新能源汽车全球专利分析

李国秋+范晓婷

[摘要]本文根据研究团队的相关预研究，结合主题词、德温特手工代码、IPC分类号等方法，精心制定新能源汽车技术的检索策略，在德温特专利数据库平台上收集数据，对检索结果使用TDA软件进行分析，在此基础上对国际新能源汽车领域专利从年度专利走势、主要技术领域、竞争机构专利分析等维度进行了统计和对比分析。结果显示，全球范围内新能源专利一直在稳定增长，国外在专利布局方面都没有忽视在中国市场的专利申请，企业之间的合作关系不强。

[关键词]专利分析；新能源汽车；关键技术

1概述

进入21世纪以来，我国汽车工业发展迅速。汽车销量一直处于高速增长的状态，虽然在2008年受金融危机的影响，汽车增长率相比往年有所下降，但是汽车总体销量还是增加的。截至2015年底，我国汽车保有量达到2.79亿辆，其中汽车1.72亿辆。如此大的汽车市场也增加了对石油的需求。汽车对石油的大量消耗也带来了环境问题。面对严峻的能源问题和环境问题，汽车产业未来的发展方向成为各国政府关心的问题。由此，新能源汽车登上历史舞台，成为解决目前能源、环境危机的有效方法。发展新能源汽车也成为我国解决这些问题、提高汽车产业竞争力的主要措施。因此，深入了解国际上新能源汽车专利技术发展状况，具在非常重要的意义。

2研究方法

本文利用德温特专利数据库作为检索平台，通过检索策略获取有关新能源汽车领域的专利信息，在此基础上对整个新能源汽车领域进行了专利地图绘制，并从新能源汽车目前专利申请状况、关键技术领域发展情况、各机构竞争合作关系等多个维度进行了分析，为国际新能源汽车的发展作了一个较为全面的描绘。

3新能源汽车专利地图分析

本文选择汤森路透公司的Thomson Innovation德温特专利数据库作为专利数据来源。结合主题词、德温特手工代码、IPC分类号的方法进行专利检索和数据收集。IPC分类号和德温特手工代码下的项目内容有些是与新能源汽车技术密切相关的，有些是属于一般相关的。因此对于密切相关项不必限定主题字段，而对于一般相关的项目内容要限定与新能源汽车相关的主题词。在策略中使用了逻辑运算符AND、OR、NOT进行组合。

关于主题词的检索考虑到所有与车相关的英文称呼，主要有vehicle、sedan（轿车）、car、bus、automobile；还有新能源汽车的主要分类，主要的相关检索词有electric、fuel cell vehicle、hybrid；将它们进行组合会获得所有字段的检索主题词，在检索策略里用Alld代表。关于德温特手工代码的选择，是从大类里一层一层的找与新能源汽车相关的小类，比如X22代表Automotive electrics，而其下级分层X22-P04表示Hybrid，那么X22-P04这个手工代码就是与我们检索目标相符合的，需要放到检索策略里。经过一层层的筛选查阅，与目标一致的一般相关手工代码主要有X22-P04*、X16-C*、X16-F06*、X16-E06A*、L03-E04*、H08-E04、J06-B06A、A12-E06"、X12-H0181，将它们与主题词放在一起以AND做组配检索；而对于X21-A01D表示Hybrid vehicle，是与目标主题密切相关的手工代码，它不需要与主题词放在一起做检索，与主题词是OR的关系，这类密切相关的手工代码主要有X21-A01D*、X21-A01F、X21-A01J、Q19-P、Q19-Q*、x21-A01H。而德温特手工代码在检索策略里用MC表示。最后关于IPC分类号，它与德温特手工代码相似，主要IPC分类有6个部，部下又设有大类、小类，它们之间是从属关系，所以也是层级查询、筛选出来的与检索目标一致的IPC分类。它也有一般相关与密切相关之分，一般相关也是与主题词放在一起做AND检索，这类IPC分类号有B60L*、B01J0023*、B01J004712、H01M0004*、H01M0008*、H01M0010*、H01M0012*、H02J0003*、H02M0007*、C01B0003*、C2580009*、C2580011*、C2580013*；密切相关的IPC分类号有B60K0006*、B60W0020*、B60W0010*，去掉B60K000608、B60K000610、B60K000612。在检索策略里IPC分類号用IC表示。最后综合作出的检索策略如表1所示。

