基于专利分析方法的电动汽车技术发展研究.docx

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基于专利分析方法的电动汽车技术发展研究

基于专利分析方法的电动汽车技术发展研究

摘要

随着全球经济的高速发展，能源和环境问题日益突出，节约能源、保护环境已成为世界各国共同面临的重大挑战。

因此，开发适合我国国情的电动汽车产品具有重要的战略和现实意义。

目前在国家新能源政策的大力推动下，许多汽车企业陆续开发出一些新能源电动汽车，但国内产品与国外同类型、同级别的电动汽车相比，在动力性、经济性、安全性等方面仍存在较大差距。

如何快速学习国外先进的低能耗、高安全新能源电动汽车设计理念，如何有效的测试和评价国内外新能源电动汽车，并掌握这些关键技术将成为企业研究重点。

因此学习新能源电动汽车的基本原理、发展趋势、关键技术，利用专利分析国外的整车技术和关键总成水平以及利用测试评价技术对国内外先进的样车进行试验研究对比分析，是了解和掌握新能源电动汽车核心技术的重要手段。

以专利分析为基本方法从电动汽车领域的相关专利文献中攫取竞争情报。

首先利用专利引证分析方法确定该领域的强势竞争对手及核心技术要素，并选取本领域核心专利研究其外围技术分布情况，揭示关键技术的基本变迁历程；随后以代表性汽车厂商为例，重点分析国外竞争对手在我国的专利布局，为国内汽车企业在混合动力技术上的发展策略提供线索。

关键词：

专利地图电动汽车专利分析

Abstract

Withtherapiddevelopmentoftheglobaleconomy,energyandenvironmentalissueshavebecomeincreasinglyprominent,energyconservation,environmentalprotectionhasbecomeamajorchallengefacingallcountriesintheworld.Therefore,thedevelopmentofelectricvehicleproductssuitableforChinahasimportantstrategicandpracticalsignificance.Atpresent,theenergeticeffortsofthecountry'snewenergypolicy,manycarcompanieshavedevelopedanumberofnewenergyelectricvehicles,butthesametypeofdomesticandforeignproducts,comparedwiththelevelofelectricvehicles,inpower,economy,security,etc.thereisstillawidegap.Howtoquicklylearnadvancedlow-power,high-securitynewenergyelectricvehicledesign,testingandevaluationofhoweffectivethenewenergyelectricvehiclesathomeandabroad,andmasteryofthesekeytechnologieswillbecomethefocusofresearch.

Solearnthebasicprinciplesofthenewenergyelectricvehicles,trends,keytechnologies,theuseofpatentanalysisandkeyassemblylevelvehicletechnologyandtheuseofforeigntechnologytestingandevaluationofadvancedprototypevehiclepilotstudycomparativeanalysisistounderstandandanimportantmeanstoacquirenewenergyelectricvehiclescoretechnology.

 Analysisofthebasicmethodpatentgrabcompetitiveintelligencefromtherelevantpatentdocumentsinthefieldofelectricvehicles.First,theuseofpatentcitationanalysistodeterminethetechnicalelementsandcorestrongcompetitorinthefield,andselecttheartpatentedcoretechnologytostudyitsperipheraldistribution,revealingfundamentalchangesinthecourseofkeytechnologies;followedbyarepresentativeautomobilemanufacturers,forexample,focusesonforeigncompetitorsinourpatentportfolio,asdomesticcarcompaniesprovidecluesinhybridtechnologydevelopmentstrategy.

Keywords:

PatentAnalysisPatentMapElectricVehicles

目录

1.引言1

1.1研究背景与研究意义1

1.2研究方法1

2.相关文献综述2

2.1电动汽车技术综述2

1．2电动汽车技术发展趋势研究方法综述2

3.电动汽车产业技术发展现状6

3.1电动汽车产业发展现状6

3.1.1国外6

3.1.2国内6

3.2电动汽车核心技术领域分析7

3.2.1电池技术7

3.2.3电动汽车能量管理系统8

4.基于专利分析工具的电动汽车技术发展分析8

4.1纯电动汽车技术专利区域分布分析8

4.2纯电动汽车关键技术专利分布分析10

4.3电源管理和电机控制技术与功效剖析12

4.4纯电动技术方面的主要专利拥有者分析15

5.新型纯电动汽车关键技术分析21

5.1轮毂电机技术21

5.2再生制动技术22

5.3超级电容及其应用23

6.未来技术发展趋势及相关借鉴24

6.1产品技术将不断创新24

6.2渠道整合25

6.3进军农村市场25

6.4打造优势品牌，赢家通吃26

参考文献27

致谢28

1.引言

1.1研究背景与研究意义

传统汽车排放的尾气所带来的全球能源危机和环境污染问题日益严重，发展新能源汽车尤其是电动汽车已经受到各国的关注，成为摆脱汽车行业困境的重要的途径。

电动汽车作为新世纪的代步工具，具有很多的有点。

如节能减排，可以降低人们对化石能源的依赖性。

因此，电动汽车受到各国政府的青睐，各国政府都有意推动电动汽车的发展。

新的产业酝酿着新的商机，如何快准恨的抢占商机是每个企业亟待解决的问题。

很多企业知道利用专利维护自己的知识产权，但是他们忽略了利用专利来挖掘更多深层次的技术，这项技术成为专利分析技术。

如今，各个企业都在利用专利分析法来了解竞争对手的技术发展。

通过专利分析促进企业对本行业发展趋势和竞争态势的了解，深层次挖掘专利文献的战略信息，促进自身技术进步，研究、制定和实施适合自身发展需要的战略措施。

本文基于专利分析法来分析电动汽车领域，通过本文基于专利分析法来分析电动汽车领域，利用绘图工具对大量的电动汽车专利信息进行详尽的分析。

综合每一个单一的情报，观察和研究其变化过程，从中挖掘和发现具有完全不同含义的数据信息。

就像在深山中行走需要一个向导一样，通过理论分析和灵活的应用挖掘的信息，将各种复杂的专利情报运用适当的图标呈现出来，抽取其中相互关联的地方，使得复杂的专利情报信息利于人们理解，这样也能料及竞争对手技术和专利技术立场，从而制定自己的发展路线，为企业以后的战略提供参考。

1.2研究方法

在专利文献数据的基础上，从总体层面和公司层面对电动汽车领域进行研究，以期从专利技术成果这一客观角度评价我国现在电动汽车领域的技术在世界舞台的发展水平，总结出我国电动汽车行业应该坚持自主创新和坚持体制改革的路线，希望可以帮助我国电动汽车技术技术领域指导研究方向，并为我国电动汽车企业制定战略提供辅助支持。

2.相关文献综述

2.1电动汽车技术综述

电动汽车技术已经成为世界各国争相研究和开发的技术。

目前发达国家在电动汽车领域已经卓有成就，相继研发出多种电动车型。

如美国通用汽车公司，加拿大巴莱特动力系统公司，日本丰田和本田汽车公司都已经研发出成熟的车型。

我国也意识这项技术的重要性，在“八五”“九五”以及“863”计划中将电动汽车研发列为重点研发项目，并在“十五”期间提出电动汽车产业化技术平台的工作重点。

最近几年，高校、科研机构以及企业不断突破技术难关，国家建立电动汽车试验示范区，我国在电动汽车领域已经取得骄人的成绩，各项技术指标慢慢靠近发达国家水平。

在2008年北京奥运会上，由北京理工大学、京华客车等合作研发纯电动客车和由清华大学、北汽福田等合作研发燃料电池客车圆满完成了运输任务，这充分向外国友人证明我国纯电动汽车的技术先进水平。

科技部牵头制定的《电动汽车科技发展“十二五”专项规划（草案）》提出了“战略引领、科技支撑、重点突破、细条发展”战略方针，要求加强自主创新意识，扩大开放合作，加快将我国转变成汽车大国。

