徐國祥,余碧濤,李福木,艾 娟

(1.國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心,北京 100190;2.北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,北京 100083)

2010年10月,我國將新能源汽車產(chǎn)業(yè)確定為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展方向之一。超前部署新能源汽車產(chǎn)業(yè)的研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化,力爭在未來形成具有世界競爭力的汽車工業(yè)體系[1-4]。目前對于核心技術(shù)的保護(hù),各企業(yè)均認(rèn)同采用專利權(quán)的形式實(shí)施,逐漸形成了以專利為表現(xiàn)形式的企業(yè)間的競爭。

本文作者對新能源汽車領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)與分析,剖析了該領(lǐng)域?qū)＠暾埖陌l(fā)展趨勢與行業(yè)特點(diǎn),以期為公眾更好的利用專利資源、各企業(yè)更好的調(diào)整研發(fā)方向提供參考。

1 國內(nèi)新能源汽車、動(dòng)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(shù)相關(guān)的專利申請中,涉及純電動(dòng)汽車技術(shù)的專利申請為4 720件;混合動(dòng)力汽車技術(shù)領(lǐng)域、燃料電池汽車領(lǐng)域的專利申請量分別為3 670件和1 912件。純電動(dòng)汽車領(lǐng)域?qū)＠暾堉?國內(nèi)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(xù)保持高速增長的態(tài)勢;在燃料電池汽車領(lǐng)域,國外來華申請人的申請份額幾乎占據(jù)了80%,不過近幾年的申請量有降低的趨勢;在混合動(dòng)力汽車領(lǐng)域,國內(nèi)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(yōu)勢。

分析可知,中國專利申請中,對純電動(dòng)汽車技術(shù)的專利申請?jiān)鲩L得最快,而國內(nèi)申請人對燃料電池汽車技術(shù)的研發(fā)熱情不高,對混合動(dòng)力汽車技術(shù)的研究,呈現(xiàn)出跟隨式發(fā)展的模式。

與純電動(dòng)汽車發(fā)展趨勢相應(yīng),在國內(nèi)申請中,截至2011年3月,在經(jīng)過2002-2004年的短暫發(fā)展停滯后,動(dòng)力電池技術(shù)的專利申請迎來了第二次發(fā)展高峰,中國公開的動(dòng)力電池專利申請量達(dá)到3 582件,國內(nèi)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?jiān)鲩L趨勢,增速明顯高于全球速度。

這些數(shù)據(jù)表明:國內(nèi)各大企業(yè)、院校及科研機(jī)構(gòu)將動(dòng)力電池作為新能源汽車領(lǐng)域的核心技術(shù),并投入了巨大的熱情與研發(fā)資源。

2 新能源汽車領(lǐng)域的技術(shù)主題分布

混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車以及燃料電池汽車同屬于采用電能作為驅(qū)動(dòng)能源的新能源汽車,在橫向上均涉及以下3大關(guān)鍵技術(shù):動(dòng)力電池技術(shù)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)、能量管理與控制技術(shù)。

表1 國內(nèi)新能源汽車領(lǐng)域技術(shù)重點(diǎn)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(shù)的發(fā)展重點(diǎn)均傾向于控制技術(shù),其次是電池材料與電機(jī)驅(qū)動(dòng);作為動(dòng)力源的動(dòng)力電池(或燃料電池)與電極及其相關(guān)技術(shù),也是重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容,主要涉及電池材料的選擇與電極功率特性調(diào)節(jié)兩個(gè)方面。

在追隨全球重點(diǎn)技術(shù)發(fā)展的同時(shí),中國選擇了一條與之具有差異的技術(shù)發(fā)展路線,兩方面兼顧發(fā)展,搶先對外圍非核心技術(shù)進(jìn)行布局。從技術(shù)主題看,中國專利申請?jiān)谥饕夹g(shù)發(fā)展方向上基本與全球技術(shù)保持一致,但也存在某些偏離全球技術(shù)發(fā)展路線的熱點(diǎn)領(lǐng)域,例如在混合動(dòng)力汽車領(lǐng)域,我國目前仍然將動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)作為主導(dǎo)發(fā)展方向,在動(dòng)力總成的開發(fā)基礎(chǔ)上再形成與之相配合的控制策略,而國外已將研究重點(diǎn)開始由傳動(dòng)系統(tǒng)布置技術(shù)逐步向高性能控制策略設(shè)計(jì)方向轉(zhuǎn)移;在純電動(dòng)車領(lǐng)域,更是走出一條與全球發(fā)展方向存在明顯不同的技術(shù)發(fā)展路線——以傳動(dòng)系統(tǒng)布置為重點(diǎn)研究對象,該技術(shù)難度水平相對于控制技術(shù)而言較低,可參與性更強(qiáng)。這也從一個(gè)側(cè)面反映出我國企業(yè)在追隨全球技術(shù)發(fā)展過程中,結(jié)合自身特點(diǎn),有針對性地選擇了一些與產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)及技術(shù)實(shí)力相適應(yīng)的技術(shù)點(diǎn)作為發(fā)展重點(diǎn)。

