我國新能源汽車領域專利申請情況分析

徐國祥,余碧濤,李福木,艾 娟

(1.國家知識產權局專利局專利審查協作北京中心,北京 100190;2.北京科技大學材料科學與工程學院,北京 100083)

2010年10月,我國將新能源汽車產業確定為戰略性新興產業重點發展方向之一。超前部署新能源汽車產業的研發、產業化,力爭在未來形成具有世界競爭力的汽車工業體系[1-4]。目前對于核心技術的保護,各企業均認同采用專利權的形式實施,逐漸形成了以專利為表現形式的企業間的競爭。

本文作者對新能源汽車領域專利數據進行了統計與分析,剖析了該領域專利申請的發展趨勢與行業特點,以期為公眾更好的利用專利資源、各企業更好的調整研發方向提供參考。

1 國內新能源汽車、動力電池專利申請分布

截至2011年3月,在中國公開的與新能源汽車技術相關的專利申請中,涉及純電動汽車技術的專利申請為4 720件;混合動力汽車技術領域、燃料電池汽車領域的專利申請量分別為3 670件和1 912件。純電動汽車領域專利申請中,國內申請人的申請量約為國外來華申請人申請量的5倍,并繼續保持高速增長的態勢;在燃料電池汽車領域,國外來華申請人的申請份額幾乎占據了80%,不過近幾年的申請量有降低的趨勢;在混合動力汽車領域,國內申請人的申請量與國外申請人的申請量基本持平,并略占優勢。

分析可知,中國專利申請中,對純電動汽車技術的專利申請增長得最快,而國內申請人對燃料電池汽車技術的研發熱情不高,對混合動力汽車技術的研究,呈現出跟隨式發展的模式。

與純電動汽車發展趨勢相應,在國內申請中,截至2011年3月,在經過2002-2004年的短暫發展停滯后,動力電池技術的專利申請迎來了第二次發展高峰,中國公開的動力電池專利申請量達到3 582件,國內申請人的申請份額約占70%,并與國外申請人保持相同的申請增長趨勢,增速明顯高于全球速度。

這些數據表明:國內各大企業、院校及科研機構將動力電池作為新能源汽車領域的核心技術,并投入了巨大的熱情與研發資源。

2 新能源汽車領域的技術主題分布

混合動力汽車、純電動汽車以及燃料電池汽車同屬于采用電能作為驅動能源的新能源汽車,在橫向上均涉及以下3大關鍵技術:動力電池技術、驅動電機技術、能量管理與控制技術。

表1 國內新能源汽車領域技術重點分析[5]Table 1 Analysis of technical focus in new energy automobile of China

從表1可知:上述三大新能源汽車技術的發展重點均傾向于控制技術,其次是電池材料與電機驅動;作為動力源的動力電池(或燃料電池)與電極及其相關技術,也是重點關注的內容,主要涉及電池材料的選擇與電極功率特性調節兩個方面。

在追隨全球重點技術發展的同時,中國選擇了一條與之具有差異的技術發展路線,兩方面兼顧發展,搶先對外圍非核心技術進行布局。從技術主題看,中國專利申請在主要技術發展方向上基本與全球技術保持一致,但也存在某些偏離全球技術發展路線的熱點領域,例如在混合動力汽車領域,我國目前仍然將動力總成結構作為主導發展方向,在動力總成的開發基礎上再形成與之相配合的控制策略,而國外已將研究重點開始由傳動系統布置技術逐步向高性能控制策略設計方向轉移;在純電動車領域,更是走出一條與全球發展方向存在明顯不同的技術發展路線——以傳動系統布置為重點研究對象,該技術難度水平相對于控制技術而言較低,可參與性更強。這也從一個側面反映出我國企業在追隨全球技術發展過程中,結合自身特點,有針對性地選擇了一些與產業基礎及技術實力相適應的技術點作為發展重點。

對于動力電池材料技術的研究,仍然是關注的重點,國內申請人已開始外圍技術的專利布局。目前,對動力電池技術重點的研究內容在鋰電池技術、電池充電器技術、電池材料技術及電量測量技術,近期熱點仍集中于電池材料技術。日本豐田在該領域具有一定優勢,而中國在重點關注電池基礎技術領域的基礎上,近期研究熱點開始轉向動力電池在車輛上的應用,這屬于電池應用技術領域。我國選擇外圍領域積極布局的這種做法,也是搶占市場先機的有效途徑。

3 新能源汽車領域的申請人分布

新能源汽車領域中國主要專利申請人情況見表2、表3。

表2 新能源汽車領域中國主要專利申請人情況分布[5]Table 2 Distribution of applicant in new energy automobile of China

從表2、表3可知:在國外來華申請人中,豐田、通用與福特在混合動力汽車領域的申請量中排名前三;豐田、通用與本田占據純電動汽車領域申請量的前三位;燃料電池汽車領域的申請量排名前三的則是豐田、通用與日產。豐田與通用公司在新能源汽車領域在中國開展了強勢布局,隨著新能源汽車在中國的進一步應用與推廣,國外企業將越來越重視在華開展專利布局。

表3 新能源汽車領域中國主要專利申請人情況分布[5]Table 3 Distribution of applicant in new energy automobile of China