虽然我国电动汽车行业取得比较大的进步，但是我国电动汽车行业尚未掌握核心技术，与发达国家之间任然存在不小的差距。

考虑到电动汽车对于未来中国发展至关重要，研究电动汽车发展趋势，对比发达国家发展情况，准确评价目前中国电动汽车发展水平和整体实力，这点至关重要。

1．2电动汽车技术发展趋势研究方法综述

在汽车研究者和机构不努力研究下，近年来，中国对于电动汽车行业发展趋势和战略规划的研究不断增加，这加速了我国电动汽车产业进步的步伐。

具体研究成果如下表1-1。

表1-1中国电动汽车研究成果

研究人员所在机构

研究人员姓名

研究成果

上海交通大学

田玉东

中国电动汽车未来发展趋势分析

西安交通大学电动车研究开发中心

曹秉刚

国内外电动汽车关键技术发展现状和技术水平比较分析

西安交通大学电动车研究开发中心

H·鲁棒

控制方法在电动汽车驱动、再生制动控制和运动控制系统上的应用研究

清华大学

王瑛

电动汽车微型化、低性能发展和探讨了微型电动汽车的可行性

武汉理工大学

张国方

利用层次分析法对我国电动汽车竞争力建立了分析模型

上汽集团股份有限公司商用车技术中心

张翔

电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车的专利数量分布，各国新能源汽车专利数量分布以及国外汽车企业的新能源汽车专利数量分布

3.电动汽车产业技术发展现状

3.1电动汽车产业发展现状

　　电动汽车从动力技术上来讲主要包括混合动力汽车、燃料电池汽车和纯电动汽车。

近年来，随着环境污染和能源危机的加剧，世界各国电动汽车的研发方兴未艾。

在电动汽车研发布局中，出现了纯电动车和燃料电池车、混合动力车“三驾马车”并行齐驱的局面，电动汽车正在朝产业化方向一步步迈进。

　3.1.1国外电动汽车发展现状

　　美国政府至今已出资数百亿美元支持汽车厂商和相关厂商进行电动汽车技术的开发研究。

美国三大汽车公司1991年联合成立了美国先进电池联合体，投入了415亿美元，其中政府拨款2125亿美元，共同开发镍镉、镍氢、锌空气电池、燃科电池等各种高性能蓄电池。

日、法、德等国各大公司也投入巨资研究开发高性能电池。

　　3.1.2国内电动汽车发展现状

　我国电动汽车的研发与国外在技术水平与产业化方面差距较小。

“十五”期间，在国家863计划电动汽车重大专项连续两期的滚动支持下，我国在纯电动汽车的核心部件研发、总成集成以及整车系统设计上实现了技术创新和跨越。

自主研发的55辆纯电动铿电池汽车、25辆混合动力客车、75辆混合动力轿车、20辆燃料电池轿车，以及41辆纯电动场地车等各种新能源汽车。

　中国汽车产业调整和振兴规划正式发布，规划中称，将实施新能源汽车战略。

规划中称，推动纯电动汽车、充电式混合动力汽车及其关键零部件的产业化。

掌握新能源汽车的专用发动机和动力模块（电机、电池及管理系统等）的优化设计技术、规模生产工艺和成本控制技术。

建立动力模块生产体系，形成10亿安时（Ah）车用高性能单体动力电池生产能力。

发展普通型混合动力汽车和新燃料汽车专用部件。

另外，启动国家节能和新能源汽车示范工程，由中央财政安排资金给予补贴，支持大中城市示范推广混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车等节能和新能源汽车。

