基于专利视角的广西氢能汽车技术创新现状与发展研究

谢积鉴，何鲁桂，唐青青，胡婷婷

（广西壮族自治区科学技术情报研究所，广西 南宁 530022）

0 引言

20世纪以来，煤、石油及天然气为主的石化能源开始枯竭，具体表现为其储存量大量下降［1］。在全球向绿色低碳技术转型的趋势下，氢作为一种清洁高效的可再生能源，已成为能源技术发展的新方向［2］。在这样的大背景下，作为氢能利用技术的氢能汽车得到了快速发展，并逐步进入汽车应用市场［3-4］。目前，氢能汽车产业发展已成为国际重要焦点［5-6］。重庆大学的蒋瑜洁等［4］研究了日本推动氢燃料电池汽车产业发展的机制，指出日本通过中央政府的顶层设计明确了氢能汽车产业的战略发展目标，同时修订相关法律法规、推行中央财税激励与技术研发促进政策，推动氢能汽车产业发展。青岛市科学技术信息研究院的徐文亭等［7］研究了青岛氢能汽车产业发展对策，总结了青岛市氢能汽车产业发展现状，提出了出台氢燃料电池规划、强化研发能力建设、组建产业创新联盟、加强队伍人才建设、建立氢能公交示范线路等对策建议。南京工程学院的赵振东等［8］深入分析了江苏省氢能汽车产业发展演化趋势，通过情景仿真研究和政策分析，揭示了不同财政补贴政策情景对江苏省氢能汽车产业发展的影响［9］。上述研究对国家及地区推动氢能汽车产业发展有着重要的指导意义。本文采用IncoPat专利数据库作为检索分析平台，检索2004年1月1日—2023年7月5日的氢能汽车产业相关专利数据，并进行分析，以期充分了解广西氢能汽车产业的技术创新现状及发展态势，发现产业发展中存在的问题，并提出有针对性的对策建议。广西氢能汽车产业尚处于起步探索阶段，本文的分析结果和建议将为广西氢能汽车产业创新研发和前瞻布局、构建完整产业链、实现产业升级提供重要启示。

1 我国氢能汽车专利信息分析

1.1 氢能汽车领域专利申请变化趋势分析

随着我国氢能汽车产业技术创新加速和高质量发展，中国专利申请量也随之快速增长。本文采用专利信息分析方法对我国氢能汽车领域的相关专利开展计量分析，探索氢能汽车领域的技术发展方向及主要竞争对手，为政府或相关企业推动技术发展、加强专利布局、突破核心技术等提供决策支持。截至2023 年7 月5 日，在IncoPat 专利数据库 中 共检索到5 709 件与氢能汽车领域相关的中国专利申请。限于我国专利的审查程序，实用新型专利从提出申请到授权公告需要6个月到1年的时间，发明专利从提出申请到公开需要18个月的时间，因此2022年和2023年的专利申请量不是最终的数据。

图1为国内氢能汽车领域专利申请变化趋势图。如图1 所示，2004—2012 年，我国氢能汽车领域相关专利申请量较少。从2013年开始，我国氢能汽车领域相关专利申请量增长趋势明显，2020 年达到近20 年最高，为962 件，表明各申请人在氢能汽车领域的研发日益活跃。

图1 国内氢能汽车领域专利申请变化趋势图

图2为广西氢能汽车领域专利申请变化趋势图。如图2 所示，2007—2012 年，广西氢能汽车领域相关专利申请量较少。从2013年开始，广西氢能汽车领域相关专利申请量的增长趋势明显，2016 年达到近20年最高，为21件，表明各申请人在氢能汽车领域的研发日益活跃。由此可见，广西区内氢能汽车技术研发活跃度与国内同行步伐基本一致，区别在于，2016年后的3 年广西区内的氢能汽车领域相关专利申请量有所下滑。

图2 广西氢能汽车领域专利申请变化趋势图

1.2 氢能汽车领域专利技术构成分析

图3 为国内氢能汽车领域专利申请技术（小类）分布图（前10 位）。由图3 的统计数据可知，氢能汽车领域的重要技术方向。氢能汽车领域相关中国专利申请的小类构成排在前3 位的为B60L“电动动力装置”、H01M“用于直接转变化学能为电能的方法或装置”、C08L“高分子化合物的组合物（例如用于氢能源动力汽车胶管系统的三元乙丙橡胶等）”。由此可见，氢能汽车领域的动力技术及储能技术为氢能汽车领域的热门技术。