按照表中的检索策略，进入Thomson Innovation专利检索界面，在预览/编辑检索式的框中输入以下整个检索式：

（alld=（“electric vehicle*”or“electric sedan*”or“electric car*”or “electric bus*”or“fuel cellvehicle*”or“electric motor vehicle”or“electric motorcar*”or“hybrid vehicle*”or“hybrid car*”or“hybridsedan*”or“hybrid bus*”or“hybrid motor car*”or“electrical automobile*”）AND（MC=（X22-P04*orX16-C*orX16-F06*orX16-E06A*orL03-E04*orH08-E04or J06-B06Aor A12-E06*or X12-H0181）ORIC=（B60L*or B01J0023*orB01J004712orH01M0004*orH01M0008*orH01M0010*orH01M0012*orH02J0003*orH02M0007*orC0180003*orC2580009*orC2580011*orC2580013*）））OR MC=（X21-A01D*orX21-A01ForX21-A01Jor Q19-Por Q19-Q*or X21-A01H）OR IC=（B60K0006*orB60W0020*orB60W0010*）notIC=（B60K000608orB60K000610orB60K000612）

检索得到德温特专利186743件，其中中国专利有66623件。在专利分析工具上，主要使用了Thomson公司的TDA（Thomson Data Analyzer），还辅助运用了Thomson Innovation的分析功能。首先在得到专利检索结果后，在Thomson Innovation平台选择将结果导出，导出成功后保存并打开TDA软件，将数据导入到TDA中，创建成为一个有关新能源汽车申请专利的总览表，其中包含不同的字段信息，可用于不同的分析目的。

3.1新能源汽车年度专利走势分析

在TDA总览表中选择最早优先权——年（earliest）字段，双击该字段，TDA会生成一个以专利申请数量为统计标准的年度排名情况表，时间从1966年至2016年。按照年份顺序对该表进行排序，得到不同年度国际专利申请数量信息。将该表复制到Excel中，使用Excel的图表功能作图。以同样的方法，选择专利公开信息字段，得到不同年度专利公开数量的表。

在总览表中选择专利公开号字段，双击得到关于所有专利申请号的表，找出所有以CN（中国）开头的专利信息，选中这些信息并建立一个新的子数据集，命名为中国专利，一共有66623件。在这个中国专利的总表单中选择最早优先权年和有关专利公开量的字段，按照上述方式获取有关中国专利申请量和中国专利公开量的表，并将表粘贴在Excel中用于制作专利地图。

由于专利从申请到公开有18个月的间隔期，有些甚至会更长，因此在制作专利地图时，考虑到2014年后半年的申请信息和2015年的申请信息尚未公开，这两年的申请量数据并不具有代表性，所以有关专利申请量的年份统计截止至2013年底，而有关专利公开量的年份统计截至2015年底，这样的年份数据选择更能客观地反映其中的变化趋势。

在20世纪1991年以前，不管是国际还是国内有关新能源汽车专利的申请数量都很少，在1984年以前有时还为0，因此在作图时选择从1991年开始统计。从图1中可以看出，新能源汽车在90年代中有了一定的发展，而真正明显的巨大发展出现在2000年以后。进入新世纪，关于新能源汽车领域的技术发展突飞猛进，不管是在国际还是国内，专利申请出现了持续的快速增长阶段，并且这一趋势一直延续至今。国际上对新能源汽车的研发热情很高，专利申请量和公开量处于稳定上升的状态。

从国内关于新能源汽车的专利申请情况来看，我国在新能源汽车领域的技术发展比国际晚了10年左右，在20世纪90年代的申请量极少，只有一些零星的专利申请信息。到2003年发展开始加快，并且中间没有太大的波折，与国际走势一样一直在稳定的增长，这种趋势也一直延续至今。

3.2专利技术领域分析

3.2.1主要技术领域专利分析

在进行主要技术领域分类时，使用德温特手工代码对不同的技术进行分类。在总览表中选择手工代码字段，按照专利申请量进行统计排序。选取专利数量排在前100位的手工代码，根据不同手工代码代表的不同技术对其进行归类，按照不同的类编辑新的技术组并作标记，以技术名称给组命名，最后统计分类一共得到14类主要技术。将这些技术组添加成为总览表中的字段，命名为“手工代码一主要技术”。接下来就可以在总览表中选择该字段，TDA会按照这14个关键技术统计出每个关键技术所拥有的专利数量。

