基于專利計量和技術生命周期預測的新能源汽車全產業鏈技術競爭態勢研究

黃 山，陳洲玲

(廣東工業大學管理學院，廣東 廣州 510520)

0 引言

近年來，中共中央、國務院陸續制定有關碳達峰、碳中和的行動方案與目標，政府對生態文明建設及可持續發展的關注使汽車產業轉型升級勢在必行。中國新能源汽車的火熱發展給企業帶來挑戰。例如，及時跟蹤競爭對手的技術熱點和發展趨勢，應對瞬息萬變的市場和消費者訴求；整合上、中、下游產業鏈核心技術，進一步增強產品、服務在終端市場上的競爭力；根據所處的產業鏈位置以及與對手之間技術的相對優劣勢，制定適合自身的技術專利布局，以避免技術創新的重復性。以上問題的解決離不開對全產業鏈技術競爭態勢的研究。對于技術密集型的新能源汽車產業來說，利用專利計量法探究不同產業鏈上的技術競爭態勢和發展趨勢，有助于企業增強技術的全局觀，集中優勢資源在關鍵技術上實現突破，推動新能源汽車產業快速發展。

針對中國新能源汽車產業的研究主要集中在3個主題：①產業政策，包括政策影響力[1-5]、政策設計與優化[6-7]、政策地域差異效果[8]、產業政策演化及執行阻滯分析[9]等；②產業創新，包括創新生態發展動因與過程[10]、產業協作或產學研對產業創新的影響[11-13]、不同感知風險對創新抗拒的影響[14]等；③技術專利，包括對某一領域重點技術、發展態勢或演變規律的分析[15-19]、財稅政策對專利質量的影響[20]、技術專利的區域分布特征[21]等。也有一些研究綜合多種數據來源，對主流新能源造車企業進行戰略層、研發層、產品層、推廣層、用戶層的多維視角競爭態勢分析[22]。然而，針對中國新能源汽車全產業鏈、聚焦于技術競爭態勢研究的文獻非常少見。技術專利作為新能源汽車產業的關鍵成功因素之一，對其進行跨產業鏈環節的整體性研究具有重要意義。

1 研究思路、數據來源和分析方法

1.1 研究思路

技術競爭態勢分析是對技術競爭主體特征差異、競爭地位、相互間差距的比較，通常是技術預見和研發決策的基礎，對于企業把握在某技術領域中的地位、縮小與對手間的差距、掌握研發熱點、確立專利布局、獲取競爭優勢至關重要。除了基于專家調查的主觀分析法，基于客觀數據的專利計量法日益受到重視。其中多數研究采用專利數量統計和分布狀態來判斷技術競爭態勢，少數研究關注專利質量。由于專利質量更多被用來分析某一特定技術領域的技術競爭態勢[23]，其指標與專利被引頻次，以及被引和施引專利所涉及的技術領域范圍有關。而本研究主要從整體上分析新能源汽車全產業鏈的技術競爭態勢，專利被引頻次和涉及的領域范圍并不一定反映為真實的市場競爭力。因此，仍以傳統專利計量方法 (專利數量統計和分布狀態)為分析手段。

從專利角度分析技術競爭態勢的研究主要集中在4個方面：①借助專利申請數量、時序分布、技術生命周期圖來反映技術演變歷程和發展趨勢；②依據專利申請人數量排名、專利族數量等指標，識別競爭對手并尋找技術差距；③統計不同國家、地區或組織的專利申請數量，分析技術在不同市場區域的專利布局；④根據對IPC分類號的統計分析，以及可視化專利地形圖，判斷技術競爭的重點和熱點領域[24]。由此形成本文的研究思路和分析框架，如圖1所示。考慮到部分 “發明申請”數據可能止步于技術方案階段，得不到真正認可，因此文中均采用 “授權量”進行分析，不考慮仍處于 “實質審查”的申請中專利。

