新能源汽車動力電池專利分析

抄佩佩，萬鑫銘，吳勝男，童一帆，王發福

(中國汽車工程研究院，重慶 400039)

近年來，隨著國際能源供應日趨緊張，原油價格持續上漲，新能源汽車逐漸成為各國研發熱點。特別是電池等新能源汽車動力系統關鍵技術的研發得到了各國政府國家戰略級別的重點支持。我國已將新能源汽車產業確定為戰略性新興產業重點發展的方向之一，超前部署新能源汽車的研發和產業化工作［1－3］。隨著新能源汽車技術的逐漸成熟，核心技術專利在全球日益激烈的競爭局面中起著至關重要的作用，它不僅是汽車企業保護研發成果的主要手段和保護市場領先地位的法律保障，也是戰略性新興產業發展生死攸關的強力支撐，更是國家自主創新能力提升，實現由汽車大國向汽車強國跨越的重要保證。故全面研究新能源汽車動力系統專利，對于我國未來新能源汽車技術發展和突破具有重要意義。

從1972年2012年，七國組織①七國兩組織是指美國、英國、法國、德國、中國、日本、瑞士、歐洲專利局、世界知識產權組織。共公開了關于新能源汽車動力系統的專利40 985件，從專利數量來看，新能源汽車動力系統技術領域由日、美、中三國領跑。其中:日本專利數量13 374件，排名第一;中國專利共有8 563件，排名第二;美國專利共有7340件，排名第三。

按照國際專利分類(international patent classification，IPC)對新能源汽車動力系統的專利進行分析，可以得出專利熱點主要集中在B60L011(電動力裝置的布置或安裝)、H02J007(用于電池組的充電或去極化，或用于由電池組向負載供電的裝置)和B60L015(控制電動車輛牽引電動機速度的方法、電路或機構)幾個大組，說明對電池組、電控相關的研究仍然是新能源汽車動力系統的重要研究方面。本文聚焦新能源汽車動力電池專利，通過對動力電池專利信息的檢索和整理，繪制功效－技術矩陣，從專利分析的角度研判未來的技術熱點。

1 全球新能源汽車動力電池專利宏觀分析

1.1 全球新能源汽車電池專利申請現狀

從新能源汽車電池專利數量上分析，中國以5 496件專利排在第1位，成為全球新能源汽車電池相關技術發展最快的國家。日本以3 194件專利排在第2位。美國以2 255件專利排在第3位。新能源汽車電池專利全局布局見圖1。

圖1 新能源汽車電池專利全球布局

1.2 新能源汽車電池專利IPC分析

圖2為新能源汽車電池專利的IPC大組專利統計和排名。可以看出:B60L011和H02J007兩個大組的專利最多，說明這兩項技術是目前全世界新能源汽車電池最重要的技術。

圖2 新能源汽車電池專利IPC大組排名

1.3 新能源汽車電池專利企業申請情況分析

對全球重要汽車企業新能源汽車電池專利申請量進行統計，可以看出TOYOTA以1742件專利遙遙領先于其它申請人，說明TOYOTA是新能源汽車動力系統電池的領導者。中國企業比亞迪和奇瑞分別以738件和249件專利位列第2和第8，但專利申請數量與豐田差距較大(圖3)。

圖3 新能源汽車電池專利申請人排名

2 新能源汽車電池專利中國專項分析

2.1 新能源汽車電池中國專利申請概況

從新能源汽車電池中國專利申請比例情況看，本土企業或自然人的申請占大多數，約為71%，來自國外企業或自然人申請的專利占29%。

圖4為對國外申請的新能源汽車電池中國專利統計排名。可以看出:日本企業或自然人申請的中國專利有1 010件，排名第一，說明日本企業非常重視在華專利布局，試圖占領整個中國市場，并且目前沒有出現其他國家的企業與之相抗衡。

圖4 新能源汽車電池中國專利國家排名

2.2 新能源汽車電池中國專利IPC分析

從圖5可以看出:通過對新能源汽車電池中國專利IPC大組進行統計分析，大組 H02J007、H01M010、B60L011所包含的專利最多，說明用于電池組的充電或去極化或用于由電池組向負載供電的裝置、二次電池及其制造、用車輛內部電源的電力牽引這3個大組的技術是中國新能源汽車動力電池研究領域的重點技術，與世界的主流技術趨于一致。

圖5 新能源汽車電池中國專利IPC大組排名

2.3 新能源汽車電池企業中國專利申請情況分析

表1為新能源汽車電池中國專利主要申請人的專利類別統計。可以看出:比亞迪雖然專利總數最多，但發明比率卻不足50%，而國外公司如TOYOTA和GM發明比率均為100%。國外公司的發明比率普遍比國內企業的高，這說明國內企業專利的技術含金量還需進一步提高。

表1 新能源汽車電池中國專利主要申請人專利類別

3 新能源汽車電池專利技術微觀分析

3.1 新能源汽車電池專利功效和技術手段總體分析

新能源汽車電池專利功能效果統計分析結果如圖6所示。可以看出:電池專利功能效果主要集中在穩定可靠、安全性好、設計合理、效率高幾個方面。由此可見，新能源汽車電池領域首要考慮的是電池設計及其安全可靠性。

