新能源汽车产业专利趋势分析

【关 键 字】 新能源汽车  专利技术  专利地图  TRIZ理论  技术预见
【摘    要】 新能源汽车各项技术的成熟度存在较大差异,导致业界对产业发展方向的定位不甚清晰。本文按照情景分析、专利分析以及TRIZ技术进化路线分析所构成的技术分析及其技术预见流程,对中国新能源汽车行业的市场需求、产业发展目标和研发基础进行定性的情景分析;利用技术专利地图,对中国的混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车这三种主要类型新能源汽车的专利技术信息进行分析。在此基础上,根据TRIZ技术进化理论,预见新能源汽车的技术进化路径,得出中国新能源汽车产业关键技术以及预期的实现时间。
 
一、引言
 
新能源汽车区分于使用汽油、柴油发动机的能源汽车,它采用非常规车用燃料作为动力来源,或者使用常规车用燃料、采用新型车载动力装置。新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车、氢能源动力汽车、燃气汽车、生物燃料汽车、太阳能汽车、其他新能源(如高效储能器)汽车等。新能源汽车虽然种类较多,但以其中的混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车这三种类型的汽车为主,本文的研究对象,也主要集中于这三类汽车。
 
新能源汽车具有环保、节能的独特优势,适应了国际能源供应紧缺以及环境保护呼声日益高涨的大背景,成为市场和社会各界关注的焦点[1]。培育和发展新能源汽车产业是缓解能源和环境双重压力,推动汽车工业转型升级,实现可持续发展的紧迫任务,也是培育未来新的经济增长点,抢占新一轮科技经济发展制高点,增强国际竞争力的战略举措[2]。2012年6月,国务院印发《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》,该规划提出到2015年,纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量力争达到50万辆,到2020年,纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力争取达200万辆、累计产销量超过500万辆[3]。2013年7月,国务院常务会议明确要求我国要加快发展节能环保产业,要在政府公务用车和城市公交车方面率先推广使用新能源汽车[4-5]。然而,纵观近年来新能源汽车产业的发展历史,虽然我国在各方面给予了大力支持,但是取得的成就却较为有限。相关数据显示,2012年新能源汽车的产销量比重分别仅占汽车行业产销量的0.065%和0.066%。新能源汽车行业发展缓慢,究其原因,一方面是产业链有效衔接不当,基础设施服务体系不健全,但主要原因是关键核心技术研发供给不足,产业关键技术尚待实现。
 
二、专利地图和TRIZ理论
 
(一)专利地图
 
专利是技术信息的有效载体,所提供的技术情报内容翔实准确,相比科学技术期刊而言,专利更具有趋前性。研究表明,有效使用专利信息平均能缩短60%的研发周期,节约40%的科研经费[6]。专利技术是指被处于有效期内的专利(包括发明专利、实用新型和外观设计)所保护的技术,它随着专利有效期的结束而变成非专利技术,过期专利技术可以无需付费无偿使用。在收集、整理、利用专利技术信息的过程中,专利地图(Patent Map)这一工具能够发挥重要作用。专利地图作为一种图表信息的统计分析方法,具有类似于地图的导向功能。具体而言,专利地图将检索到的专利数据进行整理、加工、剖析、综合、归纳,以数据形式归入一张图表中,通过对比、分析和研究,对数据做出预测和判断,从而获取技术发展水平、技术发展趋势等信息,为技术战略选择提供服务。
 
一般而言,专利地图包括历年专利申请动向图、技术生命周期图、各国专利占有比例图、专利引用族谱、IPC(国际专利分类)分析图、公司专利平均年龄图、专利地区分布图等。专利地图在制作过程中首先应明确制作目的以及待解决的问题,确定专利检索主题、地区、数据库、时间段,然后对数据进行筛选、剔除、整理。专利地图需要在对每一篇专利文献进行详细解读的基础上进行,不能依赖专利分析软件而只能依靠人工制作完成。
 
(二)TRIZ理论
 
专利地图是研究专利技术信息的有效工具,而TRIZ理论可用来指导技术发展趋势的预测。在综合分析专利地图的基础上,利用TRIZ进化法则对不同技术按其发展路径选择合适的进化路线,在此基础上形成产业关键技术实现时间,完成技术预见。
 