图3 国内氢能汽车领域专利申请技术（小类）分布图（前10位）

图4 为广西氢能汽车领域专利申请技术（小类）分布图（前10 位）。由图4 可知，广西区内专利申请的小类构成排在前3 位的为H01M“用于直接转变化学能为电能的方法或装置”、C01B“非金属元素和其化合物（例如乙醇水系统车载重整制氢方法）”、B60L“电动动力装置”。与国内技术构成相比，广西区内总体技术类型基本相同，研究重点基本一致，氢能汽车领域的动力技术及储能技术亦为广西氢能汽车领域的热门技术之一。

图4 广西氢能汽车领域专利申请技术（小类）分布图（前10位）

1.3 氢能汽车领域专利地域分布分析

表1 为国内氢能汽车领域中专利申请地域分布表。从表1 可知，湖北省、江苏省、广东省在氢能汽车领域的专利申请量排在国内前3位，这些省份高度重视建立与完善产业政策体系，在利好政策的强力驱动下，当地的企业技术研发活动非常活跃，专利产出量高。

表1 国内氢能汽车领域中专利申请地域分布表

湖北省在氢能汽车领域的相关专利申请量最多，达1 070 件，排名第1 位。湖北省非常重视氢能产业发展，2020年出台《关于进一步加快能源科技装备产业发展的通知》，提出“以智能化、大型化、高温高压耐腐蚀为方向，支持加氢裂化、加氢精制、催化重整等石油加工装备发展”“鼓励质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池发电及分布式能源系统技术攻关。面向大规模制氢和加氢设施建设需求，积极研发制、运、储、加全产业链装备”“推动储能装备创新和示范应用”等有效引导推动氢能产业发展的一系列举措。2022年底又出台了《支持氢能产业发展的若干措施》，对氢能产业“制、储、运、加、用”全链条的重点环节给予支持，氢能企业最高可获得1 000 万元奖励。12 条氢能扶持政策有力地推动湖北打造氢能全产业链生态，全力抢占氢能产业新赛道，打造全国氢能产业发展高地。在武汉经开区，氢能汽车产业规模化初现。东风汽车集团股份有限公司、武汉绿动氢能能源技术有限公司、武汉市雄韬氢雄实业有限公司、武汉理工氢电科技有限公司、武汉众宇动力系统科技有限公司等14 家氢能产业重点企业，已初步形成燃料电池、整车制造、检验检测、制氢、加氢站运营、车辆运营等全产业链。

江苏省以555 件的申请量排名第2 位。早在2019年8月，江苏省工信厅、省发展改革委、省科技厅联合印发了《江苏省氢能汽车产业发展行动规划》。2023年2 月，南京市工信局进一步发布了《南京市加快发展储能与氢能产业行动计划（2023—2025 年）》（简称《行动计划》）。《行动计划》提出，着力打造包括储能产业上游原材料和基础设备部件生产、中游技术系统集成、下游市场应用及回收再利用在内的完整储能产业链架构，加速培育发展“制氢（以工业副产氢为主）—储氢（以储氢罐形式为主）—运氢（以低温液氢、高压气氢运输为主）—加氢（以加氢站为主）—用氢（以氢能汽车为主）”产业链，构建江北—江宁—溧水三大储能产业集聚区，全力打造应用场景示范。江苏省形成南京、常州、盐城、扬州等整车生产基地，以及沿江八市零部件生产基地，拥有集汽车研发、生产、销售、服务为一体的国内一流产业生态。氢储运装备、燃料电池电堆、氢循环系统、空气压缩机等氢燃料电池关键核心技术水平全国领先。