圖6 新能源汽車電池專利功能效果排名

從圖7可以看出:在新能源汽車電池各技術手段中，電源管理專利數量最多，共2 712件;充電專利數量次之，共有專利1 376件。總體來看，電源管理、充電和控制器是新能源電池技術的主要研究熱點。

圖7 新能源汽車電池專利技術手段分析

3.2 新能源汽車電池專利技術逐層分析

1)第二層技術手段分析

由圖8可見:在電源管理各技術手段中，狀態檢測專利數量最多，共有1 648件;電源熱管理專利數量次之，共有793件。因此電源管理技術以狀態檢測和電源熱管理技術為主。

圖8 第二層技術手段電源管理統計

從圖9可以看出:在充電各技術手段中，充電控制專利遠遠多于其他技術手段，共有935件。能量回收、靜止充電和移動充電幾個技術點專利數量相對較少，電池充電專利主要集中在充電控制上。

圖9 第二層技術手段充電統計

圖10為放電技術手段專利申請數量，可以看出:放電專利主要集中在過放保護上，ECU控制亦有少量的專利申請。

圖10 第二層技術手段放電統計

2)第三、四層分析

圖11為技術手段第三層中狀態檢測各技術手段專利申請統計。可以看出:SOC檢測專利數量最多，數量遠多于其他技術手段，共有1 021件;異常檢測、電壓檢測、電流檢測也有相當多數量的專利。電源熱管理技術手段中，溫度控制專利相對較多，冷卻也有一定數量的專利申請，電池冷卻技術主要集中在風冷和液體冷卻方面。

圖11 技術手段第三層之狀態檢測統計

由圖12可知:電源熱管理技術手段中，溫度控制專利相對較多，冷卻也有一定數量的專利申請。

圖12 技術手段第三層之電源熱管理統計

由圖13可知:電池冷卻各技術手段中，風冷和液體冷卻的專利數量相對較多，散熱器專利相對較少，電池冷卻技術主要集中在風冷和液體冷卻。

圖13 技術手段第四層之冷卻統計

由圖14可知:在電源管理參數控制技術手段中，負荷控制、保持恒壓的技術是專利熱點。

圖14 技術手段第三層之參數控制

由圖15可知:充電控制各技術手段中，專利主要集中在參數控制上，過充保護、快速充電也有一定數量的專利，電隔離和降低內阻兩個技術點的專利數量不多。

圖15 技術手段第三層之充電控制

由圖16可知:在充電參數控制技術手段中，電壓控制、電流控制兩個技術點的專利數量較多，溫度控制、時間控制也有一定量的專利，功率控制有少量專利。

圖16 技術手段第四層之充電參數控制

由圖17可知:在各靜止充電技術手段中，充電站專利數量相對較多，充電樁也有一定量的專利。

圖17 技術手段第三層之靜止充電

4 新能源汽車電池專利熱點與空白點分析

專利地圖是以統計分析方法，加以縝密及精細剖析整理制成各種可分析解讀的圖表訊息，使其具有類似地圖的指向功能［4－5］。依托專利數據分析，繪制專利地圖，其中橫軸表示各技術手段，縱軸表示各功能效果，交叉點數量表示相應技術手段實現相應功能效果的專利數量。交叉點的專利數量越多球形越大，即為專利角度的技術熱點，空白區域則表示專利空白點［6］。分析當前電池技術熱點和技術空白點意義重大，不僅可以指導企業研發方向，還可在這些技術點布局企業自己的專利，構建知識產權體系。

由圖18可以看出:新能源汽車電池的技術主要集中在充電安全性好、節約能源、設計合理、穩定可靠、效率高，電源管理安全性好、精度高、設計合理、穩定可靠、效率高，放電安全性好，控制器安全性好、設計合理、穩定可靠、效率高等技術點。這些專利密集點的技術是當前專利申請的重點和熱點，應重點關注。

圖18 新能源汽車電池功效手段矩陣

由圖19可見:電源管理專利主要集中在電池均衡穩定可靠、效率高，電源熱管理安全性好、設計合理、穩定可靠、效率高，狀態檢測安全性好、精度高、設計合理、穩定可靠、效率高等技術點。

圖19 電源管理功效手段矩陣

由圖20可見:充電專利主要集中在充電控制安全性好、設計合理、穩定可靠、效率高，能量回收節約能源等技術點。

由圖21可見:放電專利主要集中在ECU控制穩定可靠，過放保護安全性好、穩定可靠等技術點。

圖20 充電功效手段矩陣

圖21 放電功效手段矩陣

由圖22可見:狀態檢測專利集中在SOC檢測安全性好、精度高、設計合理、穩定可靠、效率高、延長壽命，SOH檢測安全性好，電流檢測安全性好、設計合理，電壓檢測安全性好、設計合理、穩定可靠，泄漏檢測安全性好，異常檢測安全性好、穩定可靠等技術點。