因为在总览表中已经添加“手工代码一主要技术”字段，所以在新建的子数据集“中国专利”的总览表中也会有该字段，可以同样统计出中国在这14个关键技术领域的专利申请数量分布情况。随后在Excel中将两组数据汇总进行图表制作。

图2显示了国际专利和中国专利在不同技术领域的申请状况，很直观地呈现了新能源汽车各技术领域的发展现状。在国际上，对电池、车辆微处理器系统、充电、动力总成/传动控制系统、燃料电池及其相关装置、传动系统这些技术很重视，投入了不少资源进行研发。尤其是有关电池的技术是新能源汽车产业发展的焦点，为研发项目的热门内容。而在中国，与国际研发重点相比，除了重视电池、车辆微处理器系统、充电技术的研发投入，还对安全/监测/仪表系统、牵引电动机的研发很重视，对燃料电池及其相关装置的发展投入相对较少，并没有国际的热情高。

在Thomson Innovation中输入检索策略，得到所有的专利检索结果后，利用它的分析功能，选择Theme Scape功能对不同的技术进行聚类，作出重点技术研发领域的地形图。

图3中，白色区域代表重点技术，区域形状越大说明对该技术领域的研发越重视，越是技术研发的热点。图中的白色区域技术有电池/电极/二次充电、燃料电池或燃料电池系统、内燃机、充电装置、制动系统、混合动力汽车。而象动力装置、车轮驱动、传动速度等技术是聚类得到的主要技术，却不是国际研发的热点和重点。其中，电池/电极/二次充电、燃料电池系统、内燃机、充电装置这4个领域的白色区域最大，是国际研发的重点技术领域。而关于制动系统、混合动力汽车也是白色代表的，虽然面积没有上边的4个技术领域大，但是也是颇受关注的技术研发领域。

3.2.2主要技术领域专利年度分析

在总览表中选择“手工代码一关键技术”字段，对它按照专利申请年度进行统计，得到不同技术在不同年度的专利申请数量情况表，在Excel中用该统计表作出主要技术领域专利年度分布图。

圖4中对新能源汽车主要技术领域进行了年度走势分析，可以看出新能源汽车发展过程中各类关键技术在近些年的发展情况。电池技术作为发展新能源汽车的核心技术，在20世纪90年代的发展就高于其它技术的研发，到了21世纪更是得到飞速发展，一直处于高速增长的状态。车辆微处理器系统在90年代的发展很少，而在2005年以后专利申请数量突飞猛进，甚至有超过电池技术的趋势。并联式混合动力仍为现在主流的耦合方式，在2000年开始得到发展，到了2007年更是达到巅峰状态，此后几乎一直保持这样的发展态势，说明这种耦合方式在现实使用中还是很有优势并且有进一步研究改进的价值。而动力总成/传动控制系统与并联式混合动力技术发展相似，在2000年后得到快速发展，并且至今也处于稳定的发展趋势。

3.2.3技术热点变迁

按照国际专利申请总量，将它相对平均的分为两部分，划分出两个时间段，其中以2010年为节点，将所有技术分为2010年以前和2011年以后两个时间段，分别代表早期和近期两个阶段。其中，早期阶段的专利申请量为124714件，近期阶段的专利申请量为109815件。设置“1996-2010”和“2011-2015”两个组并添加到总览表中，成为总览表的字段。对这个新字段和“手工代码一关键技术”字段做共现矩阵分析。在TDA中可以得出分析表。经过处理如表2所示。

根据表2的数据在Excel中作百分比堆积条形图，分为1966-2010和2011-2015两个阶段，其中早期阶段为蓝色，近期阶段为红色。绘制出技术热点变迁图。

早期阶段的蓝色在图的左边，红色的近期阶段在右边。我们以2011-2015这一近期阶段的专利数量109815与这2个阶段专利总数量作比，其比值约为47%，从右边开始数47%的位置，也就是横轴坐标53%的位置画一条基准线，超过基准线的红色部分代表技术热点的迁移。从图中可以看出过了2010年以后，技术热点开始向安全/监测/仪表系统、车辆微处理器系统、电池测量和测试、电力推进和制动、充电、电池这些技术迁移，其中热点变迁最明显最快的则是安全/监测/仪表系统和车辆微处理器系统。而内燃机、牵引电机转速控制、燃料电池及其相关装置等一些发展较为成熟的技术，在国际上的研究有所减少。