TRIZ理论由阿奇舒勒(G.S.Altshuller)在1946年创立。TRIZ的俄文拼写为“теории реше ния изобрет-ательских задач”,该拼写用英语标音读为“Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch”(缩写为TRIZ),英文翻译为“Theory of Inventive Problem Solving”(中文意思是:发明问题的解决理论)。TRIZ其意义为发明问题的解决理论[7]。阿奇舒勒在从事专利管理工作中发现,产业领域中的技术创新有着内在规律,技术变革与创新如同生物体的生命规律一样有章可循,存在萌芽、成长、成熟、消亡的技术进化过程。掌握该规律,就能能动地进行技术创新并预测技术发展趋势。阿奇舒勒为此构建了TRIZ理论,该理论表明,掌握技术发展进化规律要遵循一定的科学方法,在解决技术问题时存在一定的法则,要较快获得新技术,就必须遵循科学方法和法则[8]。TRIZ理论的应用领域已经由工程技术拓展到社会经济管理方面,成为解决技术难题可遵循的成熟方法体系[9]。应用TRIZ有助于识别技术发展现状,评估技术生命周期曲线[10],从而预测技术与产品的发展趋势,进而开发更具竞争力的新产品[11]。据统计,1997-2003年近7年时间里,韩国最大的电子工业公司三星电子,通过应用TRIZ取得了显著的技术创新成果。采用TRIZ理论指导项目研发节约相关成本15亿美元,在67个研发项目中通过运用TRIZ技术成功申请52项专利[12]。
 
(三)新能源汽车产业技术分析及其技术预见流程
 
本文以反映技术、产品和市场发展状况的产业关键技术实现时间形式展现技术预见成果,综合考虑了各方利益。结构上采用二维格式,横轴表示时间维度,展示技术的演变进程,纵轴表示空间维度,展示技术发展与研发基础、市场前景等不同因素的联动关系。产业关键技术实现时间的制作过程同时也是利益相关者对产业未来发展达成共识的过程[13],按以下流程进行。
 
第一,组建团队。通过召开研讨会,整合各方专家意见,收集整理相关文献资料,确定产业关键技术实现时间的制作方法。明确政府、企业、科研机构等利益相关者构建技术创新平台且共享技术资源的意愿。组建以政府为主导、产业协会、企业、科研机构、高校共同协作的团队,并进行明确分工。
 
第二,情景分析。对产业在国民经济中所处的地位、发展环境、目标、技术水平、市场需求等进行探索,形成对产业发展现状的初步分析。
 
第四,TRIZ进化路线分析。综合分析专利地图,利用TRIZ进化法则对不同技术按其发展路径选择合适的进化路线,对技术发展趋势进行预测,在此基础上形成产业关键技术实现时间,完成技术预见。
 
三、新能源汽车产业现状及趋势分析
 
(一) 市场潜在需求旺盛
 
我国新能源汽车产业始于20世纪90年代,经历了研发启动阶段、研发布局阶段,现已发展到了产业转化阶段。2009年,新能源汽车产业被列入“七大战略性新兴产业”,在停车费、通行费、电价优惠、定额补贴等一系列政策扶持下,新能源汽车在25个城市得到积极的示范推广。相关数据显示,2012年我国生产新能源汽车12552辆,其中纯电动汽车11241辆、插电式混合动力汽车1311辆;销售量为12791辆,比2011年翻了一番,在2010年的基础上翻了两番,新能源汽车成为我国汽车工业发展新的增长点。目前我国新能源汽车市场初具规模,部分产品已经实现小批量生产和示范运营,但新能源汽车产品尚处于试验阶段,尽管政府对产业发展给予了极大支持,市场化进程却不尽人意。与欧美等发达国家相比,我国新能源汽车的消费环境不够理想,消费者对新能源汽车的接受程度普遍较低,制约了消费需求,影响了新能源汽车产业规模化进程。例如,2008年,美国新能源汽车销量已达31.4万辆,日本也实现了销量10万辆的突破,而我国2012年才达到12791辆,销售市场可谓刚刚起步。以当前批量生产且销量最大的混合动力汽车丰田普锐斯为例,自1997年上市以来全球销量已突破100万辆,2008年其在日本市场的销售量为7.3万辆,而中国市场的销量仅558辆。
 
尽管市场尚处于起步阶段,但是发展新能源汽车产业对我国具有很大的现实需要和强烈的紧迫性。因为:(1)能源危机。2009年,我国超越美国成为世界第一大汽车生产消费国,2012年汽车产销量分别为1927.18万辆和1930.64万辆,继续位居世界第一,导致国内石油消费快速增长,对外依存度超过50%,石油生产已经接近极限,能源安全问题日显突出。相比而言,我国风能、太阳能、地热能、海洋能、生物质能等新能源资源非常丰富,在资源禀赋优势下,汽车行业寻求新能源代替传统能源迫在眉睫。(2)环境污染。据统计,2011年全国机动车排放污染物4607.9万吨,其中氮氧化物(NOX)637.5万吨,颗粒物(PM)62.1万吨,碳氢化合物(HC)441.2万吨,一氧化碳(CO)3467.1万吨[15]。近段时间全国大部分城市PM2.5严重超标,酸雨、雾霾等大气污染问题的频频发生,都与汽车尾气排放紧密相关,机动车污染已经成为我国空气污染的主要源泉。在节能环保,建设美丽中国的社会大环境背景下,发展新能源汽车拥有广阔的市场前景。
 
