基于專利視角的全球電動汽車技術競爭態勢研究

章國亮，李維思，文曉芬，劉 蓓，陳 琳

（湖南省科學技術信息研究所，湖南 長沙 410001）

隨著全球能源和環境面臨巨大挑戰，傳統燃油汽車面臨顛覆性變革，發展電動汽車已成為全球汽車行業主流趨勢。為了促進電動汽車產業發展，各國均出臺了一系列鼓勵政策，全球電動汽車產業得到井噴式發展。2009年，我國出臺了節能與新能源汽車示范推廣以及補貼的相關政策，電動汽車產業取得長足進步。如何在新階段制定更加精準的政策，促使我國電動汽車產業進一步實現“彎道超車”，準確判斷全球各國電動汽車技術發展情況是首要一步。

電動汽車專利作為創新成果的表現形式，蘊含著豐富的技術信息。通過對相應專利信息的挖掘分析，可以獲得企業、產業、國家的技術競爭實力、市場策略、發展進展等情報信息，進而指導電動汽車創新主體做好科技創新策略，提升產業發展的質量和效益。

1 文獻綜述

近年來，國內外不少學者基于專利分析的方法對電動汽車產業進行了研究。德國學者Philipp Borgstedt等人通過分析1990—2013年4種不同的動力傳動汽車技術專利，衡量和評估現有供應商的創新產出和新的市場進入者在電動汽車領域的受益情況［1］。韓國學者Sung Ho Ha利用數據挖掘技術從美國專利和商標局注冊的核心燃料電池汽車（FCV）專利中提取核心技術的方法，通過分析專利引文確定核心專利，識別出具有核心FCV技術的公司，并通過推導考慮所提取的核心技術的專利組合和技術點來揭示公司的總體研究重點［2］。

國內有大量研究學者基于專利視角對全球和國內的電動汽車產業發展情況進行了分析。對全球電動汽車產業發展情況進行的分析主要有以下幾個：李國秋等從年度專利走勢、技術領域、競爭機構等維度分析全球新能源汽車專利，發現全球的新能源專利穩定增長，但企業間合作關系不密切［3］。楊利鋒等通過檢索國際專利，發現中國相較日本和美國的國際專利申請量較少，在電機領域頗顯弱勢，但在蓄電池方面占據優勢［4］。劉彤等人通過專利計量分別對比了國內外純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車技術發展現狀，得出日本優勢巨大，中國仍需進一步提升國際競爭力［5］。陳騰通過專利檢索對日本的豐田、本田、日產三家企業的電動汽車專利進行分析，得出豐田的混合動力占優勢，本田的混合動力技術涉及面相對較少，日產屬于全面開發［6］。主要對國內電動汽車產業進行分析的有：黃裕蓉等從專利產出、主要競爭對手、熱點技術布局3個視角分析出中國純電動汽車技術在2005年以來進入快速發展期［7］。于曉勇等從專利的總體層面和公司層面對電動汽車進行研究，發現我國專利質量有待改善，核心專利數量有待提高［8］。張英杰等分析了我國新能源汽車技術轉移活動情況，發現我國新能源汽車技術轉移活動呈現出日益活躍的趨勢，特別是電池技術與充電樁等基礎設施技術專利呈現井噴現象［9］。胡神松基于專利大數據分析我國新能源汽車產業發展情況，指出未來20年，我國純電力汽車的發展將會發生質的飛躍［10］。

以上研究大多對比分析了國內外電動汽車專利的數量、專利權人、技術分布等，但很少對專利質量、專利布局、申請趨勢等做細致研究，且檢索電動汽車范疇較小，專利數量較少，不足以全面對比研究多國電動汽車發展情況。因此，本文旨在通過對全球電動汽車產業進行全方面的專利搜索加工，從各國專利數量、申請專利趨勢、專利被引頻次、專利布局等方面分析各國的電動汽車技術競爭態勢，了解我國電動汽車產業在全球中的準確定位，進而為有關部門制定電動汽車產業規劃和策略做好鋪墊。