3.3专利区域分析

3.3.1专利国际区域分析

通过对国际专利进行区域分析，可以了解不同的国家在该技术领域的水平。因此，在国际专利总览表中按照“优先权国家/地区”统计专利申请数量情况。专利优先权是专利申请人在某一国家首次提出专利申请之后，它就能在专利法规定的时间内同时向其它国家申请该主题的专利保护，这种申请被看作是在申请的第一次申请日提出的。多数情况下，发明人会选择在自己国家第一次提出它要申请专利的发明创造。所以优先权专利申请的地域分布能够反映一个国家在该产业领域的技术实力。其结果会显示各个不同的国家、地区所拥有的专利数量。我们取出其中的前5位做统计，其余地区进行合并，得出分析结果如表3：

在优先权专利申请量的国际分布上看，日本占有绝对的优势，占据了新能源汽车产业技术所有优先权专利的近一半，表明日本的新能源汽车技术在国际走在前列，在全球新能源汽车市场有着举足轻重的地位。我国在近几年的发展也相当迅速，在该领域的技术专利申请量近次于日本，占到22%的比例，也说明我国近年来对新能源汽车研发工作的重视，并且已经取得一定的成果，未来在该领域的发展还是很有前景的。美国、德国、韩国在国际上也是重视新能源汽车技术发展的国家，但是侧重点有所不同，美国更倾向于推动生物燃料技术的进步。

3.3.2专利技术实力区域分析

在了解各个专利优先权国家/地区在新能源汽车领域技术的专利申请量状况后，使用TDA做共现矩阵，具体分析出专利申请量领先的国家在各关键技术领域的具体分布情况，掌握该领域主要国家各自重视的技术研发项目有哪些异同。

具体方法在国际专利总览表中选择“手工代码一关键技术”字段和“优先权国家/地区”字段，作它们的共现矩阵，取出其中排名前5位的优先权国家/地区，绘制它们各自的关键技术专利申请情况图。

其中，从共现矩阵分析结果中选取前五位专利申请优先权国如表4所示：

在此分布表的基础上，将数据导入Excel中，利用分析出的数据结果绘制优先权国关键技术分布的专利地图。

图6可以很直观地看出全球主要国家在新能源汽车领域的技术布局情况。可以对比其它国家的布局情况，了解自身的不同之处。日本在新能源汽车产业的各个关键技术领域都处于绝对的领先地位，并且技术研发布局最全面。在这14个关键技术领域中，日本全是排在首位，并且优势地位很明显。尤其是在电池、车辆微处理器系统、动力总成/传动控制系统这些技术领域日本的专利申请量很高。而紧随其后的中国，除了电池、车辆微处理器系统发展较快外，在燃料电池及其相关装置、安全/监测/仪表系统、牵引电动机这些技术领域的投入研发工作也较多。美国在车辆微处理器系统、充电技术上的优势较为明显；德国则在传动/离合器/齿轮系统这一技术方面有着自身优势；韩国在电池技术方面具有优势。

在对主要国家技术领域布局情况进行分析后，通过将表中的数据绘制成各个国家在不同技术领域的比例图可以看出各个国家在新能源汽车发展过程中对各技术的侧重情况。

从图7中看出，各国所关注的新能源汽车主要技术领域侧重有所不同。日本在关键技术领域的发展较为全面，尤其是排名靠前的几个技术领域发展均衡，有关并联式混合动力的技术也比其它几个国家更为重视；中国的车辆微处理器系统发展比其它国家更快，对安全/监测/仪表系统、牵引电动机的相关技术更为重视，而在内燃机、燃料电池及其相关装置领域的研发投入缺乏重视，在这14项关键技术领域中所占比例很小，且远远低于其它国家的水平；美国的主要技术发展也比较均衡，很重视车辆微处理器系统的技术发展；德国比其它国家更为关注动力總成/传动控制系统；韩国更关注电池技术。

3.3.3主要专利国家全球专利布局

在国际专利总览表中选择“优先权国家/地区”字段和“专利族国”字段，对它们进行共现矩阵分析，在分析结果列表中取出“优先权国家/地区”字段中排在前5位的国家，取出“专利族国”字段中排在前8位的国家/地区。其结果如表5所示。