(二) 产业技术目标
 
国务院2010年出台《节能与新能源汽车产业规划(2011-2020年)》要求,新能源汽车以发展纯电动汽车、混合燃料、氢燃料汽车为主,通过政策扶持争取在2015年前形成3~5家动力电池、电机等关键零部件龙头企业,动力电池系统能量密度力争达到120瓦时/公斤,成本降至2元/瓦时,2020年动力电池系统能量密度上升至200瓦时/公斤,成本继续降至1.5元/瓦时。争取到2020年,实现新能源汽车累计产销500万辆,中、重度混合动力乘用车占乘用车的年产销量达50%以上的目标[3]。不同种类的新能源汽车因技术适用性及驱动能源的资源禀赋不同,在发展进程中有轻重缓急之分[2],在未来一段时间内,我国新能源汽车产业的发展重点应集中在以下几个方面。
 
1.混合动力汽车。混合动力汽车技术以电为第二动力,采用油、电混和动力技术,兼具两套动力系统和动力管理控制系统,行程与普通汽车基本一致,具有低油耗、低排放特点,能量转换效率高。该类型汽车适宜在城市中大范围推广,市场潜力巨大,是大范围普及纯电动汽车技术前无法逾越的技术路线。混合动力汽车的核心是电池技术和电池管理系统,发动机技术、电机控制技术、整车控制技术,发动机和电机之间动力的转换和衔接技术也是技术研发重点。目前,我国已自主研制出容量为6Ah-100Ah的镍氢和锂离子动力电池系列产品,能量密度和功率密度接近国际水平。在未来几年,将形成20亿Ah以上的动力电池和全系列驱动电机生产能力,满足100万辆混合动力汽车的配套要求。
 
2.纯电动汽车。纯电动汽车以车载电源为动力,无需使用内燃机,摆脱了石油依赖,在节能环保和保养维护方面优势显著,能实现零排放、低噪音污染,能源利用效率高,是未来汽车行业发展的主要方向。发展纯电动汽车,要解决电池技术、电机驱动及控制技术、电动汽车整车技术、能量管理等技术难题。纯电动汽车的电池技术目前已经取得了实质性突破,
 
未来几年,主要以研发镍镉(NJ-Cd)、镍氢(Ni-MH)、钠硫(Na/S)、锂离子(Li-ion)和锌空气(Zn/Air)等碱性电池为主,感应电动机(IM)和永磁无刷电动机(PMBLM)等电力驱动和控制技术也是未来技术研制的主攻方向。
 
3.燃料电池汽车。燃料电池汽车是更高代级别的纯电动汽车,是新能源汽车技术中短期发展的重要补充,它以氢气等新能源为燃料动力,直接将化学能转化为电能,汽车蓄电池的能量高、功率大,并且可以通过控制技术从而控制能量反应过程,使能量转换持续进行。燃料电池汽车对环境没有污染也无需充电,能源补充较为方便,然而由于生产成本高昂,技术发展前景比较有限,因此未来发展的目标是建设加氢站等基础设施,改变单一的燃料电池供能方式,在蓄电池和超级电容技术方面取得突破。
 
(三)技术研发基础
 
2001年9月,“十五”国家“863”计划重大专项确立了新能源汽车“三纵三横”的研发布局,纵向以燃料电池汽车、混合动力汽车、纯电动汽车3种整车技术为主要发展对象,横向以多能源动力总成系统、驱动电机、动力电池3种关键技术为重点研发对象[16]。经过十几年的发展,新能源汽车行业形成了以总体组负责、整车企业牵头、关键零部件配套、产学研合作,政策、法规、技术标准协调的研发战略。
 
近年来,我国在新能源汽车技术研发方面取得了长足进步,与国际先进水平的差距大幅缩小。在我国要发展的七大战略性新兴产业当中,各产业的技术与发达国家的差距不同,其中新能源汽车产业的技术与国外差距相对最小,不少技术还处于国际领先水平[17]。我国在新能源汽车研发领域已有200多家企业、高校及科研院所,3000多名科研人员参与自主研发,集成了30余个技术创新平台,形成了3000多项专利成果[18]。整车技术研发方面,北京科凌公司研发的纯电动客车,无论是经济性还是动力性都达到了国际领先水平,北汽集团研发的纯电动汽车Q60FB、C30DB、M30RB三种车型都已经实现量产。动力方面,我国自主开发的永磁无刷电机、交流异步电机和开关磁阻电机实现了整车小批量配套使用。能源方面,镍氢和锂离子系列动力电池的功率密度和能量密度都得到明显提升,燃料电池在可靠性和使用寿命上也取得一定进展,以铅酸蓄电池为代表的电池技术在混合动力汽车、纯电动汽车技术领域已处于成熟期。
 