广东省以505 件的申请量排名第3 位。2018 年6月，《广东省人民政府关于加快新能源汽车产业创新发展的意见》提出要大力推进氢能汽车产业化，具体包括大力支持燃料电池系统及核心部件技术攻关、工程研究和产品开发；支持引进和开发先进氢燃料电池乘用车，加快推进氢能汽车产业化基地建设；建设氢能汽车商业运营示范区，重点在公共交通、物流等领域开展运营示范；积极探索因地制宜解决氢源问题，降低用氢成本。在政策和市场的双轮驱动下，广东省在氢能汽车产业链布局上，建立起不少优质企业和项目。例如，广东国鸿氢能科技有限公司开发电堆产品，并联合佛山市飞驰汽车制造有限公司、东风旅行车有限公司等共同研制了氢能源公交车并投入运营；佛山市泰罗斯新能源汽车氢动力系统有限公司和广东爱德曼氢能源装备有限公司鸿基创能科技(广州)有限公司、深圳市南科燃料电池有限公司等在燃料电池堆核心材料取得突破；稳力(广东)科技有限公司、广东广顺新能源动力科技有限公司、深圳市氢蓝时代动力科技有限公司”等在燃料电池系统实现了部分替代进口；深圳市凯豪达氢能源有限公司弥补了广东省高效电解水制氢装备的空白；广东联悦氢能有限公司等在粤西地区构建制氢加氢、氢能研究及产品检测基地；佛山引进了北京科泰克科技有限责任公司储氢罐项目、广州黄埔区引进了上海舜华新能源系统有限公司储氢及加氢设备项目。

广西以73 件专利申请排名全国第18 位，可见广西氢能汽车整体创新能力和水平偏低，基础性技术积淀少，自主核心技术匮乏。

图5 为广西专利申请量排名地域分析。由图5 可以看到，柳州市在氢能汽车领域的专利申请量遥遥领先于其他的地市，达到45 件，说明在氢能汽车领域，柳州市拥有最强的技术研发实力，这与柳州市拥有东风柳州汽车有限公司、广西科技大学等氢能汽车研究机构有关。专利申请量排名第2 位和第3 位的分别为南宁、桂林。可见，在氢能汽车领域，区内目前柳州市具有一定的研发实力，但广西并未形成辐射范围较广的产业带，整体发展水平较低。

图5 广西专利申请量排名地域分析

1.4 氢能汽车领域专利主要申请人统计分析

图6 为国内氢能汽车领域中专利申请人统计图（前10 位）。如图6 所示，武汉格罗夫氢能汽车有限公司在氢能汽车领域的中国专利申请量排名第1位，达到642件。武汉格罗夫氢能汽车有限公司在全功率氢能动力系统、全新平台架构、创新能量管理系统、轻量化车身、整车VCU 控制系统、热管理技术等核心领域构建了技术壁垒，形成具有自主知识产权的核心专利技术。该公司在2020 年、2021 年连续两年入围“全国企业科技创新500强”。黄冈格罗夫氢能汽车有限公司在氢能汽车领域的中国专利申请量排名第2位，为222 件。黄冈格罗夫氢能汽车有限公司是武汉格罗夫氢能汽车有限公司开启全国战略布局的重要子公司。格罗夫研发的氢能乘用车搭载着氢燃料电池动力系统，车身结构采用碳纤维材料，续航里程可达1 000 km以上。广东合即得能源科技有限公司在氢能汽车领域的中国专利申请量排名第3位。广东合即得能源科技有限公司致力于氢能转化技术、水基能源应用技术的创新、研发和产业化。该公司陆续研发并生产了高纯动氢机、水氢发电机等氢能应用产品。此外，该公司以乘用车使用条件为设计目标，采用数字化设计分析技术、小功率组合原理提高甲醇水蒸气重整制氢设备的效率与可靠性，将甲醇转化成氢气再供给燃料电池，解决了质子交换膜燃料电池中燃料供给的问题，并陆续研发、生产了体积小、智能化、重量轻的5 kW模块、10 kW模块等国内独创的水氢燃料电池系统，其具有体积小、性能高、价格廉、纯度高、排放无污染、性能稳定、持续运行时间长等特点。

图6 国内氢能汽车领域中专利申请人统计图（前10位）

通过专利申请人排名分析可知，武汉格罗夫氢能汽车有限公司、黄冈格罗夫氢能汽车有限公司和广东合即得能源科技有限公司在氢能汽车领域处于领先地位，形成具有自主知识产权的核心技术，为企业在市场中增强自身竞争力打下了基础。

