基于专利视角的全球电动汽车技术竞争态势研究

2018-11-09章国亮李维思文晓芬

创新科技 2018年10期

章国亮，李维思，文晓芬，刘蓓，陈琳

（湖南省科学技术信息研究所，湖南长沙 410001）

随着全球能源和环境面临巨大挑战，传统燃油汽车面临颠覆性变革，发展电动汽车已成为全球汽车行业主流趋势。为了促进电动汽车产业发展，各国均出台了一系列鼓励政策，全球电动汽车产业得到井喷式发展。2009年，我国出台了节能与新能源汽车示范推广以及补贴的相关政策，电动汽车产业取得长足进步。如何在新阶段制定更加精准的政策，促使我国电动汽车产业进一步实现“弯道超车”，准确判断全球各国电动汽车技术发展情况是首要一步。

电动汽车专利作为创新成果的表现形式，蕴含着丰富的技术信息。通过对相应专利信息的挖掘分析，可以获得企业、产业、国家的技术竞争实力、市场策略、发展进展等情报信息，进而指导电动汽车创新主体做好科技创新策略，提升产业发展的质量和效益。

1 文献综述

近年来，国内外不少学者基于专利分析的方法对电动汽车产业进行了研究。德国学者Philipp Borgstedt等人通过分析1990—2013年4种不同的动力传动汽车技术专利，衡量和评估现有供应商的创新产出和新的市场进入者在电动汽车领域的受益情况［1］。韩国学者Sung Ho Ha利用数据挖掘技术从美国专利和商标局注册的核心燃料电池汽车（FCV）专利中提取核心技术的方法，通过分析专利引文确定核心专利，识别出具有核心FCV技术的公司，并通过推导考虑所提取的核心技术的专利组合和技术点来揭示公司的总体研究重点［2］。

国内有大量研究学者基于专利视角对全球和国内的电动汽车产业发展情况进行了分析。对全球电动汽车产业发展情况进行的分析主要有以下几个：李国秋等从年度专利走势、技术领域、竞争机构等维度分析全球新能源汽车专利，发现全球的新能源专利稳定增长，但企业间合作关系不密切［3］。杨利锋等通过检索国际专利，发现中国相较日本和美国的国际专利申请量较少，在电机领域颇显弱势，但在蓄电池方面占据优势［4］。刘彤等人通过专利计量分别对比了国内外纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车技术发展现状，得出日本优势巨大，中国仍需进一步提升国际竞争力［5］。陈腾通过专利检索对日本的丰田、本田、日产三家企业的电动汽车专利进行分析，得出丰田的混合动力占优势，本田的混合动力技术涉及面相对较少，日产属于全面开发［6］。主要对国内电动汽车产业进行分析的有：黄裕蓉等从专利产出、主要竞争对手、热点技术布局3个视角分析出中国纯电动汽车技术在2005年以来进入快速发展期［7］。于晓勇等从专利的总体层面和公司层面对电动汽车进行研究，发现我国专利质量有待改善，核心专利数量有待提高［8］。张英杰等分析了我国新能源汽车技术转移活动情况，发现我国新能源汽车技术转移活动呈现出日益活跃的趋势，特别是电池技术与充电桩等基础设施技术专利呈现井喷现象［9］。胡神松基于专利大数据分析我国新能源汽车产业发展情况，指出未来20年，我国纯电力汽车的发展将会发生质的飞跃［10］。

以上研究大多对比分析了国内外电动汽车专利的数量、专利权人、技术分布等，但很少对专利质量、专利布局、申请趋势等做细致研究，且检索电动汽车范畴较小，专利数量较少，不足以全面对比研究多国电动汽车发展情况。因此，本文旨在通过对全球电动汽车产业进行全方面的专利搜索加工，从各国专利数量、申请专利趋势、专利被引频次、专利布局等方面分析各国的电动汽车技术竞争态势，了解我国电动汽车产业在全球中的准确定位，进而为有关部门制定电动汽车产业规划和策略做好铺垫。

2 数据来源及说明

本文所有数据来自智慧牙数据库，充分考虑到电动汽车驱动技术、专用传感器和电子元件技术、电池管理系统集成技术的IPC分类［11］，结合关键词制定专利检索式，对全球电动汽车专利进行全面检索，检索专利共520 541件，其中有效专利143 020件，审中专利60 858件，无效专利271 359件，未确认专利45 304件，鉴于专利从申请到公开周期大多要6～18个月，因此，本文将审中专利数据纳入研究范畴。经剔除无效和未确认专利后共有203 878件专利。

通过对有效和审中专利进行专利类型分析知，发明专利147 735件，占72%，实用新型专利43 793件，外观专利12 350件，如图1。鉴于美国、欧洲等部分国家没有实用新型专利制度，且实用新型和外观专利的技术含量与申请门槛相较于发明专利偏低，因此，本文后续对电动汽车技术竞争力的研究仅考虑发明专利数据。

图1 全球电动汽车专利类型分布图

3 电动汽车技术竞争力分析

3.1 专利申请趋势分析

图2为全球电动汽车专利申请地域分布图。从图2中可知，电动汽车发明专利排名第一的是日本，占据全球32.1%，数量优势明显，这源于日本政府和企业非常重视电动汽车的发展；其次是中国、美国、韩国、德国，分别占据全球23.8%、8.4%、7.4%、7.1%。这在一定程度上说明亚洲中日韩三国、美国、欧洲发达等国家保持着对电动汽车的研发投入，并且已经取得一定规模。