目前,我国已经建成了天津动力蓄电池检测中心、北京理工大学车用电机检测中心、清华大学客车用燃料电池发动机等多个新能源汽车示范基地和检测中心,一定程度上推进了新能源汽车的产业化[19]。但是,在基础设施及配套服务建设方面还比较滞后,表现在充电基础设施、氢燃料补给基础设施、氢燃料生产系统和配件及维修站等远不能满足需要。
 
四、新能源汽车产业专利技术分析
 
(一)专利筛选
 
本文所研究的新能源汽车技术专利数据来源于中国知识产权网,为保证专利数据的科学全面性,论文以“新能源汽车 or 燃料电池汽车 or 混合动力汽车 or 纯电动汽车”为关键词,将检索时间锁定为申请日从2003年1月1日到2012年12月31日,时间跨度为10年。根据条件共检索出相关专利信息1393条。
 
(二)专利地图绘制
 
1.专利申请动向图
 
图1的信息说明:自2003年以来,我国新能源汽车专利技术申请量总体呈现逐年增长态势,2012年相比2011年稍有回落。2003-2006年的4年间,技术发展处于萌芽阶段,专利申请量很少,每年的申请量均不足100件。随着新能源汽车产业发展以及传统汽车产业引致的一系列环境污染和能源危机的加剧,业界对于新能源汽车产业特别是新能源汽车技术倍加关注,企业、科研院所以及高等院校纷纷加大技术研发力度,我国新能源汽车专利申请数量快速增长,2011年全年达到了334件,规模非常可观。
 
2.专利权人分布图
 
搜索的1393条新能源汽车专利技术信息中,专利权人共有407家,专利权人分别拥有的专利项数(拥有专利项数大于等于8项的)如表1所示。
 
 
图1 2003-2012年我国新能源汽车专利技术申请量
表1 新能源汽车技术专利权人拥有专利数量排序表
 
从表1可以看出,专利项数在专利权人中分布较为分散,奇瑞汽车股份有限公司拥有122项新能源汽车技术专利,占国内新能源汽车技术专利的8.8%,体现了其在新能源汽车技术领域的主导地位。重庆长安汽车股份有限公司拥有61项新能源汽车技术专利,占据总数的4.4%,领先于上海汽车集团股份有限公司、东方汽车公司等国内汽车巨头。在高等院校和科研院所中,清华大学拥有29项新能源汽车技术专利,领先于重庆大学、同济大学、吉林大学等以汽车专业见长的高等院校。总体而言,我国新能源汽车专利权人分布在产学研各个领域,体现了产学研一体化的技术研发优势,但技术研发集中度依然不足。
 
3.技术生命周期图
 
技术专利图展示了新能源汽车专利技术所处的发展阶段,据此可以推测未来技术的发展方向。按照专利申请量与专利申请人数量时序变化,专利技术生命周期一般存在引入期、发展期、成熟期、衰退期、复苏期5个阶段,从图2来看,我国新能源汽车专利技术生命周期经历了引入期,目前正处于发展期,向着成熟期迈进。2008年以前,我国新能源汽车专利技术研发主体比较单一,专利申请量较少,处于引入期。2008年以后,新能源技术的研发向着纵向和横向发展,技术有了突破性进展,市场逐渐扩大,介入的企业和研发主体逐步增多,专利申请量与专利申请人数量大幅度上升。
 
4. IPC分析图
 
IPC分析图能够展示当前新能源汽车的技术分布和技术发展趋势。图3中,横轴表示国际专利分类号的部类,长条高度表示新能源汽车技术领域该部类专利的数量多少。从图3可以看出,新能源汽车技术主要集中在一般车辆领域,B60(一般车辆)的专利研发成果在数量上占据绝对优势,占2004-2012年新能源汽车专利技术研发量的59.7%,其次是H01(基本电气元件)为155件,占研发总量的11.1%。而F03(液力机械或液力发动机;风力、弹力或重力发动机;不包含在其他类目中的产生机械动力或反推力的发动机)、F15(流体压力执行机构;一般液压技术和气动技术)、F25(制冷或冷却;加热和制冷的联合系统;热泵系统;冰的制造或储存;气体的液化或固化)、C08(有机高分子化合物;其制备或化学加工;以其为基料的组合物)、B22(铸造;粉末冶金)、B29(塑料的加工;一般牌塑性状态物质的加工)等领域的研发相对缺乏。
 