2 數據來源及說明

本文所有數據來自智慧牙數據庫，充分考慮到電動汽車驅動技術、專用傳感器和電子元件技術、電池管理系統集成技術的IPC分類［11］，結合關鍵詞制定專利檢索式，對全球電動汽車專利進行全面檢索，檢索專利共520 541件，其中有效專利143 020件，審中專利60 858件，無效專利271 359件，未確認專利45 304件，鑒于專利從申請到公開周期大多要6～18個月，因此，本文將審中專利數據納入研究范疇。經剔除無效和未確認專利后共有203 878件專利。

通過對有效和審中專利進行專利類型分析知，發明專利147 735件，占72%，實用新型專利43 793件，外觀專利12 350件，如圖1。鑒于美國、歐洲等部分國家沒有實用新型專利制度，且實用新型和外觀專利的技術含量與申請門檻相較于發明專利偏低，因此，本文后續對電動汽車技術競爭力的研究僅考慮發明專利數據。

圖1 全球電動汽車專利類型分布圖

3 電動汽車技術競爭力分析

3.1 專利申請趨勢分析

圖2為全球電動汽車專利申請地域分布圖。從圖2中可知，電動汽車發明專利排名第一的是日本，占據全球32.1%，數量優勢明顯，這源于日本政府和企業非常重視電動汽車的發展；其次是中國、美國、韓國、德國，分別占據全球23.8%、8.4%、7.4%、7.1%。這在一定程度上說明亞洲中日韓三國、美國、歐洲發達等國家保持著對電動汽車的研發投入，并且已經取得一定規模。

圖2 全球電動汽車專利申請地域分布圖

通過對日本、中國、美國近20年電動汽車發明專利年申請趨勢進行分析，發現日本在1998年左右開始大量申報電動汽車專利，這與日本政府在1998年就開始實施為期9年的新能源汽車激勵制度相一致，此階段處于日本電動汽車技術發展的成長期。在2012年之后，日本申請電動汽車發明專利速度相對較慢，這可以判斷日本的電動汽車技術已處于成熟期，技術突破相對較難。美國在2000年左右開始大量申報電動汽車專利，但由于諸如乙醇、液化石油氣等可替代燃油技術相對較強，致使電動汽車發展速度緩慢，因此體現出每年申報相應專利遞增速度慢，但隨著特斯拉、通用等品牌電動汽車研發成功，從2010年開始美國電動汽車專利數量表現出大幅提高。相比而言，中國是在2009年之后大量申請電動汽車相關專利，并且在之后幾年申報專利速度呈現出倍增發展態勢，至2016年，申報專利速度稍微放緩，表明中國在近十年大力投入攻關電動汽車技術，這段時間中國電動汽車技術處于增長期。這與中國的電動汽車產業政策相一致：2009—2015年，中國電動汽車進入全面補貼階段，電動汽車產業迅速發展；2016年至今，中國電動汽車進入后補貼階段，電動汽車產業發展由量向質轉變，發展速度稍有受阻。

圖3 中日美三國電動汽車發明專利申請趨勢圖

3.2 專利被引頻次分析

被引頻次高的專利一般處于產業鏈競爭的重要位置，具有較高的技術價值和經濟價值。圖4為主要國家電動汽車專利被引頻次分布。從圖4可以看出，日本電動汽車發明專利被引頻次在1～50次區間的數量處于絕對領先地位，遠遠高于其他各國；中國在被引頻次在1～10次區間的數量相對有競爭力，但在被引頻次較多的專利數量較少，一方面源于中國研發電動汽車技術時間相對較短，另一方面也說明中國有待提高電動汽車創新質量；被引次數在11～50次區間內，專利數最多的依次是日本、美國、德國，特別是在超過50次的高頻引用中，美國、日本專利數量遙遙領先，這源于美國和日本有較深的汽車工業基礎，科研實力強，且均較早開始布局電動汽車技術。總體而言，從全球的電動汽車專利被引頻次可以看出日本、美國、德國等國家掌握著較多開創性、技術含量高的電動汽車專利，同時也說明中國、韓國在攻關電動汽車關鍵技術上有了后來居上的趨勢。