图7为广西氢能汽车领域专利申请人统计图（前10 位）。如图7 所示，在广西区内氢能汽车领域，东风柳州汽车有限公司的专利申请量排名第1位，为7件，该公司的专利申请主要涉及能源汽车驱动氢燃料电池包、氢能汽车能量管理控制方法、装置、设备及存储介质等。2022年9月，“东风”的乘龙M3氢能源产品交付中国石油化工集团有限公司，标志着广西首批氢能商用车项目正式落地。“东风”乘龙凭借领先的第四代氢能源商用车，成为广西氢能产业发展的有力推手。桂林电子科技大学的专利申请量排名第2位，为4件。桂林电子科技大学联合了东风柳州汽车有限公司、广西科技大学进行氢能汽车电池技术进行攻关。广西氢朝能源科技有限公司的专利申请量排名第3 位，为3件，该公司的专利申请主要涉及氢燃料电池的制氢及发电技术。

图7 广西氢能汽车领域专利申请人统计图（前10位）

2 广西氢能汽车产业发展存在的不足及其对策

2.1 广西氢能汽车产业发展存在的不足

通过上述分析可知，近年来在中国大陆申请的氢能汽车相关专利呈快速增长趋势，反映出各创新主体在氢能汽车相关领域的研发热情。广西相对湖北、江苏、广东等省份而言，氢能汽车产业发展水平较低，主要体现在以下3 个方面：一是本土龙头企业未能发挥“链主”作用。广西专利申请量排名第1位的东风柳州汽车有限公司的专利申请量仅为7 件，与专利申请量为642 件的武汉格罗夫氢能汽车有限公司相比，专利申请量明显不在一个量级上，可见本土龙头企业在氢能汽车领域未能发挥重大带动作用。二是未能形成多元互补的区域发展布局。柳州市氢能汽车领域的专利申请量明显领先于其他地市，部分地市在这一领域无专利申请，可见广西未能依据各地市优势做到“聚中有散”，实现不同区域产业协调与错位发展，打造多地、多元、互补的产业发展格局。三是产业整体研发能力薄弱。从申请主体来看，区内有研发实力的企业及高校较少，并且申请量与国内龙头企业及高校相比差距较大；从专利申请量对比来看，区内专利申请量只占国内总量的1.3%，可见广西在氢能汽车领域的技术研发方面研发实力薄弱，同时反映出广西存在政策导向驱动力不足的问题。

2.2 促进广西氢能汽车产业发展的对策

针对氢能汽车领域专利分析中广西的不足之处，建议从以下几个方面加以改善。一是加大力度培育氢能汽车领域的本土龙头企业，扶持中小企业，引进知名企业。企业是创新的主体，一方面要加大对氢能汽车龙头企业的扶持力度，引导龙头企业发挥“链主”作用，加大中小企业专项资金的支持力度，同时拓宽其融资渠道，形成多元化投入机制，提高其创新能力及创新活跃度；另一方面要围绕专业化和产业链开展招商，引进知名企业，带动区内产业发展。二是谋划氢能汽车发展布局。以柳州、南宁为核心，综合集成资源、技术、人才、资金等各方面的要素，建设起跨地区、牵动能力强、规模化的氢能汽车产业协同发展体系，形成优势互补、多点开花的产业发展格局。三是完善政策体系和激励机制，激发创新活力。通过政策突破、体系完善等一系列改革创新手段，优化氢能汽车产业发展环境，促进技术转移转化效率，提高创新水平，逐步推动广西氢能汽车产业高质高效发展。

3 结论

广西是氢能源大省，工业基础较为雄厚，2022 年全区工业副产制氢能力约24万t，目前正处于新旧动能转换、经济转型升级的关键阶段。发展氢能汽车产业是广西氢能资源优势转化成产业优势的重要路径，是助力工业、交通、能源等领域深度脱碳的重要支撑。本文利用IncoPat平台专利数据研究分析了中国大陆地区的氢能汽车产业相关专利的申请趋势、专利技术构成、专利地域分布、专利申请人等。研究结果表明，2013年以来广西氢能汽车产业虽然得到了较快发展，但仍存在本土龙头企业在氢能汽车领域创新方面未能发挥重大带动作用、未能形成多地多元互补的产业发展格局、政策导向驱动力不足等问题。针对以上不足，本文建议政府加大力度培育氢能汽车领域的本土龙头企业，扶持中小企业，引进知名企业，谋划氢能汽车发展布局，完善政策体系和激励机制，激发创新活力，促进广氢能汽车产业高质量发展。本文的研究结果和建议对广西氢能汽车产业创新研发和前瞻布局、实现产业升级有着重要的指导意义。