 
图2 我国新能源汽车专利技术生命周期图
 
图3 我国新能源专利技术IPC分析图(大类)
5.专利研发主体地域分布图
 
图4显示,安徽、上海、重庆占据我国新能源汽车专利技术较大比例,分别达到12.6%、11.7%和11.2%,而美国、韩国、日本等汽车制造强国在我国的专利战略布局则相对弱化,分别仅占1.1%、0.5%和3.9%。虽然北京、上海、江苏等汽车企业集聚地区申请的新能源汽车专利占据了总量的大部分,但是每个地区占据的比例都较少,大部分在10%以下。由此反映我国新能源汽车技术专利区域分布虽然广泛,但是集中度不高的研发现状。新能源汽车行业作为以技术创新为特征的战略性新兴产业,技术研发需要大量资源投入,分散和重复性的研发不仅造成资源浪费,而且直接导致技术发展缓慢、专利质量低下。图4反映的新能源汽车技术研发集中度低是今后业界面临的重大问题之一。
 
五、新能源汽车技术进化路径
 
本文主要对混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车这3种类型汽车的技术进化路径展开研究,对其它种类的新能源汽车则存而不论。
 
(一)混合动力汽车技术进化路径
 
混合动力汽车技术是新能源汽车技术领域的研究重点,在检索的1393条专利信息中与之相关的多达885条,占信息总量的63.5%。经过对专利信息的深入分析,混合动力汽车技术专利主要集中在3方面:动力传动系统专利信息311条,内容涵盖汽车变速与动力耦合装置、变速器传动系统、逆变器和制动器、ISG电机、液力机械变速箱等;联合制动控制系统专利信息164条,内容涵盖电池管理控制器、电源电器、AMT变速箱、扭矩监控系统等;电池管理系统专利信息38条,内容涵盖电池组控制器、电刹模块、高压安全预防控制系统、车载充电器等。
 
1.动力传动系统领域专利分析
 
(1)专利申请量总体趋势分析
 
检索发现,本领域的专利申请集中在2007-2012年,5年内混合动力汽车在动力传动技术领域的专利年均申请量均保持在30项以上,总体呈现持续快速增长态势,其中2011年达到峰值,为6项,如图5所示。众多汽车制造企业、高校及研发机构加快了混合动力汽车动力传动技术研究,加速了技术创新步伐。
 
根据TRIZ理论,本文比较专利申请数量曲线与技术成熟度预测曲线,对混合动力汽车动力传动系统技术进行成熟度预测。综合图5和图6两组曲线,我国混合动力汽车动力传动系统技术处于发展期向成熟期过渡阶段,领域内的各项技术基本能满足混合动力汽车产业化发展的需求,但仍然存在进一步优化空间。
 
 
图4 我国新能源汽车专利技术地域分布图
注:图中的“德国”,是指德国在我国申请的专利数量,图中的“日本”,是指日本在我国申请的专利数量;图中的“其他”,包括河北、美国(在我国申请的专利)、陕西、四川、黑龙江、广西、韩国(在我国申请的专利)、江西、云南、法国(在我国申请的专利)、内蒙古、英国(在我国申请的专利)、贵州、海南、奥地利(在我国申请的专利)、瑞典(在我国申请的专利)、意大利(在我国申请的专利),其中每个国家或每个地区的专利研发数量均在17个或者以下,总量为103个,为图示清晰起见,统一归为“其他”项。
 
图5 混合动力汽车动力传动系统领域专利申请量趋势分析图
 
图6 技术成熟度预测曲线
(2)申请人分析
 
混合动力汽车动力传动系统领域的专利申请主要集中在国内企业和高校,排名靠前的国外申请(专利权)人只有日本的丰田自动车株式会社一家,共申请了8项专利。本领域国内专利申请人按数量排名依次为:奇瑞汽车有限公司15项;东风汽车公司14项;北汽福田汽车股份有限公司10项;重庆长安汽车股份有限公司8项;比亚迪股份有限公司8项。
 
(3)技术领域分析
 
通过对专利申请国内分类号的归纳总结,发现该领域专利申请主要集中在B60K6/00(用于共用或通用动力装置的多个不同原动机的布置或安装,例如具有电动机和内燃机的混合动力系统)、B60K17/00(车辆传动装置的布置或安装)、B60K11(与动力装置的冷却结合的布置) 等方面,如图7所示。通过分析,对混合动力汽车动力传动系统领域的专利技术进化进行预测发现,混合动力汽车变速与动力耦合装置、自动变速器传动系统、多轴驱动混合动力汽车驱动系统、液力机械综合传动装置是今后该领域发展的趋势。
 