根据表中的数据在Excel中绘制主要专利国家在全球专利布局的气泡图。

主要专利国家除了在自己国家申请专利，寻求保护外，在国外地区积极申请专利有利于其获得知识产权的保护，使本国产品在国外生产、销售过程中获得有利的保护条件。因此，一个国家同族专利的申请可以反映出该国在该领域的市场战略。

从图8中可以看出，日本作为在新能源汽车领域专利族最大的国家，很注重在世界市场上的专利布局。除了本国的专利申请数量多外，在美国、欧洲、中国、世界知识产权组织（WO）都有较多的专利申请量，在世界的专利布局非常广泛。中国则是主要集中在自己国家的专利申请，在其它国家和地区的专利布局很少。美国除了在自己国家的专利申请外，还很重视在中国和世界知识产权组织的专利布局。德国则是在欧洲地区和美国、中国都有不少的专利布局。韩国对于国外市场，更加重视在美国和中国的专利布局。

由以上分析可以看出，国外在专利布局方面都没有忽视在中国市场的专利申请，并且比较重视在中国的专利布局。说明国外很看重中国的新能源汽车产业发展，对中国未来的新能源汽车市场很有信心。因此在专利布局上关注在中国的市场，也表明它们更愿意在这里投资发展新能源汽车产业。这是我国本土企业发展新能源汽车产业的机会，同时也是一个威胁，如果本土企业不注重自身在新能源汽车领域的技术研发和战略布局，那么很大的市场发展潜力可能会被国外抢占。

3.4竞争机构专利分析

3.4.1新能源汽车领域竞争机构专利分析

在国际专利总览表中选择“机构代码”字段，按照不同机构专利申请数量进行排序，取出排在前10位的机构，获得主要专利权人专利申请数量排序表。根据该表制作主要专利申请人国际排名专利分布图。

上述表6和图9表明，排在前10位的专利权人来自日本、美国、德国和韩国这4个国家。其中，有5家企业来自日本，占据了一半的位置。可见日本在该技术领域的主导地位毋庸置疑。美国和德国各有两家，都为汽车生产商。韩国拥有一家机构。日本的丰田、日产和本田排名前3位，尤其是丰田公司的优势特别明显，远远超过竞争对手，在全球新能源汽车市场上占有绝对的领导地位。而排在第四位的韩国现代汽车与其后的各个机构在专利申请数量上相差并不大，实力相差并不悬殊。

从这10个不同的专利权人中选取有代表性的4個机构，对它们进行关于关键技术领域的专利申请分析。其中，选取排在前2位的日本丰田汽车、日产汽车，韩国的现代汽车和美国的通用汽车这4家汽车企业作为分析对象。用国际专利总览表中的“手工代码一关键技术”字段和“机构代码”字段作共现矩阵分析。从矩阵中取出这4个机构在不同关键技术领域的专利申请量数据，并且进行排序统计成表。通过这些数据可以了解各大企业在该领域的技术特长和技术发展情况。掌握竞争对手的技术信息，对我国本土企业的发展战略有一定的帮助与启示。

图10的雷达图显示：日本丰田公司不仅专利申请数量巨大，而且关键技术领域分布比较全面，尤其是内燃机、并联式混合动力、车辆微处理器系统技术具有明显的优势。日产公司则在电池、燃料电池及其相关装置方面具有技术优势。韩国现代公司在车辆微处理器系统、燃料电池及其相关装置、动力总成/传动控制系统具有优势。美国通用汽车车辆微处理器系统、燃料电池及其相关装置这些技术领域具有一定的优势。

3.4.2主要竞争对手间合作分析

在以机构代码统计的专利申请数量分析表中选取排在前十位的机构设置为组，命名为“top10机构”。在国际专利总览表中的机构代码字段下选择top10机构，作共现矩阵分析，其中行选择top10机构中的组中项，列选择与行选择相同。可以分析得出主要竞争对手问的合作情况。

图11表明，日本丰田汽车与日本国内的两家厂商有着密切的合作关系，这两家企业分别是日本电装与松下电器。而与其它企业的合作则很少。德国的戴姆勒公司同两家美国汽车厂商合作较为密切，它们是美国通用汽车和福特公司。而其它各大公司之间的合作都相对较少，许多企业之问也不存在合作关系。

4结论

上述实证研究表明，全球范围内新能源专利一直在稳定增长，国外在专利布局方面都没有忽视在中国市场的专利申请，企业之间的合作关系不强。