丰田、本田、日产电动汽车专利计量分析

陈腾 曾国屏 杨君游*

（清华大学科学技术与社会研究中心，北京 100084 清华大学深圳研究生院，深圳 518055）

1、引言

现代制造技术越来越复杂，福特时代以提高制造能力为主的状况已经不复存在。在加工制造和单纯生产的附加值不断降低、投资回报日趋减少、并且产品生产企业之间的差距逐渐减小的情况下，产品的研发能力成为企业提高自身竞争力的关键。在创新的价值链中，产品研发处于价值链的前端，是微笑曲线的价值聚集处[1]。产品研发能力的提升，通常是通过加大科技研发力度，增强基础研究力量，并以专利这种显性知识的形式表达出来。在汽车这种技术相当复杂的行业中，企业的研发能力显得尤为重要。

日本是一个非常重视技术的国家。上世纪八十年代，日本经济的腾飞就是靠着引进吸收国外的先进技术，再次创新后转变为自己的技术，这种集成创新的方式使得日本在技术上一度领先，多个领域的专利处于世界领先地位。日本的这种创新方式使其能够大大降低研发投入，快速掌握新技术，并形成自己的技术体系。日本企业通过形成外围网络的方式，使基础专利失去其活跃的效力。但这种集成创新形式也带来了另外一种后果，即由于忽视了作为技术源头的基础创新，以致在下一次的技术浪潮中，欧美国家凭借其基础创新的优势再次发展起来，而日本则显得力不从心。过分依赖于拿来的基础创新，这是日本技术专利战略的重要缺陷。[2]基础研究是创新的活力来源，对于国家战略资源的储备有重要意义[3]。日本近年来逐渐认识到要加大对基础研究的投入，应当改正“重应用，轻基础”的格局，保证创新的源头活水。为此，1995年日本通过了《科学技术基本法》，明确指出了基础研究的独创性和重要性，加大了对科学技术研究的投入，对推进基础研究给予政策上的支持，这种举措表明，日本政府转变了科技发展战略，提升了对基础研究特别是基础专利技术研究的重视。在这种科技发展战略的指导下，经过十多年的积极努力，日本在许多技术领域又重新夺得了专利的领先地位，本文要研究的电动汽车就是这样的一个领域。

当今世界，油气资源日益枯竭，人们面临日益严峻的能源危机，节能减排、低碳环保的内在需求，迫使人们重视发展能效高、污染少、噪声低的新能源汽车，以电池为主的电动汽车技术成为最具潜力的解决方案。电动汽车，是指由电池或者其他储能设施为动力，以电机驱动来行驶的车辆。电动汽车代表着汽车行业未来的发展方向，是实现节能环保、低碳经济的必然选择。美国、日本等发达国家均通过高额补贴、制定汽车发展战略等举措来推进电动汽车的发展，政府和企业也都投入了大量的资源来研究相关技术。在我国，电动汽车也作为“战略性新兴产业创新发展工程”被列入《十二五规划纲要》[4]，加大力度支持电动汽车的科技创新。从全球电动汽车专利计量来看，自2006年起，全球电动汽车相关专利申请量激增，呈现直线上升趋势[5]。电动汽车高产机构的前10名中有8名出自日本，丰田、日产、本田三家电动汽车生产厂商居于排名前三的位置。对丰田、本田和日产这三家日本企业在电动汽车领域专利情况的比较分析，可以探察电动汽车技术未来的发展趋势，对于我国电动汽车技术路线的选择和研发具有一定的参考价值和借鉴意义。

本文专利分析的数据来源于德温特专利数据库，检索年限为2002到2011年十年间的专利数据 。1由于专利从申请到公布有18个月的期限，因此本文没有使用2012年的数据。

2、专利数量和类别

从历年的专利数据来看，丰田公司具有数量上的优势，其10年间的专利数量约是其他两个公司专利数总和的两倍，这与丰田公司十年来重视专利战略，注重技术的知识产权密不可分。从下面丰田、本田和日产三个公司专利数量的趋势变化可以看出，在2000年时，三个公司的专利数量差异不大，但之后随着丰田公司的加速发力，专利数量呈持续大幅度增长的态势，在2008年和2009年专利量均攀升到11000件的高度，而本田和日产专利数量的增长则显得相对和缓，年专利量基本上是在4000件以之下徘徊，日产公司的专利量在2000年之后甚至还呈现出大幅下降趋势（图1）。