2.联合制动控制领域专利分析
 
(1)专利申请量总体趋势分析
 
本领域专利申请集中在2009-2012年,2004年专利申请还处于起步阶段,此后逐年上升,2011年达到申请量的最高值,如图8所示。参照TRIZ理论,对比该领域专利申请数量曲线与技术成熟度预测曲线,可以得出,我国混合动力汽车联合制动控制领域专利技术仍处于发展期,各项技术正日臻成熟。
 
 
图7 混合动力汽车动力传动系统领域专利申请技术分布
 
图8 混合动力汽车联合制动控制领域专利申请量趋势分析图
(2)申请人分析
 
奇瑞汽车有限公司在该领域专利申请量独占鳌头,在164条专利申请量中占据了38项。国外企业也表现了强劲的势头,日本日野自动车株式会社、丰田自动车株式会社和德国的罗伯特·博世有限公司排名比较靠前,专利申请量分别达到14项、8项和7项。
 
(3)技术领域分析
 
通过对专利申请分类号的归纳总结,发现我国混合动力汽车联合制动控制系统领域的专利申请主要集中在B60W20/00(专门适用于混合动力车辆,即具有两个或多个不止一种类型的原动机)和B60W10/00(不同类型或不同功能的车辆子系统的联合控制)两个领域,如图9所示。该领域技术呈现从零部件向整车集成方向发展的趋势,控制系统结构更加紧凑和完整。预测整车集成控制系统、电机驱动总成控制技术是未来联合制动控制系统领域的研发方向。
 
3.电池管理系统领域专利分析
 
(1)专利申请量总体趋势分析
 
本领域专利申请经历了2004-2005年的起步阶段,2007年达到峰值12项,2008-2009年专利申请量处于低位徘徊,可能是受国际金融危机影响,电池管理系统领域的研发处于停滞状态。2010年开始,专利申请数量逐步上升,逐步恢复到2007年的水平,预计今后一段时间内,混合动力汽车电池管理系统领域的专利申请量将呈现上涨趋势。
 
 
图9 混合动力汽车联合制动控制系统领域专利申请技术分布
 
图10 混合动力汽车电池管理系统领域专利申请量趋势分析图
(2)申请人分析
 
该领域的专利申请依然是奇瑞汽车有限公司处于领先地位,在69项专利申请中占15项,国内企业和高校的研发成果较为突出,上海汽车集团股份有限公司和北京智行鸿远汽车技术有限公司专利申请量分别为6项、4项,排名位于前列的国外企业仅有日本丰田自动车株式会社,申请数量为4项,其余的40项专利分散在28个申请(专利权)人中,平均每个申请人仅有1~2项,说明该领域内的专利技术研究集中度比较高。
 
(3)技术领域分析
 
通过对专利申请国内分类号的归纳总结,发现我国混合动力汽车联合制动控制系统领域的专利申请主要集中在B60L11/00(用车辆内部电源的电力牵引)、B60L3/00(电动车辆上安全用电装置;运转变量,例如速度、减速、功率消耗的监测)、B60L15/00(控制电动车辆驱动)、B60L7/00(一般用于车辆的电力制动系统)等领域,技术申请领域分布比较均衡,如图11所示。
 
(二)纯电动汽车技术进化路径
 
1393条新能源汽车技术专利中,与纯电动汽车相关的有345条,占专利总量的24.8%。依照动力传动系统、联合制动控制系统和电池管理系统分析路径,得出我国纯电动汽车技术专利主要集中在:动力传动系统专利信息66条,内容涵盖双动力耦合驱动装置、集成驱动、纯电动汽车循环冷却装置、核心驱动及控制一体化、双离合变速器传动等;电机及控制系统专利信息43条,内容涵盖电机集散控制、直流变换装置、电机转矩控制、自发电充电装置、充电逆变一体化、毂动力发电机组;电池管理系统专利信息80条,内容涵盖一体化电源装置、电源管理系统的显示、电池高压分配器、制动能量回收控制等。
 
1.动力传动技术领域专利分析
 
(1)专利申请量总体趋势分析
 
如图12所示,纯电动汽车动力传动技术领域专利申请量在2004-2007年基本处于空白,从2008年开始稳步上升,到2012年已经上升到24项。对比TRIZ理论技术成熟度曲线可知,该领域的技术研发水平目前处于快速成长期,预计今后一段时间,纯电动汽车动力传动技术领域的专利申请量将继续快速增长。
 
