新能源汽车全球专利观察

本研究受国家重点研发计划“新能源汽车专项”（项目编号：2017YFB0102403）支持 新能源汽车全球专利观察 课题组组长： 李东红 清华大学经济管理学院副教授 范爱红 清华大学知识产权信息服务中心主任 执 笔 人： 陈昱蓉 清华大学全球产业研究院 李 津 清华大学图书馆 李亚伦 清华大学车辆与运载学院 周伟韬 清华大学车辆与运载学院 葛 菲 清华大学全球产业研究院 清华大学全球产业研究院 新能源汽车全球专利观察 2 / 70 目 录 一、前 言 ..................................................... 3 1. 研究内容 .................................................. 4 2. 研究方法 .................................................. 7 3. 研究的局限性 .............................................. 8 二、新能源汽车全球专利总体态势 ................................. 9 1. 新能源汽车研发火热 ........................................ 9 2. 不同技术路线发展态势差异较大 ............................. 10 3. 不同技术路线子领域关键技术态势分析 ....................... 12 3.1 纯电动汽车领域 ....................................... 12 3.2 混合动力电动汽车领域 ................................. 18 3.3 燃料电池汽车领域 ..................................... 21 3.4 新能源汽车通用技术领域 ............................... 26 三、全球新能源汽车专利区域分布 ................................ 30 1. 各国新能源汽车技术路线选择存在差异 ....................... 30 2. 纯电动汽车、新能源汽车通用技术领域中国追赶迅速 ........... 32 3. 产业交融下各国产业链布局新态势 ........................... 34 3.1 纯电动汽车领域 ....................................... 35 3.2 燃料电池汽车领域 ..................................... 37 3.3 混合动力汽车领域 ..................................... 39 3.4 新能源汽车通用技术领域 ............................... 39 四、全球新能源汽车主要研发企业分析 ............................ 41 1. 纯电动汽车领域 ........................................... 41 2. 燃料电池汽车领域 ......................................... 50 3. 混合动力汽车 ............................................. 57 4. 新能源汽车通用技术 ....................................... 60 五、结论与建议 ................................................ 68 清华大学全球产业研究院 新能源汽车全球专利观察 3 / 70 一、 前 言 随着环境保护压力的增加和清洁能源技术的发展，节能、环保的新能源汽车成为汽车产业发展的重点。美国、日本、欧洲等传统汽车技术强国早已经在新能源汽车产业布局。丰田、日产、通用、宝马等国外汽车整车厂纷纷研发相关的新能源汽车技术。我国于2003年制定了新能源汽车产业“三横三纵”的发展战略，确立了混合动力汽车、纯电动汽车与燃料电池汽车齐步走的技术路径，期望通过新能源汽车产业的发展实现我国在汽车制造业的跨越式发展，缩小与传统汽车制造强国的差距。 自2010年起，国家及各地政府推出强有力的新能源汽车销售补贴制度，进一步刺激新能源汽车的发展。经过十多年的培育，比亚迪、北汽、上汽等国内一系列车企在新能源汽车领域的投入取得了良好效果，我国成为世界第一大新能源汽车市场。根据中国汽车工业协会的报道，2018年中国新能源汽车的销售量达到125万辆，占全球销量的一半以上。新能源汽车产业发展的环境逐渐成熟，市场竞争愈发激烈。与此同时，政府的补贴也在逐渐退坡。在这种情况下，新能源汽车市场能否持续发展，取决于企业是否具有新能源汽车产业的创新能力与竞争优势。 专利是衡量企业创新能力最易量化的指标之一。在创新全球化的背景下，创新者为了在世界市场保持竞争优势和垄断地位，对知识产权依赖程度越来越高。根据世界知识产权组织（WIPO）2018年12月发布的全球知识产权年度指标报告，2017年全年世界范围的专利申请达到了317万件，连续八年上涨。从宏观层面讲，专利可以反应目标产业全球技术创新的进程与趋势，可以为产业发展决策提供有效的信息支持。从微观层面讲，专利可以反映企业的创新战略布局，企业可以将专利转化为产品等商业价值，还可将其作为开拓国际市场、打压竞争对手的武器。 清华大学全球产业研究院 新能源汽车全球专利观察 4 / 70 随着新能源汽车的发展，传统汽车的产业生态、产品形态和商业模式正在经历全新的变革。汽车产业链延长，动力电池、氢能技术、混合动力系统等可替代能源与可替代动力技术需要整车厂和多方企业不断创新。