图1 2002-2011丰田、本田、日产专利数量趋势图

从另一项指标——国际PCT专利申请——来看，依然是丰田的专利增速大幅领先，不过本田和日产也一直保持着稳定增长态势，这表明日本三家汽车公司都极为注重海外市场的专利保护（图2）。由于国际PCT专利的申请需要高昂的专利申请费用，因此，透过国际PCT专利的申请，可以较为明晰地研判出公司的专利策略。

图2 2002-2011年丰田、本田、日产PCT专利数量趋势图

在专利分布方面，2002—2011年的10年间，丰田公司的专利分类前10如图3。专利分类T01-J07D1的出现频次高达7791次，远远高于其他分类。该分类表示的是汽车微处理器相关技术，即采用数字芯片处理器实现整车的数字控制。这说明，随着汽车电气化的加深，以及汽车的电动化演变，汽车的控制需求变得越来越复杂，汽车的高性能需要高精密的参数配合，硬件性能的发挥需要相配套的软件支持。其他分类依次为混合电动技术、电动汽车技术、电池串并联技术、蓄电池技术、燃料电池技术、燃料电池控制技术等。从专利分布可以看出，丰田的技术研发偏重以混合动力为主的新能源汽车，这和丰田公司未来的生产线悉数采用混合动力化息息相关。此专利类别分布图也表明，丰田在重视提高硬件参数的同时，也极为重视汽车配套设施的研究与开发（图3）。

图3 2002-2011年丰田专利类别分布图

相比较而言，本田的专利数量比丰田要少得多（见图4）。两个公司的共同点，是分类T01-J07D1专利数量最多，远远大于其他分类，这表明汽车电气化是两家公司在专利研发上的共识。本田公司其后的三个专利分类是X21-B01A、X16-C09和X21-A01J，分别为牵引电池、燃料电池控制技术和燃料电池技术，表明本田在电动汽车的电源上投入了更多的精力，燃料电池的研发是本田重点关注的领域。同时，在本田排名前十的专利分类中有代表摩托车技术的X22-P02，这在丰田排名前10的专利分类中没有出现，表明本田对摩托车的电动化研究有所关注。

图4 2002-2011年本田专利类别分布图

日产公司的专利类别分布图显示，日产排名第一位的专利分类与丰田和本田是一致的，说明汽车电气化技术是电动汽车研发的重点领域（见图5）。日产排名第二的专利分类是X21-A01F，即电动汽车技术，排名第三的是X16-09C，即燃料电池控制技术，且排名前三的专利分类是齐头并进，在数量上差别不大，这表明纯电动汽车和燃料电池汽车的研发是日产公司重点关注的领域。如纯电动汽在技术研发上能取得突破性进展，日产公司将会取得在纯电动汽车的技术研发领域处于相对的优势地位。

图5 2002-2011年日产专利类别分布图

企业的研发重点反映在专利的增长率上。当某一类专利的数量逐渐下降时，表明该类专利所对应的技术已经趋于成熟或者将被新的技术所替代，大规模的研发投入已经没有必要；而某一类别专利数量较少且持续增长时，表示这个领域的专利还有相当大的发展空间和开发价值，值得新进入者进行研发投入。下面对丰田、本田和日产三家汽车厂商2002—2011年10年间排名前10的专利变化趋势进行对比分析，其中剔除了近年来不再出现的专利分类。