(2)申请人分析
 
该领域研发主体比较分散,66项专利分散在40个申请人中,集中度偏低,排名位于前列的重庆长安汽车股份有限公司、重庆长安新能源汽车有限公司和东风汽车股份有限公司申请数量在2004-2012年9年间分别都只有4项。值得注意的是,该领域中个人作为研发主体发挥了重要作用,以个人为申请(专利权)人申请的专利数量达到12项,占总数量的18%。
 
 
图11 混合动力汽车电池管理系统领域专利申请技术分布
(3)技术领域分析
 
图13显示,我国纯电动汽车动力传动技术领域的专利申请主要集中在B60K1(电动力装置的布置或安装)、B60K17(车辆传动装置的布置或安装)和B60K35(仪表的布置或配置)3个方面,其中B60K1的专利申请量达到35项,占总量的53%。
 
2.电机及控制领域专利分析
 
(1)专利申请量总体趋势分析
 
从检索结果看,2004-2008年我国纯电动汽车电机及控制领域技术处于萌芽状态,2009年开始,专利申请量逐步上升,从2010年开始,年均申请量均在10项以上。由TRIZ理论可知,该领域技术研发水平目前处于快速成长阶段,预计今后仍将保持强劲的增长态势。
 
(2)申请人分析
 
从申请(专利权)人分析来看,该领域的研究主体比较分散,专利申请数量比较靠前的分别是重庆长安汽车股份有限公司6项,珠海银通新能源有限公司3项。43项专利申请中,个人作为申请主体的总共有9项,占总量的比例为20.1%,相对而言比较高,说明此领域的研发进度还稍为落后,研发投入力度小、资金不足,许多企业、高校并没有涉足。
 
 
图12 纯电动汽车动力传动系统领域专利申请量趋势分析图
 
图13 纯电动汽车动力传动系统领域专利申请量趋势分析图
(3)技术领域分析
 
我国纯电动汽车电机及控制系统领域的专利申请主要集中在H02J7(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)、H02K9(冷却或通风系统)、H02K5(机壳;外罩;支承物)、H02K7(结构上与电机连接用于控制机械能的装置,例如结构上与机械的驱动机或辅助电机连接)等方面,其中H02J7领域研发势头强劲(图15)。
 
3.电池管理系统领域专利分析
 
(1)专利申请量总体趋势分析
 
检索发现,我国纯电动汽车电池管理系统领域专利技术经历了2004-2007年的萌芽期、2008-2010年申请量缓慢上升的成长期,2011年达到峰值39项,目前处于快速成长阶段。2012年短暂性回落,可能与国内经济政策环境有关,总体而言,申请数量发展趋势与TRIZ技术成熟度曲线相吻合。
 
(2)申请人分析
 
该领域专利技术集中在国内企业和高校,申请量比较靠前的是山东天海电装有限公司6项、奇瑞汽车股份有限公司6项、重庆长安汽车股份有限公司4项、力帆实业(集团)股份有限公司4项、北京汽车新能源汽车有限公司4项。研发主体总体上比较分散,存在投入资金不足、人员缺乏等诸多问题。
 
(3)技术领域分析
 
从专利检索结果看,纯电动汽车电池管理系统领域专利申请主要集中在B60L11(用车辆内部电源的电力牵引)和B60L15(控制电动车辆驱动)两个方面,如图17所示。
 
 
图14 纯电动汽车电机及控制系统领域专利申请量趋势分析图
 
图15 纯电动汽车电机及控制系统领域专利申请量趋势分析图
 
图16 纯电动汽车电池管理系统领域专利申请量趋势分析图
 
图17 纯电动汽车电池管理系统领域专利申请量趋势分析图
(三)燃料电池汽车技术进化路径
 
较混合动力汽车和纯电动汽车而言,燃料电池汽车的技术专利申请量比较少,检索的1393条专利信息中,仅有66条与之相关。同样按照动力传动系统、制动控制系统和电池管理系统的分析路径,对三个领域的专利申请数量、申请(专利权)人和技术领域进行深入分析,可以预测今后一段时期,燃料电池汽车技术将向着燃料电池制造成本控制技术、动力系统集成技术、燃料电池汽车排放优化技术、燃料电池寿命提高技术等方向发展。
 
六、我国新能源汽车产业关键技术实现时间
 
通过对新能源汽车专利信息分析,以及对混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车技术进化路径的预见,整合出我国新能源汽车产业技术未来的发展方向,得出我国新能源汽车产业关键技术以及预期的实现时间。按照时间节点,绘制产业关键技术实现时间,如图18所示。
 