通过对全球新能源汽车领域相关技术专利大数据进行采集、分析，可以了解全球新能源汽车领域热点研究方向，各国、各大企业在各领域的技术实力和布局重点，同时也可以通过专利数据了解汽车产业面对新能源汽车转型过程中的新挑战与新机遇。这对中国相关企业确立研究方向、寻求技术合作、进行专利布局有着极大的参考价值。 1. 研究内容 新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源的其他能源汽车，被认为能减少空气污染和缓解能源短缺。目前，新能源汽车主要包括纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车。 纯电动汽车（Battery Electric Vehicle，缩写：BEV），是指以动力电池为唯一能量源的新能源汽车。纯电动汽车移除了传统汽车的内燃机与燃料箱，由蓄电池供电给电动机，再由电动机推动车辆，而电池的电量由外部电源充电补充。纯电动汽车结构简单，但存在价格高、寿命短、充电时间长、续航里程短等缺点。 混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle，简称HEV）采用燃油驱动内燃机加上蓄电池驱动电动机作为双动力源。近年来，一些车辆在混合动力汽车的基础上添加充电功能，能够通过充电站或家用充电设备从输电网路为车辆电池充电。这种车辆被称作插电式混合动力汽车（Plug-in HEV，简称PHEV）。本报告将插电式混合动力汽车认为成原有混合动力汽车的延伸，一并分析进行研究。与纯电动汽车相比，混合动力汽车发挥了发动机持续工作时间长，动力性好的优点，又可以发挥电动机无污染、低噪声的好处，具有续航里程长、电池成本相对较低的优点。但其系统装置整合复杂，对内燃机和汽车底盘技术要求较高。 燃料电池汽车(Fuel Cell Electric Vehicle，简称FCEV)是一种用车载燃料电池装置产生的电力作为动力的汽车。车载燃料电池装置所使用的燃料为高纯清华大学全球产业研究院 新能源汽车全球专利观察 5 / 70 度氢气或含氢燃料。车中往往含有燃料电池、储氢罐和一块相对于较小的蓄电池。与其他的电动汽车比较,FCEV用的电力来自车载燃料电池装置。燃料电池汽车具有“无污染、高效率”等先天优势，被称为人类终极能源，但却面临燃料电池技术不成熟，加氢站不完善等成本、存储、运输、安全问题，成为一块可望而不可及的“蓝海”。 本报告根据中国汽车工业协会关于新能源汽车产业囊括关键零部件的定义，参考国家“863”电动汽车重大科技专项“三纵三横”技术开发格局与2016年出版的《中国汽车产业知识产权发展报告》中新能源汽车技术分析,将新能源汽车产业划分为六大技术分支（如表1-1所示）：充电技术、混合动力系统、燃料电池技术、动力电池系统、驱动电机系统、整车能耗控制技术。本报告依据各类新能源汽车的核心技术将此六大技术归类，以展示纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车的专利申请趋势。其中，驱动电机系统和整车能耗控制是三种新能源汽车的共性技术，我们将其归类为新能源汽车通用技术进行单独分析。动力电池系统虽然在三种新能源汽车中均会出现，但其在纯电动汽车中作为唯一动力源，动力电池研发与专利申请均为满足纯电动汽车的发展需要，因此我们将其归为纯电动汽车子领域。综上所述，本报告选用充电技术与动力电池系统作为纯电动汽车的关键技术分支；混合动力系统作为混合动力汽车的关键技术分支；燃料电池相关技术中的车载储氢设备、燃料电池材料及制造和燃料电池运行管理作为燃料电池汽车的关键技术，驱动电机系统、整车能耗控制技术作为新能源汽车通用技术。如图1-1所示。 表1-1 新能源汽车技术分支 一级 二级 三级 新能源汽车 充电技术 快速充电 无线充电 混合动力系统 动力系统构型 动力系统控制 清华大学全球产业研究院 新能源汽车全球专利观察 6 / 70 燃料电池相关技术 氢气的制备 储氢设备 燃料电池材料及制造 燃料电池运行管理 动力电池系统 动力电池材料及制造 动力电池包管理 驱动电机系统 电机及控制 整车能耗控制技术 能耗优化 制动能量回收 图1-1 纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车的关键性技术 清华大学全球产业研究院 新能源汽车全球专利观察 7 / 70 借助专利数据，本研究从三个方面分析了全球新能源汽车前沿技术的趋势： （1）从时间及技术方向等角度揭示技术总体发展态势，比较三种新能源汽车技术路线的发展路径。 （2）比较主要研发国家在技术路径选择上的不同以及在新能源汽车产业链上的布局侧重点。 （3）比较不同类别的研发企业在产业交融下的专利布局以及技术侧重点。 2. 研究方法 本报告数据来源于德温特创新专利信息平台Derwent Innovation（DI），此信息平台包含德温特世界专利索引数据库（DWPI）和德温特专利引文索引数据库(DPCI)。德温特信息平台包含国内外多个主流国家专利产权局的公开数据，如中国国家知识产权局数据库、欧洲专利局数据库、美国专利商标局数据库、日本特许厅PAJ数据库。并可将企业向不同国家知识产权局申请的同一专利合并，生成家族专利，避免了重复计算引起的误差。 本报告采用世界主要专利授予机构划分的全部专利集合，同时还检索所选集合的DWPI字段。通过文本（CTB字段，包括标题、摘要和权利要求）与国际专利分类号（IC字段）相结合的方式，初步确定检索式，进而利用DI的文本聚类功能，经过多次检索试验和抽样验证，同时结合主要企业相关专利的国际分类号，迭代优化检索式。通过专家审核，认为符合目前产业状况。由此可以确认检索策略设计的有效性。同时，本报告利用Derwent Data Analyzer系统对所获得的专清华大学全球产业研究院 新能源汽车全球专利观察 8 / 70 利权人进行归并，避免了同一企业及其子公司在专利申请时采用不同专利权人姓名的情况。在此基础上，本报告根据专利权人的企业性质将主要的专利权人进行分类，包括整车厂（OEM）、传统汽车一级零部件供应商(Tier One)