圖1 研究思路和分析框架

1.2 數據來源

關于新能源汽車產業的專利數據來源于智慧芽專利數據庫。該數據庫收錄了1.6億全球專利數據，覆蓋126個國家/地區，可以確保專利數據的完整性、準確性。由于原材料與售后服務供給的特殊性，本文重點選擇上游核心零部件領域、中游整車制造領域和下游充電服務領域的專利數據進行分析。在具體數據檢索方面，借鑒相關文獻的檢索思路以及國家新能源汽車產業發展規劃 (2021—2035年)中三縱三橫的定義，最終確定上游產業選取的關鍵詞為動力電池、驅動電機 、智能、網聯；中游產業選取的關鍵詞為純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車、新能源汽車；下游產業選取的關鍵詞為充電樁、充電裝置、充電設備。檢索時間為2023年6月25日，數據分析時間跨度以近20年為主，檢索范圍包括授權發明、實用新型，并篩選出在中國專利局受理的專利。對數據進行清洗、處理后，篩掉無效、重復、無關新能源汽車領域的數據，最終合并簡單同族，獲得上游專利申請數據89985篇，中游22307篇，下游3973篇。

1.3 分析方法

技術成長曲線主要用于兩個方面：一是預測單一技術解決問題的績效，二是預測技術如何及何時達到上限。利用所預測技術過去的發展資料，應用合適的線性回歸模型找出其成長曲線，并以外推法去推估未來。運用這一方法探究行業技術競爭態勢有一定合理性。許多學者都強調企業可以運用技術本身的限制，預測何時達到技術生命周期的上限。例如，Foster[25]認為，技術進步的速度是努力程度的函數，技術進步開始時相當緩慢，接著快速前進，在達到技術本身限制時則會逐漸減緩，最后，投入努力的報酬變得很少。

2 新能源汽車產業鏈不同環節的專利計量分析

我國新能源汽車已經形成較完整的上中下游產業鏈：①上游關鍵原材料及核心零部件制造，如提供鋰礦、鈷礦、稀土、硅鋼、石墨等礦產資源的原材料企業，提供電機、電控、電池等核心零部件的制造設備廠商；②中游整車制造可分為乘用車、商用車、專用車，主要造車企業包括北汽新能源、比亞迪、廣汽埃安、小鵬、蔚來、理想等廠商；③下游充電服務及后市場服務，其中充電服務包括充電設備、換電設備及電池回收，后市場服務包括汽車金融、汽車保險、汽車租賃、二手車交易、汽車維修養護及汽車拆解回收等。

2.1 上游產業鏈的專利計量分析

(1)技術發展趨勢。2004—2010年專利申請量很少，年均增長緩慢，主要為面向中國市場的新能源汽車外企。早期上游核心零部件的技術研發是新能源汽車產業發展的重點，因此上游企業專利申請量于2010年破千，而中下游企業直到2009年和2016年才破百。2011—2015年進入宣傳推廣期，國家出臺新能源汽車規劃及許多產業扶持補貼政策，專利數量逐步上升。2015年之后，新能源汽車產業進入騰飛階段，大量新能源汽車企業注冊成立、科技人才不斷涌現，專利數量迅速增長。2019年受疫情影響，專利申請增幅有所下降，但2020年再次增加。由于專利數據庫收錄文獻有滯后性，2021年的專利數據比實際情況少，下降趨勢僅供參考。上游專利數量發展趨勢與預測如圖2所示。

圖2 上游專利數量發展趨勢與預測

圖3關于上游技術生命周期的預測中，K為S曲線最高點對應的授權量，即專利授權的預測飽和值，tm是專利授權累積量達到50%k所需時長，成長期、成熟期、衰退期的分界點分別對應 10%k、50%k、90%k (下同)。2014年之前，產業鏈上游技術生命周期處于導入期，專利數量不多，國家新能源汽車產業政策和補貼在這一時期起到激勵作用；2014—2020年進入成長期，具有很大的發展潛力；2021—2027年進入成熟期，增速放緩；2028年之后將進入衰退期，預計累計專利申請量達151635項。

圖3 上游技術生命周期擬合

(2)技術競爭主體。北汽新能源、比亞迪、豐田自動車株式會社作為上游技術引領者，3家企業的專利申請量占比超過1/3。排名第一的北汽新能源是國內首家獲得新能源汽車生產資質的企業，具有完整的服務鏈、產業鏈和生態鏈。在排名前20的申請者中，大部分為國企，還有少數高校 (吉林大學、清華大學)積極參與到新能源汽車上游產業鏈的技術研發中。2013年之前，日本豐田自動車株式會社在上游技術研發中一直處于主導地位。之后，得益于大量政策出臺以及對新能源汽車的各種補貼，本土新能源車企開始涌現、發展迅速，相當一部分車企專利申請量甚至反超豐田自動車株式會社，如圖4所示。