图2 全球电动汽车专利申请地域分布图

通过对日本、中国、美国近20年电动汽车发明专利年申请趋势进行分析，发现日本在1998年左右开始大量申报电动汽车专利，这与日本政府在1998年就开始实施为期9年的新能源汽车激励制度相一致，此阶段处于日本电动汽车技术发展的成长期。在2012年之后，日本申请电动汽车发明专利速度相对较慢，这可以判断日本的电动汽车技术已处于成熟期，技术突破相对较难。美国在2000年左右开始大量申报电动汽车专利，但由于诸如乙醇、液化石油气等可替代燃油技术相对较强，致使电动汽车发展速度缓慢，因此体现出每年申报相应专利递增速度慢，但随着特斯拉、通用等品牌电动汽车研发成功，从2010年开始美国电动汽车专利数量表现出大幅提高。相比而言，中国是在2009年之后大量申请电动汽车相关专利，并且在之后几年申报专利速度呈现出倍增发展态势，至2016年，申报专利速度稍微放缓，表明中国在近十年大力投入攻关电动汽车技术，这段时间中国电动汽车技术处于增长期。这与中国的电动汽车产业政策相一致：2009—2015年，中国电动汽车进入全面补贴阶段，电动汽车产业迅速发展；2016年至今，中国电动汽车进入后补贴阶段，电动汽车产业发展由量向质转变，发展速度稍有受阻。

图3 中日美三国电动汽车发明专利申请趋势图

3.2 专利被引频次分析

被引频次高的专利一般处于产业链竞争的重要位置，具有较高的技术价值和经济价值。图4为主要国家电动汽车专利被引频次分布。从图4可以看出，日本电动汽车发明专利被引频次在1～50次区间的数量处于绝对领先地位，远远高于其他各国；中国在被引频次在1～10次区间的数量相对有竞争力，但在被引频次较多的专利数量较少，一方面源于中国研发电动汽车技术时间相对较短，另一方面也说明中国有待提高电动汽车创新质量；被引次数在11～50次区间内，专利数最多的依次是日本、美国、德国，特别是在超过50次的高频引用中，美国、日本专利数量遥遥领先，这源于美国和日本有较深的汽车工业基础，科研实力强，且均较早开始布局电动汽车技术。总体而言，从全球的电动汽车专利被引频次可以看出日本、美国、德国等国家掌握着较多开创性、技术含量高的电动汽车专利，同时也说明中国、韩国在攻关电动汽车关键技术上有了后来居上的趋势。

图4 主要国家电动汽车专利被引频次图

3.3 申请专利权人分析

图5为全球电动汽车专利排名前20专利权人。从图5可以看出，日本企业数量最多，共8家，占据总数的42%，分别为为丰田、本田、日产、日本电装、三菱、爱信、铃木、三菱电机，特别是排名第一的丰田汽车公司申请发明专利数量处于绝对优势，达到14 866件，远远超出其他家企业。德国有5家企业上榜，占26%，分别为罗伯特博士、宝马、奥迪、保时捷、采埃孚，其中罗伯特博士电动汽车发明专利数量为2 647件，在全球电动汽车专利排名第六。美国的福特和通用公司在全球电动汽车专利排名分别为第四和第七名，发明专利数量分别为4 056件和2 081件。韩国的现代、起亚公司分别位列第三和第九。法国和中国均只有一家企业进入前20排名，分别为雷诺和比亚迪。

从以上全球电动汽车专利权人排名分析知，日本、德国电动汽车产业相对成熟，企业数量多，规模大，掌握着大量核心技术；美国、韩国尽管进入前20排名企业数量均仅2家，但排名相对靠前，科研实力强；中国和法国需要进一步培育企业在电动汽车领域做大做强。

3.4 专利布局对比分析

图5 全球电动汽车专利排名前20专利权人图

图6 全球电动汽车专利排名前20专利权人各国占比图

表1为全球电动汽车专利排名前10企业在各国进行专利布局情况。从表1可以看出，除在本国申请大量专利保护外，十大企业均在美国和中国进行了大量专利布局，说明美国和中国在全球电动汽车市场占据突出地位。根据中国汽车工业协会发布的统计数据，2017年全球最大电动汽车产销市场为中国，电动汽车销量77.7万辆。截至2018年6月底，中国电动汽车累计保有量占全球市场保有量50%以上。排名前10非日系企业在日本申请专利数量较少，这是因为日本本土电动车企数量众多，且日本电动汽车市场有严重的本土选择倾向缘故［12］。

图7为全球电动汽车专利进行的技术热点布局。由图7可知，全球电动汽车专利申请最热的技术领域是使用初级电池、二次电池或燃料电池供电（B60L11/18），共有38 766件专利，这是因为电池是电动汽车的核心部件，电池能量密度和寿命的不足严重制约着电动汽车的发展。其次的技术热点是专门适用于混合动力车辆（B60W20/00），说明混合动力汽车在当下有着良好的市场前景。其他如用于电池组的充电或去极化或用于由电池组向负载供电的装置（H02J7/00）和诸如电机等用于电动力单元的控制装置（B60W10/08）也是当下电动汽车产业的研发热门。

表1 全球电动汽车专利排名前10企业在各国进行专利布局情况表

图7 全球电动汽车专利技术布局分布图

图8为主要国家在电动汽车专利的技术热点布局，日本、中国、韩国、美国、德国均在初级电池、二次电池或燃料电池供电（B60L11/18）技术领域申请的专利最多；中国与其他几国不同的是在用于电池组的充电或去极化或用于由电池组向负载供电的装置（H02J7/00）技术领域申请的专利远远多于专门适用于混合动力车辆控制（B60W20/00）技术领域，这在一定程度上说明中国在诸如快充等电池管理核心技术方面进行了大量探索，但在混合动力汽车控制技术方面仍有待提升。