从丰田公司的专利变化趋势，可以看出，部分专利分类一直在增长，而有些专利已经不再增长或者退出前10（见图6）。最为明显的是T01-J07D1，为汽车微处理器系统，而且在2006年该专利数量激增，说明将微处理器作为汽车控制系统集成，已经深受丰田公司重视，预计今后该专利数量仍将继续增加，应该为汽车厂商所关注。技术分类X21-A01D、X22-P04A均和混合动力汽车相关，这和丰田的混合动力汽车战略相吻合，可见专利确实能够从一个侧面反映出某一企业的研发重点，并能据此进行未来专利发展趋势的预测和分析。丰田在X21-B01A、X21-A01J占有较多的专利数量，但近年来在这几个专利类别上呈现下降的趋势，该分类分别表示牵引用蓄电池和燃料电池，表现汽车厂商对此的关注度在下降。分类X22-A01F表示电动汽车技术，近年来的增长较为显著，说明丰田已经开始重视纯电动汽车的研发，以期为今后的纯电动汽车化储备技术基础。

图6 2002-2011年丰田专利类别趋势图

本田公司的专利数量相对较少（见图7）。T01-J07D1（汽车微处理器系统）在2006年获得激增式发展，这与丰田公司专利的发展情况大体一致，进一步说明该专利分类在电动汽车发展中的重要性。X16-C09呈现逐年下滑的趋势，该专利分类表示燃料电池的控制技术，例如催化剂、气体流等等，而分类代码X21-A01J表示电动汽车中的燃料电动汽车技术，这两者的变化一方面说明，本田仍将燃料电动汽车视为本公司的技术重点，另一方面也说明，本田正在逐步将关注重心向整车方向转移。X21-B01A（牵引用蓄电池）也是正在增长的专利分类。X21-A01D（混合电动汽车）也表现出和缓的持续增长趋势，说明本田近年来虽然大力推进混合动力的发展路线，但其投入的研发力度与丰田相比尚有较大差距，因此在该领域的研究进展和专利水平与丰田相比也有较大差距（图8）。

图7 2002-2011年本田专利类别趋势图

与丰田和本田相比，日产的专利路线还较为模糊（见图8）。T01-J07D1是其专利数量最多的分类，该类专利在2007年有过陡然剧增的势态，但总体趋势仍是比较和缓的增长。X16-C09和X21-A01J的变化与本田比较相似，由于在燃料电池上没有取得根本性的突破，两家公司均已转移了研究重点。日产在其他的专利分类上并没有明显的增长趋势，数量较多的专利分类均集中在电动汽车领域，这或许从一个侧面反映出，纯电动汽车路线是日产一直以来的研发方针。

图8 2002-2011年日产专利类别趋势图

3、专利分布分析

可视化是文献计量学近年来的热点方向。可视化是通过对文献的挖掘和整理，将之以图形的方式表现出来，从而使得统计结果更为直观和明晰化。专利地图是把专利分布进行可视化的结果。专利地图将专利文献进行整理，将一次、二次、三次等专利信息“地图化”（可视化）。专利地图可视性强，易于直观分析理解。依据其用途的不同，专利地图可分为专利管理图、专利技术图、专利权利图等。国际上常用的专利可视化软件有Aureka、Thomson Data Analyzer、Citespace等。CiteSpace由美国德雷赛尔大学的陈超美博士开发，是用于分析并可视化共引网络的应用程序，可以用来识别出特定知识领域的发展趋势[2]。本文使用该软件处理和分析从德温特专利数据库所得到的专利信息。

本文分别检索了丰田、本田、日产的电动汽车专利数据，形成三个专利聚类图。丰田的专利分布形成了两个大的聚类。（见图9）第一个聚类是以德温特手工代码X21-A01D为中心的聚类。X21-A01D代码表示电动汽车中的混合动力汽车，在丰田的所有电动汽车专利分类中排名第一，并且专利数量也保持着逐年递增的较高增速，表明丰田从初期开始就一直将混合动力汽车作为技术研发的重点。在这个聚类中，第二重要的分类是X21-A01F，指代Electric vehicle，是电动汽车技术；第三分类是X22-P04A，表示并联、串联、混联三种混合动力技术和燃料电池混合技术。其次的分类分别为T01-J07D1（汽车微处理器）、X21-A01D1（并联混合动力）、X21-A02A（电动汽车传动系统）等等。