在國內申請人中,奇瑞、比亞迪與長安的申請量排名混合動力汽車領域的前三位;純電動汽車領域申請量排名前三的申請人則為比亞迪、奇瑞與清華;在燃料電池汽車領域,清華、上海神力與上海燃料電池汽車系統有限公司分列申請量的前三位。目前,我國參與新能源汽車研究的企業、科研院所、高校甚至個人較多,但并未形成具有絕對領先優勢的行業領軍企業或帶頭人。

動力電池技術國外來華申請人中,豐田、松下與日產排名前三位,其中松下公司作為專業的電子設備制造商參與到新能源汽車產業的發展中來,有著啟示作用;在國內申請人中,比亞迪、奇瑞與天津力神位列前三位,其中,比亞迪自身具有較強的電池業務實力,而力神電池也是一家以電池為主導業務的企業,專業電池生產企業加入到新能源汽車產業發展中來,將對我國盡快實現新能源汽車總體技術水平的突破起到積極的作用。

4 磷酸鐵鋰電池技術中國專利申請分析

作為新能源汽車動力源的重要構成部分,鋰離子電池在全世界范圍內受到了廣泛關注,正極活性材料在經歷了鈷酸鋰、錳酸鋰等材料的研究后,基于對車輛用鋰離子電池的安全性考慮,磷酸鐵鋰[6]逐漸成為具有潛力的動力型鋰離子電池正極材料。

磷酸鐵鋰電池專利申請量隨年度變化的分布見圖1。

圖1 磷酸鐵鋰電池的申請量年度變化Fig.1 Annual change in application of lithium iron phosphate

從圖1可知,2001-2003年,磷酸鐵鋰電池的專利申請量僅在個位數;至2007年之前,申請量仍然不足百件;2007-2010年,專利申請量呈現快速增長的趨勢,其中2007年的申請量是2001年的21倍,是2006年申請量的近2倍,而2009年的專利申請量比2007年又翻了一番。由此可知,這一領域的技術正處在高速持續發展之中。

4.1 主要技術分布

從圖2可知,目前磷酸鐵鋰電池技術的研究重點仍為磷酸鐵鋰材料的制備。這主要是由于磷酸鐵鋰材料電導率低,導致高倍率充放電性能差,實際比容量低;顆粒粒度不均勻,振實密度低,導致容量密度低。

圖2 磷酸鐵鋰電池主要技術分布Fig.2 Distribution of technology in lithium iron phosphate

4.2 申請人情況分析

目前,對磷酸鐵鋰電池技術的專利申請,以比亞迪、清華大學、中南大學、比克電池和彩虹集團等申請人的申請量居多。上述申請人歷年申請量的變化見圖3。

圖3 申請人歷年申請量的變化Fig.3 Annual change of application number

從圖3可知,對于集中申請期而言,比亞迪是2006-2008年,比克是2007年,彩虹集團是2010年,這與各企業研發方向的調整有關;對于高校而言,申請量基本保持穩定,不存在集中申請期,因為高校以研究為主,能進行持續穩定的研究。清華大學在2003年即申請了專利,比企業早2年;比亞迪和比克已不再進行相關技術的進一步開發;彩虹集團僅2010年即提出了15件專利申請。

4.3 對我國磷酸鐵鋰電池專利技術發展的建議

目前,在世界范圍內,日本企業對磷酸鐵鋰的申請量最多,在我國國內雖然也具有一定規模的專利申請量。如何面對國外公司的專利壁壘,國內企業如何在競爭激烈的市場中擁有一席之地,制定合理的研發和專利策略至關重要。本文作者認為:高校、企業與政府三者互動,協同發展,是最有效的專利戰略,積極建立大學-企業專利技術研發中心,以此為企業營造專利技術研發平臺,為大學師生理論與實踐的緊密結合提供常設平臺,加快大學的專利成果轉化;中國企業要大力發展研發機構,提高企業的研發能力;加強研發經費的投入強度,提高研發效率;加強專利外部合作,加強專利的國際保護,在此基礎上最終實現提高自主創新能力的目標。

5 新能源汽車領域發展趨勢預測

通過對新能源汽車技術領域中相關技術點的分析,結合行業發展現狀與相關發展規劃,使用電化學電池的新能源汽車領域未來幾年的技術發展方向與重點趨勢見表3。

表3 國內新能源汽車領域技術發展趨勢[5]Table 3 Technology development trends in new energy automobile of China

在混合動力汽車領域,動力電池技術成為全球及中國發展重點;在純電動汽車領域,全球與中國的技術發展應基本保持同步,解決電池材料的問題將是未來發展的重點;在燃料電池汽車領域,燃料電池技術是重點,第三代燃料電池技術的發展將是燃料電池汽車技術取得突破的關鍵;而對于動力電池技術領域,筆者認為比能量、比功率以及電池材料技術的解決將成為突破其技術瓶頸的關鍵所在。

6 小結

綜上所述,本文作者通過對新能源汽車領域涵蓋的主要類型、關鍵技術及與其直接相關的電化學電池的專利申請進行統計、分析,希望能夠為掌握產業發展趨勢,分析產業發展熱點,促進我國新能源產業未來的發展有參考作用。

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[5]Development Planning Department of SIPO(國家知識產權局規劃發展司).新能源汽車產業專利態勢分析報告[J].Patent Statistics Briefing(專利統計簡報),2011,(18):1-16.

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