圖5列出了前25名技術專家在前20個技術領域的專利分布。B60L (電動車輛動力裝置)、H01M (直接將化學能轉變為電能的方法或裝置，如電池組)與B60K (車輛動力裝置或傳動裝置的布置或安裝)領域的技術專家及申請量較多。從排名前25的技術專家看，專利申請量整體呈現逐年增長態勢，個人申請量越來越多。2011—2015年是國家新能源汽車的宣傳推廣期，產業政策與補貼激勵了科研人員涌現；2015年之后，技術專家的個人申請量逐年遞增。值得注意的是，2020—2023年出現3個最高點，技術專家為張建平，屬于奧動新能源汽車科技有限公司。這部分專利有別于其他技術專家的發明專利，聚焦于對產品形狀、構造或者其結合所提出的、適于實用性新技術方案 “實用新型”的專利申請，造成其申請數量格外突出的現象，如圖6所示。

圖6 上游國內技術專家申請趨勢

(3)技術競爭區域。上游產業鏈專利市場主要集中在東南沿海或經濟發達地區，如江蘇、廣東、北京、浙江、上海，占整個專利市場的50%以上。目前已初步形成京津冀、長三角、東南沿海以及中西部多個高新技術產業集群，不同地方政府輔以相應的發展基金、政策補貼和配套設施。各省申請數量不斷上升，且申請的省份越來越多，反映出各區域技術創新能力及活躍度增強。2017年開始，專利申請的數量增幅變大，江蘇和廣東省開始處于領先地位，如圖7所示。

圖7 上游專利市場布局申請趨勢和排名

(4)技術競爭重點。上游產業鏈專利申請量排前3名的IPC分類號分別為H01M10 (二次電池及其制造)、H01M50 (除燃料電池外的電化學電池非活性部件的結構零部件或制造工藝，如混合電池)、H01M2 (非活性部件的結構零件或制造方法)，是當前技術研發的重點。整體看，專利申請量排名前20的技術多屬于H01M分類 (電池技術)。此外，排名較前的還有電動車輛動力裝置或傳動裝置技術 (B60K、B60L)、空氣處理設備裝置技術 (B60H)、供電或配電的電路裝置技術 (H02J)。

對上游技術領域中最近5000條專利最常見關鍵詞進行 “創新詞云”提取發現， “電池包” “動力電池” “電池模組” “鋰電池” “燃料電池” “控制器” “鋰離子電池”等關鍵詞的提及次數最多，電池技術仍然是上游產業鏈的研發熱點。而 “能量回收” “催儲能裝置” “混合動力系統” “動力總成” “散熱裝置”等關鍵詞是上游技術研發的冷門主題。

2.2 中游產業鏈的專利計量分析

(1)技術發展趨勢。2004—2011年中游產業鏈技術發展滯后于上游，此后在專利申請數量上遠不及上游，但增長趨勢與上游類似。2014年之前，中游產業鏈技術生命周期處于導入期，專利數量很少，國家新能源汽車產業政策和補貼在這一時期起到激勵作用；2014—2019年進入成長期，技術發展潛力巨大；2020—2025年快速進入成熟期，技術增速放緩；2026年之后將進入衰退期，預計累計專利申請數量達到31112項。

(2)技術競爭主體。北汽新能源、合眾新能源、重慶金康賽力斯新能源汽車設計院作為中游技術引領者，專利申請量占整車制造專利總量約10%的份額。在排名前20的申請者中，大部分為國企，小部分為日企或中外合資企業。2011年之前，中游產業鏈的專利申請量接近空白。之后在國家大力宣傳推廣下，整車制造企業的專利申請量逐年增加，北汽新能源更是異軍突起。2015年新能源汽車開始騰飛，新興的整車制造企業不斷出現，帶動整車制造專利技術的發展，排名前列的許多新能源車企都是在這一時期成立的，如圖8所示。