分类T01-J07D1和X21-A05在丰田近期的专利中不断增多，它们分别表示汽车微处理器和仪表显示技术。在混合动力汽车取得成功后，一方面，丰田公司继续提高混合动力汽车性能，另一方面，则更加注重汽车的电子化。混合动力汽车是一个复杂的系统性技术，需要各个部件精密的协同配合才能发挥出好的效能，这两个专利分类的不断增长意味着丰田公司逐步重视汽车的“软件”，而非仅仅是开发出硬件性能好的汽车。

丰田电动汽车专利的第一个聚类围绕着整车的控制技术，第二个分类则是更加核心的电源聚类。第一位的X21-B01A表示牵引用蓄电池，包括大容量电池技术和燃料电池技术；X21-A01J则是燃料电池汽车技术，该聚类的其他分类也以燃料电池技术为主。除了持续关注新型蓄电池技术，丰田公司也投入大量精力研究燃料电池技术。

图9 2002-2011年丰田专利聚类图 2

本田与丰田的专利分布极为类似，虽然两个公司在专利数量上相差很大，但专利结构却大体趋同。（见图10）值得注意的是，近期本田在“并联混合动力汽车技术”的专利有所增强，本田推出的混合动力汽车都是基于并联系统，与丰田的混联系统有所差别，这种差别或许是基于结构和重量的考量，也可能是出于专利技术等多方面的综合考虑。

图10 2002-2011年本田专利聚类图

与上述两个以混合动力汽车为主的公司相比，日产的专利策略有所不同。（见图11）在整车技术聚类中，日产近期X21-A06、X21-A05两个分类的专利增多，它们分别表示电动汽车数字显示和电池测量技术。在电源技术聚类中，后期较多关注了电极、电池单元等用以提高电池性能的技术。

图11 2002-2011年日产专利聚类图

4 、小结

专利分析的结果显示，丰田、本田和日产三家汽车生产厂商各自拥有自己的核心技术。丰田公司长久以来坚持发展混合动力汽车，早期就在专利上有较大投入，之后一直不断地加强混合动力专利网络的建设，这部分专利一直处于公司的中心地位。从其专利分布中也可以看出，丰田的混合动力技术涉及面较广，在各个分类中都有较多的专利；与丰田相比，本田的混合动力专利相对狭小，且主要集中于并联技术，数量远不及丰田公司。此外，本田公司比较注重燃料电池汽车的研发，一直保持着对燃料电池技术专利的持续投入；日产公司则在混合动力、燃料电池和纯电动汽车这三种汽车技术专利研发上的投入较为均匀，而后期逐步转向电动汽车技术。因此，日产公司虽然一直有混合动力和燃料电池汽车的专利，但其产业化情况并不显著。

专利分析也反映出这三家汽车厂商的一些相同之处。首先，三家汽车厂商都非常注重汽车微处理器的开发，此类专利在三家汽车厂商的专利类别排名均居于首位，表明相关技术均被视为电动汽车或汽车技术的核心。随着汽车电气化的加深，控制处理系统在整车技术中的作用将会越来越重要。其次，虽然燃料电池技术前景并不十分明晰，但三家公司仍然保持着对燃料电池技术的研发投入，其中以本田尤为突出。再者，丰田和本田的专利中也开始较多地出现电动汽车技术专利，一定程度上反映了各汽车厂商均提升了对纯电动汽车研发的关注度。

表1 德温特手工代码释义表

[1]王蒲生,杨君游,李平,张宇.产业哲学视野中全球生产方式的演化及其特征——从福特制、丰田制到温特制[J].科学技术与辩证法,2008,25(3):100.

[2]栾春娟.专利计量与专利战略[M].辽宁:大连理工大学出版社,2012:86-92.

[3]吴彤,李正风,曾国屏.基础研究评价与国家目标[J].科学学研究,2002,20(4).

[4]中国网.“十二五”规划纲要（全文）[EB/OL].(2011-03-16) [2013-01-26].http://www.china.com.cn/policy/txt/2011-03/16/content_22156007_4.htm.

[5]栾春娟.全球电动汽车产业专利计量分析[J].技术与创新管理,2011,3(2):115.

[6]Chen,C.CiteSpace II:Detecting and visualizing emerging trends and transient patterns in scientific literature.Journal of the American Society for Information Science and Technology,2006,57(3):359-377.