了其推挽式变换电路原边采用的是推挽电路，并且本领域技术人员公知，根据实际需求，推挽电路的输出端可以接多种形式的输出整流电路，如全桥整流输出电路或全波整流输出电路，从而构成不同输出电压波形的推挽式变换电路，因此，本领域技术人员能够将上述公知常识性证据中的推挽电路用于替换对比文件2中U2侧的全桥电路从而得到本申请中的电路结构。
（2）虽然对比文件2仅能实现U2侧全桥电路的绕组两侧开关管在电流过零情况下关断，而本申请可以在电流过零时实现全桥电路的绕组一侧的开关管关断和推挽电路的开关管关断，但是，为了进一步防止功率回流，在检测到电感电流过零时，不仅关断副边侧回流路径中的开关元件，还可以将原边侧回流路径中的开关元件也关断，即，同时关断全桥电路和推挽电路中的相应开关元件以切断两侧的电流传输路径，从而实现整个电路结构均处于无电流状态，完全阻止功率回流，这是本领域技术人员的惯用手段，属于公知常识。
综上所述，复审请求人提出的意见不具有说服力。
基于上述理由，合议组依法作出如下决定。
三、决定
维持国家知识产权局于2018年09月21日对本申请作出的驳回决定。
如对本复审请求审查决定不服，根据专利法第41条第2款的规定，复审请求人可以自收到本决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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