圖8 中游技術引領者申請趨勢和排名統計

圖9列出了中游產業鏈前25名技術專家在前20個技術領域的專利分布。B62D (機動車、掛車部件或零件)、B60R (電路或流體管路及其元件的布置)領域的技術專家及申請量較多。從排名前25的技術專家看，中游專利申請量同樣呈現逐年增長態勢，個人申請量越來越多。從2015年開始，受益于積極的政策補貼與推廣，國內技術專家大量涌現，許多新成立的新能源整車制造企業，大量引進技術人才。圖10中的最高點——段興中，在2017年申請了近100項專利，是北汽新能源五星工程師。此外，圖中還顯示出許多不公告發明人，基于個人意愿或較敏感的專利內容選擇不公開個人信息。

圖9 中游前25名國內專家在前20個技術領域的專利分布

圖10 中游國內技術專家申請趨勢

(3)技術競爭區域。中游整車制造的專利市場同樣集中在江蘇、廣東、浙江、北京、上海等東南沿海或經濟發達地區，它們所占份額超過專利申請總量的50%。圖11顯示，2011—2015年年均增幅不大，由于多數國企總部設在北京，基礎條件好、人才充足、科研實力強，使得北京申請量居于首位。2017年開始，年均增速上升，江蘇、廣東、浙江的新興車企不斷涌現，專利申請量反超北京。

(4)技術競爭重點。在中游整車制造領域中，專利申請量排前3名的IPC分類號分別為H01R13 (不同部件構成的各種連接裝置的零部件)、B62D25 (上部結構分總成，其他類目不包含的部件或零件)、B60R16 (專門適用于車輛并且其他類目不包含的電路或流體管路、元件的布置)，是當前技術研發的重點。整體看，專利申請量排名前20的技術多屬于于B60R分類 (車輛配件或車輛部件)；此外，排名較前的還有機動車/掛車 (B62D)、電動車輛動力裝置或傳動裝置技術 (B60K、B60L、B60T、F16H)、空氣處理設備裝置技術 (B60H)、一組相互絕緣的電連接元件的結構組合 (H01R)。

對中游產業鏈專利創新詞云進行分析，可以發現 “連接器” “安裝結構” “安裝孔” “安裝板” “安裝支架” “控制器” “鋁合金” “連接板”等關鍵詞的提及次數最多，汽車零部件的安裝是中游產業鏈最新的研發熱點。而 “碳纖維” “晶體增長” “裝飾板” “差速器” “減速器” “變壓器”等關鍵詞是中游技術研發的冷門主題。

2.3 下游產業鏈的專利計量分析

(1)技術發展趨勢。2010—2014年下游產業鏈技術發展滯后于上游和中游；此后在專利申請數量上遠遠落后于上游和中游，但增長趨勢與二者類似。2015年之前，下游產業鏈技術生命周期處于導入期，專利數量很少；2015—2019年進入成長期，技術發展潛力較大；2019—2023年進入成熟期，增速放緩；2024年之后將進入衰退期，預計累計專利申請數量達到4386項。

(2)技術競爭主體。恒大恒馳新能源、深圳沃爾新能源電氣科技、北汽新能源，作為下游技術引領者，其專利申請量占總量大約3%的份額。北汽新能源依舊位居前3，其技術研發遍布整個新能源汽車產業鏈。同時排名前5的企業，更多以充電設備與裝置研發為主，區別于排名第6的國家電網，為了響應國家能源安全戰略，則更加關注充電樁研發和投資建設。2006—2010年，國內的下游充電服務領域處于技術研發的停滯階段，發展緩慢；2011年之后，國家電網開始發力，接著新的技術引領者出現，申請量開始大幅提升。圖12中，最高點為2019年成立的恒大恒馳新能源汽車研究院 (上海)，當年就申請了40余項專利，后起之秀不斷出現。

圖12 下游技術引領者申請趨勢和排名

圖13列出了下游產業鏈前25名技術專家在前20個技術領域的專利分布。B60L (電動車輛動力裝置)、H01R (導電連接裝置)領域的技術專家及申請量較多。從排名前25的技術專家來看，下游專利申請量同樣呈現逐年增長態勢，技術專家和個人申請量越來越多。圖14顯示，2019—2021年由于疫情影響，國內下游專利申請受到波及，增長趨勢減緩，2022年則有復蘇跡象。