對于動(dòng)力電池材料技術(shù)的研究,仍然是關(guān)注的重點(diǎn),國內(nèi)申請人已開始外圍技術(shù)的專利布局。目前,對動(dòng)力電池技術(shù)重點(diǎn)的研究內(nèi)容在鋰電池技術(shù)、電池充電器技術(shù)、電池材料技術(shù)及電量測量技術(shù),近期熱點(diǎn)仍集中于電池材料技術(shù)。日本豐田在該領(lǐng)域具有一定優(yōu)勢,而中國在重點(diǎn)關(guān)注電池基礎(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)上,近期研究熱點(diǎn)開始轉(zhuǎn)向動(dòng)力電池在車輛上的應(yīng)用,這屬于電池應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。我國選擇外圍領(lǐng)域積極布局的這種做法,也是搶占市場先機(jī)的有效途徑。

3 新能源汽車領(lǐng)域的申請人分布

新能源汽車領(lǐng)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(lǐng)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(dòng)力汽車領(lǐng)域的申請量中排名前三;豐田、通用與本田占據(jù)純電動(dòng)汽車領(lǐng)域申請量的前三位;燃料電池汽車領(lǐng)域的申請量排名前三的則是豐田、通用與日產(chǎn)。豐田與通用公司在新能源汽車領(lǐng)域在中國開展了強(qiáng)勢布局,隨著新能源汽車在中國的進(jìn)一步應(yīng)用與推廣,國外企業(yè)將越來越重視在華開展專利布局。

表3 新能源汽車領(lǐng)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(nèi)申請人中,奇瑞、比亞迪與長安的申請量排名混合動(dòng)力汽車領(lǐng)域的前三位;純電動(dòng)汽車領(lǐng)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(lǐng)域,清華、上海神力與上海燃料電池汽車系統(tǒng)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(yè)、科研院所、高校甚至個(gè)人較多,但并未形成具有絕對領(lǐng)先優(yōu)勢的行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)或帶頭人。

動(dòng)力電池技術(shù)國外來華申請人中,豐田、松下與日產(chǎn)排名前三位,其中松下公司作為專業(yè)的電子設(shè)備制造商參與到新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中來,有著啟示作用;在國內(nèi)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(qiáng)的電池業(yè)務(wù)實(shí)力,而力神電池也是一家以電池為主導(dǎo)業(yè)務(wù)的企業(yè),專業(yè)電池生產(chǎn)企業(yè)加入到新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展中來,將對我國盡快實(shí)現(xiàn)新能源汽車總體技術(shù)水平的突破起到積極的作用。

4 磷酸鐵鋰電池技術(shù)中國專利申請分析

作為新能源汽車動(dòng)力源的重要構(gòu)成部分,鋰離子電池在全世界范圍內(nèi)受到了廣泛關(guān)注,正極活性材料在經(jīng)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(dòng)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(gè)位數(shù);至2007年之前,申請量仍然不足百件;2007-2010年,專利申請量呈現(xiàn)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(lǐng)域的技術(shù)正處在高速持續(xù)發(fā)展之中。

4.1 主要技術(shù)分布

從圖2可知,目前磷酸鐵鋰電池技術(shù)的研究重點(diǎn)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(dǎo)率低,導(dǎo)致高倍率充放電性能差,實(shí)際比容量低;顆粒粒度不均勻,振實(shí)密度低,導(dǎo)致容量密度低。

圖2 磷酸鐵鋰電池主要技術(shù)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(shù)的專利申請,以比亞迪、清華大學(xué)、中南大學(xué)、比克電池和彩虹集團(tuán)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(tuán)是2010年,這與各企業(yè)研發(fā)方向的調(diào)整有關(guān);對于高校而言,申請量基本保持穩(wěn)定,不存在集中申請期,因?yàn)楦咝Ｒ匝芯繛橹?能進(jìn)行持續(xù)穩(wěn)定的研究。清華大學(xué)在2003年即申請了專利,比企業(yè)早2年;比亞迪和比克已不再進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步開發(fā);彩虹集團(tuán)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(shù)發(fā)展的建議