圖4 主要國家電動汽車專利被引頻次圖

3.3 申請專利權人分析

圖5為全球電動汽車專利排名前20專利權人。從圖5可以看出，日本企業數量最多，共8家，占據總數的42%，分別為為豐田、本田、日產、日本電裝、三菱、愛信、鈴木、三菱電機，特別是排名第一的豐田汽車公司申請發明專利數量處于絕對優勢，達到14 866件，遠遠超出其他家企業。德國有5家企業上榜，占26%，分別為羅伯特博士、寶馬、奧迪、保時捷、采埃孚，其中羅伯特博士電動汽車發明專利數量為2 647件，在全球電動汽車專利排名第六。美國的福特和通用公司在全球電動汽車專利排名分別為第四和第七名，發明專利數量分別為4 056件和2 081件。韓國的現代、起亞公司分別位列第三和第九。法國和中國均只有一家企業進入前20排名，分別為雷諾和比亞迪。

從以上全球電動汽車專利權人排名分析知，日本、德國電動汽車產業相對成熟，企業數量多，規模大，掌握著大量核心技術；美國、韓國盡管進入前20排名企業數量均僅2家，但排名相對靠前，科研實力強；中國和法國需要進一步培育企業在電動汽車領域做大做強。

3.4 專利布局對比分析

圖5 全球電動汽車專利排名前20專利權人圖

圖6 全球電動汽車專利排名前20專利權人各國占比圖

表1為全球電動汽車專利排名前10企業在各國進行專利布局情況。從表1可以看出，除在本國申請大量專利保護外，十大企業均在美國和中國進行了大量專利布局，說明美國和中國在全球電動汽車市場占據突出地位。根據中國汽車工業協會發布的統計數據，2017年全球最大電動汽車產銷市場為中國，電動汽車銷量77.7萬輛。截至2018年6月底，中國電動汽車累計保有量占全球市場保有量50%以上。排名前10非日系企業在日本申請專利數量較少，這是因為日本本土電動車企數量眾多，且日本電動汽車市場有嚴重的本土選擇傾向緣故［12］。

圖7為全球電動汽車專利進行的技術熱點布局。由圖7可知，全球電動汽車專利申請最熱的技術領域是使用初級電池、二次電池或燃料電池供電（B60L11/18），共有38 766件專利，這是因為電池是電動汽車的核心部件，電池能量密度和壽命的不足嚴重制約著電動汽車的發展。其次的技術熱點是專門適用于混合動力車輛（B60W20/00），說明混合動力汽車在當下有著良好的市場前景。其他如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（H02J7/00）和諸如電機等用于電動力單元的控制裝置（B60W10/08）也是當下電動汽車產業的研發熱門。

表1 全球電動汽車專利排名前10企業在各國進行專利布局情況表

圖7 全球電動汽車專利技術布局分布圖

圖8為主要國家在電動汽車專利的技術熱點布局，日本、中國、韓國、美國、德國均在初級電池、二次電池或燃料電池供電（B60L11/18）技術領域申請的專利最多；中國與其他幾國不同的是在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（H02J7/00）技術領域申請的專利遠遠多于專門適用于混合動力車輛控制（B60W20/00）技術領域，這在一定程度上說明中國在諸如快充等電池管理核心技術方面進行了大量探索，但在混合動力汽車控制技術方面仍有待提升。

表2 IPC分類號說明表

圖8 主要國家電動汽車專利技術熱點布局

4 結語

本文通過分析全球各國電動汽車專利申請和布局，得出各國在電動汽車領域技術競爭態勢呈現如下特點：

第一，日本是電動汽車申請專利大國，技術發展活躍；中國后來居上，在近十年時間內大力投入研發電動汽車技術，目前發明專利數量排名第二；排名其后的美國、韓國、德國均是電動汽車技術大國。

第二，日本、美國和德國被引頻次高的專利數量多，專利申請占據先機，技術穩占競爭優勢；中國在1～10次被引頻次的專利數量有一定競爭力，需進一步提升創新能力。

第三，全球電動汽車專利權人前20名中，日本、德國分別為8家和5家，企業技術集中度高，掌握大量核心技術；美國、韓國均有2家進入排名，且排名相對靠前，企業科研實力強；中國僅比亞迪公司進入排名，排名靠后，需要進一步培育更多企業在電動汽車領域做大做強。

第四，全球十大電動汽車企業在中國和美國進行了大量專利布局，國內電動汽車市場在全球中仍處于突出地位。

第五，全球電動汽車專利技術布局熱點主要有使用初級電池、二次電池或燃料電池供電技術；專門適用于混合動力車輛技術、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等。