圖13 下游前25名國內專家在前20個技術領域的專利分布

圖14 下游國內技術專家申請趨勢

(3)技術競爭區域。下游充電服務的專利市場同樣集中在廣東、江蘇、上海、浙江等東南沿海或經濟發達地區，所占份額超過專利申請總量的50%。略顯不同的是，廣東在下游充電服務技術領域更具優勢，而江蘇在上游和中游產業鏈環節更具技術優勢。安徽、河南、北京、山東專利數量比較均衡。在下游充電服務專利市場中，自2015年，各省專利申請授權量開始上升。廣東和江蘇增長強勁，遠遠領先于其他地區，如圖15所示。

圖15 下游專利市場布局申請趨勢和排名

(4)技術競爭重點。在下游充電服務領域中，專利申請量排名前3的IPC分類號分別為H01R13(各種連接裝置的零部件)、B62D25 (上部結構分總成；其他類目不包含的部件或零件)、B60R16 (專門適用于車輛并且其他類目不包含的電路或流體管路及元件的布置)，是當前技術研發的重點。對產業鏈下游專利創新詞云進行分析發現， “充電樁” “充電槍” “充電裝置” “充電槍” “汽車充電” “充電線”等關鍵詞的提及次數最多，核心充電技術是下游產業鏈最新的研發熱點。而 “保護功能” “點鏈接次” “移動充電樁” “防水裝置” “大功率充電”等關鍵詞是下游技術研發的冷門主題。

3 新能源汽車全產業鏈的技術競爭態勢

通過對產業鏈上、中、下游的專利計量分析和技術生命周期預測，總結得到我國新能源汽車全產業鏈的技術競爭態勢，見表1。

表1 中國新能源汽車產業鏈技術競爭態勢

(1)推動新能源汽車產業發展的關鍵因素是技術進步。在我國新能源汽車產業萌芽、推廣階段，以補貼為主的政策支持曾對產業技術發展起到很大激勵作用，促使2014—2020年全產業鏈技術集中進入快速成長期。伴隨產業技術逐步成熟，2022年底財政補貼全部退出，所有車企將處于同一政策起跑線，導致競爭更加激烈。過去靠補貼成長起來、缺乏競爭力的產能和品牌，會面臨極大挑戰。得益于上游電池技術的進步，新能源車已基本具備與同級燃油車競爭的經濟優勢。補貼退出后，技術將成為新能源車與燃油車競爭的關鍵因素。全產業鏈上、中、下游專利數量增長趨勢也驗證了這一點。

(2)產業鏈上、中、下游技術發展不均衡。根據對我國新能源汽車產業技術生命周期的預測結果，目前產業上中下游均已進入技術成熟期。不同的是，上游處于成熟期早期階段，技術生命周期最長，技術集中度最高，仍存在較大創新空間；中游處于中后期階段，技術集中度中等，技術壁壘逐漸削弱，競爭激烈；而下游處于后期階段，即將進入衰退期，技術生命周期最短。為什么下游產業鏈專利授權量最低，發展最晚，技術集中度最低，但最早進入技術成熟衰退期，技術投資減弱 (以基本技術的利用為主)，發展趨緩？一方面，下游產業以服務、基礎設施建設、快速占領市場為主導，充電樁技術已經相當成熟。以充電樁行業為例，產業鏈較短，整體可分為設備制造商、建設運營商和整體方案解決商3個環節，屬于重資產行業，技術發展空間不如上游和中游；另一方面，下游產業鏈技術集中度相對較低，在政策、補貼和投資風口刺激下，短期內吸引大量公司涌入，導致一些中小企業盈利困難，處于長期虧損，又大量退出市場。加上國家政策對于充電基礎設施的補貼，也不像補貼整車一樣直接而明確，這可能是導致下游產業鏈技術生命周期 “加速衰老”的原因。

(3)技術競爭主體以國企為主，其他類型企業為輔。除了北汽新能源在全產業鏈上均處于技術專利申請量絕對優勢，其他企業在上、中、下游不同賽道上各有技術優勢。從專利申請數量看，高校在新能源汽車產業鏈中下游的技術參與度不如上游。上、中、下游技術引領者多數為不同的企業競爭主體，這對加強全產業鏈技術聯結、避免技術資源重復開發、成本浪費、提升消費者對新能源汽車的綜合體驗提出挑戰。