七、结语
 
专利技术对于新能源汽车产业发展而言至关重要,以产业关键技术实现时间形式进行的技术预见,具有直观性、简洁性等优势[20-21]。产业关键技术实现时间是动态的演变过程,特定时点的产业关键技术对产业技术发展方向的引导并不是一劳永逸的。产业关键技术实现时间在实践中完善需要注意两点:一是重视专利池和标准工作。技术标准与专利正在日益结合,技术标准下的专利池日渐成为举足轻重的专利许可体,要充分发挥专利池对新能源技术自主创新的激励作用,促进专利池的技术扩散和技术溢出效应,提高技术研发水平。二是构建产业技术创新平台。技术产业化和市场化发展要求企业成为技术研发的主体,同时加强与高校、科研院所的合作力度,立足于自主研发,以产业链为纽带,搭建集汽车制造企业、科研院所、高校为一体的研发平台,形成产学研技术联盟,通过技术创新平台内部的资源整合推进产业关键技术实现时间的进一步完善,提高技术预见的准确度。
 
 
图18 我国新能源汽车产业关键技术实现时间
参考文献:
 
[1]王静宇,刘颖琦,等.“十城千辆”示范工程政策与效果比较研究[J].科学决策,2012(12):1~14.
 
[2]张海波.我国新能源汽车产业技术路线图研究[D].武汉:武汉理工大学,2012.
 
[3]国务院.节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)[Z].
 
[4]王永吉.国务院:政府公务用车要率先推广使用新能源汽车[EB/OL].
 
[5]张 丹.基于能源国情的中国新能源汽车技术路线研究[D].重庆:重庆大学,2012.
 
[6]房华龙,王艳坤.专利技术分析方法探讨[J].中国发明与专利,2011(1):77-79.
 
[7]GENRIKH Saulovich Altshuller.Creativity as an exact sci ence:The theory of the solution of inventive problems[M].New York:Gordon and Breach Science Publishers,1984.
 
[8]根里奇·斯拉维奇·阿奇舒勒.创新算法:TRIZ、系统创新和技术创造力[M].武汉:华中科技大学出版社,2008.
 
[9]刘颖琦,高宏伟.中国新能源汽车产业联盟技术创新发展趋势与对策[J].科学决策,2011(2):1-8.
 
[10]赵志耘,郑 佳.从专利分析走向看技术创新与经济周期的关系[J].中国软科学,2010,25(9):190-197.
 
[11]娄永海.基于TRIZ理论的企业商业模式研究[D].长春:吉林大学,2009.
 
[12]徐 峰.国外企业应用创新方法的经验与启示[J].中国科技论坛,2009,25(8):142-146.
 
[13]刘凤朝,马荣康,等.基于专利技术共现网络的纳米技术演化路径研究[J].科学学研究,2012,30(10):62-70.
 
[14]贺德方.基于USPTO专利数据的全球技术创新态势分析及我国的对策研究[J].中国软科学,2012,27(8):183-189.
 
[15]熊正德,阳芳娟.基于两阶段DEA模型的上市公司债权融资效率研究——以战略性新兴产业新能源汽车为例[J].财经理论与实践,2014,(5):54-59.
 
[16]刘颖琦,王静宇,等.电动汽车示范运营的政策与商业模式创新:全球经验及中国实践[J].中国软科学,2014,29(12):6-21.
 
[17]邢红萍,卫 平.我国战略性新兴产业企业技术创新特征分析——基于全国七省市战略性新兴产业企业问卷调查[J].中国科技论坛,2013,29(7):66-71,91.
 
[18]陈文俊,寻 舸,等.湖南省新能源产业商业模式创新研究[J].经济地理,2013,33(1):128-132.
 
[19]陈 杰,陈 亮,等.基于ESCP范式下的我国新能源储能产业发展战略研究[J].财务与金融,2012,27(4):78-83.
 
[20]贺正楚,张 蜜,等.生物医药产业共性技术路线图研究[J].中国软科学,2012,27(7):49-60.
 
[21]余绍山,袁乐平,等.再生有色金属产业技术专利状况及发展对策研究[J].中国软科学,2015,30(3):46-59.
 
谢志明,张媛,贺正楚,张蜜
【作者机构】 长沙理工大学经济与管理学院;国家统计局湖南调查总队
【来    源】 《中国软科学》 2015年第9期P127-141页

在线咨询
了解我们
网站介绍
经营许可
常见问题
联系我们
横格论文网联系方式
售前咨询:0311-85287508
夜间值班:0311-85525743
投诉电话:0311-85525743
授权服务
代理征稿
支付方式
工作日 8:00-22:00
经营许可
机构信用代码证
杂志社征稿授权
企业营业执照
银行开户许可证
其它
发表服务
在线投稿
征稿授权