圖22 狀態檢測功效手段矩陣

由圖23可見:電源熱管理專利主要集中在冷卻安全性好、設計合理、穩定可靠、效率高，溫度控制安全性好、設計合理、穩定可靠、效率高、延長壽命等技術點。

由圖24可見:充電控制專利主要集中在參數控制實現安全性好、設計合理、穩定可靠、效率高，過充保護安全性好、穩定可靠，快速充電效率高等技術點。

圖23 電源熱管理功效手段矩陣

圖24 充電控制功效手段矩陣

由圖25可見:充電參數控制專利集中在電流控制安全性好、穩定可靠、效率高，電壓控制安全性好、設計合理、穩定可靠、效率高，溫度控制穩定可靠等技術點。

圖25 充電參數控制功效手段矩陣

由圖26可見:電源管理參數控制專利集中在保持恒壓安全性好、穩定可靠，負荷控制安全性好、設計合理、穩定可靠等技術點。

圖26 電源管理參數控制功效手段矩陣

5 新能源汽車電池專利區域熱點與空白點分析

以下主要分析的是日本、美國、中國3個區域有關新能源汽車電池的功效手段矩陣。

由圖27可以看出:日本專利熱點主要集中在電源管理、控制器及充電領域。

圖27 日本專利熱點與空白點分析

由圖28可以看出:美國專利熱點主要集中在電源管理方面，在充電領域也有所涉及，控制器領域專利明顯少于日本。

圖28 美國專利熱點與空白點分析

由圖29可以看出:我國電池專利熱點與美、日兩國專利特點趨同，但在一些子技術點上專利差別較大。如我國延長壽命的專利明顯多于日本和美國。根據比較專利熱點及空白點，可在不同的市場區域制定不同的專利策略，使專利研發更富有針對性。

圖29 我國專利熱點與空白點分析

6 我國新能源汽車動力電池專利發展存在的問題

1)國外汽車巨頭在新能源動力系統領域專利布局基本完成，而國內車企專利布局不全，專利壁壘風險較高。

在新能源汽車動力系統技術高度集成的產業領域，單項知識產權的競爭力明顯降低，結構性布局成為新能源汽車動力系統知識產權的突出特點。

通過對國內外新能源動力電池專利的宏觀、微觀分析可以看出，以TOYOTA為代表的國外大型車企，其專利特點是技術起點高、地理位置覆蓋廣、技術類別全面，已經基本完成在動力電池核心部分的專利布局，特別是預先在華進行了嚴密的專利布局。

相比之下，國內汽車企業基本只在中國申請專利，在共性技術研發和專利申請上缺乏整體布局，未來存在專利壁壘和風險的可能較大。

2)新能源汽車動力系統逆向開發難度大，我國企業在此領域發明專利比重明顯偏低，國際核心競爭力較弱。

發明專利占比是衡量企業技術水平的重要指標。在動力電池領域，比亞迪公司雖然專利數量最多，但發明專利比率卻不到50%，凸顯了我國車企專利質量不高的尷尬現實，這必將影響其國際技術競爭力，制約其技術創新發展。

3)國內整車及動力電池企業專利管理水平相對落后，專利保護和風險意識淡漠，缺乏完善的預警機制［7］。

7 我國新能源汽車動力電池專利發展策略

1)重點支持電源管理、充電和控制器技術，特別是在電源管理領域，重點支持狀態檢測和電源熱管理熱點技術攻關，并發揮自身優勢，繼續加強在延長電池壽命領域的研發，努力打造國際競爭優勢。

2)鼓勵整車企業和關鍵零部件配套企業及其他產業鏈上下游企業以股權化結構的形式成立新能源動力系統總成供應商，并納入整車廠的開發體系和質量管理體系，提升整車集成品質和技術創新力。同時，對技術創新風險及成本進行有效分擔，對技術專利進行統一規范管理，優化技術創新能力和專利品質。

3)發揮行業機構管理作用，建立新能源動力系統專利數據庫，提高專利分析及預警能力建設。由于專利數據庫建設的工作量大，專利分析對技術、法律、產業分析等綜合能力要求高，僅憑單個企業之力很難實現。建議依托行業力量盡快構建新能源汽車關鍵技術的大型專題專利數據庫，并開展深入的專利分析工作，以便找到各關鍵技術的空白點，為產業發展提供情報支持和決策依據，促進自主創新。

［1］電動汽車科技發展“十二五”專項規劃［Z］.北京:科技部，2012.

［2］“十二五”國家戰略性新興產業發展規劃［Z］.北京:國務院，2012.

［3］節能與新能源汽車產業發展規劃［Z］.北京:國務院，2012.

［4］楊薇炯.專利地圖與企業專利戰略關聯及其在專利戰略中的作用研究［J］.情報理論與實踐，2010(1):55－56.

［5］黃遠輝.基于專利地圖的混合動力電動汽車競爭情報研究［J］.現代情報，2010(11):53－55.

［6］翟東升，陳晨，張杰.專利信息的技術功效與應用圖挖掘研究［J］.現代圖書情報技術，2012(7/8):96－102.

［7］我國新能源汽車產業的專利隱患與對策分析［EB/OL］.［2012 － 05 － 05］.http://www.csipsfjd.org.cn/content/184.html.