(4)技術競爭區域高度集中。我國新能源汽車產業鏈的專利技術多集中在東南沿海地區，中西部、內陸地區的技術研發相對落后。在產業鏈各個環節上，江蘇、廣東、北京、浙江、上海圍繞技術人才和市場的競爭格外激烈，與其他省市相比在專利授權量上遙遙領先。其中，廣東在下游充電服務技術領域更具優勢，而江蘇在上游和中游產業鏈環節更具技術優勢。

(5)當前技術競爭重點與未來發展方向不完全匹配。過去十幾年，新能源汽車產業鏈各環節一直圍繞電動化進行技術創新，基于該方向申請了大量專利。隨著市場需求變化以及 《新一代人工智能發展規劃》 《新能源汽車產業發展規劃 (2021—2035)》 《智能汽車創新發展戰略》等政策提出，下一階段技術競爭的主題將是基于電動化的智能化。然而從專利授權量看， “基于電動化的智能化”還沒有成為技術競爭的重點和熱點，這將成為各技術競爭主體未來專利布局的方向之一。

(6)專利數量增長快，但市場競爭力有限。H01M、H01R、B60R、B62D、B60L、H01R等分別是上、中、下游的核心技術領域，聚焦于市場所關注的電池技術、動力與控制系統等。雖有如此大量且逐年遞增的專利成果出現，但一些關鍵的續航里程縮水、電池充電故障、電池安全性等問題仍未得到充分解決，表明我國新能源汽車核心技術創新和競爭力有待進一步提高。另外，在數量上處于前列的新能源汽車專利引領者在世界競爭中的排名并不靠前。技術專利 “多而不強”、市場價值有限、競爭力不足的問題值得重視。

4 結論與建議

本文利用專利計量法來分析新能源汽車全產業鏈的技術競爭態勢，并基于logistic模型預測不同產業鏈環節的技術生命周期。針對全產業鏈技術競爭的特點，提出建議如下。

(1)采取靈活且有針對性的補貼政策調整方式。經歷 “大水漫灌”和 “重點補貼”，再到明確2022年底新能源汽車補貼政策退坡，不僅要考慮產業發展規劃、市場銷售趨勢以及企業平穩過渡等因素，還要綜合考慮新能源汽車產業鏈上、中、下游所處的技術生命周期不同階段、技術競爭區域不平衡、當前技術競爭重點與未來發展方向的差距以及專利市場競爭力與數量增長不同步等因素，針對性提高補貼技術門檻，分產業鏈、分區域、分重點、分步驟地把握補貼政策退坡力度和節奏，推動新能源汽車產業高質量發展。同時，探索除補貼之外的更多靈活性政策支持方式，如稅收優惠、共享研發平臺數據庫、提供融資便利；持續優化雙積分政策，如進一步提高比例，允許積分交易，擴大適用范圍；對新能源購車者在用車方面給予支持，如基礎設施建設、在充換電領域給建設者和使用者非貨幣化的創新性支持等。

(2)整體性審視新能源汽車全產業鏈的技術競爭態勢，根據所處的產業鏈位置、與對手之間技術的相對優劣勢，以及當前技術競爭重點和發展趨勢，在上、中、下游合理配置、整合資源，制定適合自身的技術專利布局。目前在全產業鏈進行技術競爭的領先企業是北汽新能源，對于其他企業而言，其技術實力主要聚焦于產業鏈某個或少數環節，它們尤其要關注產業鏈不同環節核心技術資源的有效整合與聯結。可以嘗試建立新能源汽車產業鏈技術合作平臺，制定統一技術標準和安全評價體系，反向促進產業鏈不同環節企業的協同創新。政府可以考慮提供跨產業鏈協同創新激勵，形成跨產業鏈合作實驗室，積極推動與大學、科研機構在核心技術上的產學研合作等。不斷降低成本，提升產品、服務的獨特性，增強其在終端市場上的競爭力。已進入技術成熟期的新能源汽車產業，不僅面臨與燃油車的激烈競爭，新能源汽車市場內部的競爭也在迅速加劇，行業、市場邊界越來越模糊。整體性分析新能源汽車產業鏈的技術競爭態勢，對于補貼政策調整和競爭主體的技術發展戰略具有重要意義。