目前,在世界范圍內(nèi),日本企業(yè)對磷酸鐵鋰的申請量最多,在我國國內(nèi)雖然也具有一定規(guī)模的專利申請量。如何面對國外公司的專利壁壘,國內(nèi)企業(yè)如何在競爭激烈的市場中擁有一席之地,制定合理的研發(fā)和專利策略至關(guān)重要。本文作者認(rèn)為:高校、企業(yè)與政府三者互動(dòng),協(xié)同發(fā)展,是最有效的專利戰(zhàn)略,積極建立大學(xué)-企業(yè)專利技術(shù)研發(fā)中心,以此為企業(yè)營造專利技術(shù)研發(fā)平臺(tái),為大學(xué)師生理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合提供常設(shè)平臺(tái),加快大學(xué)的專利成果轉(zhuǎn)化;中國企業(yè)要大力發(fā)展研發(fā)機(jī)構(gòu),提高企業(yè)的研發(fā)能力;加強(qiáng)研發(fā)經(jīng)費(fèi)的投入強(qiáng)度,提高研發(fā)效率;加強(qiáng)專利外部合作,加強(qiáng)專利的國際保護(hù),在此基礎(chǔ)上最終實(shí)現(xiàn)提高自主創(chuàng)新能力的目標(biāo)。

5 新能源汽車領(lǐng)域發(fā)展趨勢預(yù)測

通過對新能源汽車技術(shù)領(lǐng)域中相關(guān)技術(shù)點(diǎn)的分析,結(jié)合行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與相關(guān)發(fā)展規(guī)劃,使用電化學(xué)電池的新能源汽車領(lǐng)域未來幾年的技術(shù)發(fā)展方向與重點(diǎn)趨勢見表3。

表3 國內(nèi)新能源汽車領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展趨勢[5]Table 3 Technology development trends in new energy automobile of China

在混合動(dòng)力汽車領(lǐng)域,動(dòng)力電池技術(shù)成為全球及中國發(fā)展重點(diǎn);在純電動(dòng)汽車領(lǐng)域,全球與中國的技術(shù)發(fā)展應(yīng)基本保持同步,解決電池材料的問題將是未來發(fā)展的重點(diǎn);在燃料電池汽車領(lǐng)域,燃料電池技術(shù)是重點(diǎn),第三代燃料電池技術(shù)的發(fā)展將是燃料電池汽車技術(shù)取得突破的關(guān)鍵;而對于動(dòng)力電池技術(shù)領(lǐng)域,筆者認(rèn)為比能量、比功率以及電池材料技術(shù)的解決將成為突破其技術(shù)瓶頸的關(guān)鍵所在。

6 小結(jié)

綜上所述,本文作者通過對新能源汽車領(lǐng)域涵蓋的主要類型、關(guān)鍵技術(shù)及與其直接相關(guān)的電化學(xué)電池的專利申請進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析,希望能夠?yàn)檎莆债a(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢,分析產(chǎn)業(yè)發(fā)展熱點(diǎn),促進(jìn)我國新能源產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展有參考作用。

[1]DAI Yong-nian(戴永年),YANG Bin(楊斌),YAO Yao-chun(姚耀春),et al.鋰離子電池的發(fā)展?fàn)顩r[J].Battery Bimonthly(電池),2005,35(3):193-195.

[2]YANG Juan-yu(楊娟玉),LU Shi-gang(盧世剛),LIU Sha(劉莎),et al.混合電動(dòng)汽車用鋰離子電池的研究[J].Battery Bimonthly(電池),2007,37(2):104-106.

[3]PANG Jing(龐靜),LU Shi-gang(盧世剛),DU Ji-lei(杜紀(jì)磊),et al.混合電動(dòng)汽車用高功率型鋰離子電池[J].Battery Bimonthly(電池),2004,34(3):159-160.

[4]LIN Cheng-tao(林成濤),WANG Jun-ping(王軍平),CHEN Quan-shi(陳全世).電動(dòng)汽車SOC估計(jì)方法原理與應(yīng)用[J].Battery Bimonthly(電池),2004,34(5):376-378.

[5]Development Planning Department of SIPO(國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局規(guī)劃發(fā)展司).新能源汽車產(chǎn)業(yè)專利態(tài)勢分析報(bào)告[J].Patent Statistics Briefing(專利統(tǒng)計(jì)簡報(bào)),2011,(18):1-16.

[6]XIA Xi(夏熙).鋰離子電池磷酸金屬鋰鹽正極材料的發(fā)展-EV和HEV用化學(xué)電源的潛力(Ⅲ)[J].Battery Bimonthly(電池),2009,39(1):20-25.