此外，我国是永磁同步电机中永磁材料—稀土资源的大国，稀土储量世界第一将有利于未来降低电动汽车的制造成本。

混合动力电动车是我国目前可以小批量生产、替代燃油汽车、减少废气排放的较现实的电动车。

混合动力电动车的发展也依赖于动力电池的发展，在未来10年，混合式电动车在其特定市场范围内的商业化生产将持续增长，增长速度取决于价格因素。

　　总之，从长远发展趋势来看，我国混合动力电动车将有长远的市场前景，不过，纯电动汽车和燃料电池汽车在产业化上的优势可能会更大。

3.2电动汽车核心技术领域分析

发展电动汽车必须解决好3个方面的关键技术：

电池技术、驱动电机及其控制器、能量管理技术。

3.2.1电池技术

电池是电动汽车的动力源，是能量的存贮装置。

因此在电动汽车上，电池系统是其关键核心部分。

特别是在纯电动汽车上，蓄电池作为其唯一的动力源，所以更加重要。

目前，电动汽车使用的动力电池可以分为化学电池、物理电池和生物电池三大类。

化学电池是利用物质的化学反应发电的电池，按其工作性质分为原电池、蓄电池、燃料电池和储备电池。

物理电池是利用光、热、物理吸附等物理能量发电的电池。

如太阳能电池、超级电容器、飞轮电池等。

生物电池是利用生物化学反应发电的电池。

如微生物电池、酶电池、生物太阳电池等。

目前已经掌握成熟技术的动力蓄电池主要分为：

铅酸蓄电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池。

在物理电池研究领域中，超级电容器已经受到广泛的关注。

在生物燃料电池研究领域，一氢和氧化物为燃料的电池的研发已经迈入重要的发展阶段。

电池作为电动汽车的储能动力源，在电动汽车上发挥着非常重要的作用，要评定电池的实际效应，主要看电池的性能指标。

电池的性能指标主要有电压、容量、内阻、能量功率、输出功率、自放电率、使用寿命等。

目前电动汽车对动力电池的要求主要有比能量高、比功率大、充放电效率高、相对稳定性好、使用成本低、安全性好等。

3.2.3电动汽车能量管理系统

定义：

对电动汽车动力系统能源转换装置的工作能量进行协调、分配和控制的软、硬件系统。

能源管理系统的硬件由一系列传感器、控制单元ECU和执行元件等组成，软件系统的功能主要是对传感器的信号进行分析处理，对能源转换装置的工作能量进行优化分析，并向执行元件发出指令。

因此，可以说电动汽车能源管理系统的功用是在满足汽车基本技术性能（如动力性、驾驶平稳性等）和成本等要求的前提下，根据各部件的特性及汽车的运行工况，实现能量在能源转换装置（如发动机、电动机、储能装置、功率变换模块、动力传递装置、发电机和燃料电池等）之间按最佳路线流动、使整车的能源利用效率达到最高。

4.基于专利分析工具的电动汽车技术发展分析

4.1纯电动汽车技术专利区域分布分析

首先从纯电动汽车技术的专利区域分布情况来看当前的发展现状。

日本区域专利数量领先于其他国家，数量上占据绝对优势。

但值得注意的是，中国的专利数量排在日本之后，居于第二，甚至在数量上超过美国专利，而美国、德国和中国在纯电动汽车专利数量上差距并不明显，可以说不分伯仲。

同时可以发现，对于汽车技术领域数百万的专利数据而言，该领域的专利绝对数量较少，这主要是因为纯电动汽车技术的大规模开发刚刚兴起，技术发展还有广阔的发展空间。

图4-1纯电动汽车技术专利区域分布图

图4-2纯电动汽车技术专利区域趋势图

结合趋势图（图4-2）来看，可以看到，纯电动汽车专利大部分都是在90年代后申请的，之前专利数量不多，而日本专利自1993年数量开始大幅增加，并于1996年达到顶峰，这表明在1993年前后，纯电动车技术实现了突破，而从近年的情况来看，中国和美国专利数量开始增加，特别是中国，专利数量直线攀升，相比之下日本的专利数量已经呈下降的趋势，这表明纯电动汽车技术在中国和美国这两个汽车最大的消费市场的潜力开始显现。

4.2纯电动汽车关键技术专利分布分析

从下图图4-3、图4-4可知，当前纯电动技术主要技术手段为电源管理、电机控制、系统总成、电源类型、驱动系统、传动系统以及其他设备，其中电源管理占据了较大比重。

而纯电动技术相关的功能效果主要集中在稳定可靠、设计合理、安全性好、提高效率、节约能源、精度高、操作方便上，其中稳定可靠和设计合理占了很大的比例。

由此可见当前纯电动汽车技术侧重的是设计制造的合理、安全、可靠性，而汽车各项性能指标的专利不多，研发处于初级阶段。

图4-3纯电动汽车相关专利技术分析

图4-4纯电动汽车相关专利功能效果图

再结合技术手段的趋势图（图4-5），可以看到当前电源管理的专利申请量近两年上升势头强劲，是纯电动技术发展中的侧重点和热点所在。

图4-5纯电动汽车技术手段功能效果矩阵

通过上述排名与趋势图的分析，基本上对纯电动汽车的技术与功效的大致情况有了了解，下面进一步通过技术-功效矩阵图，进行更加深入的探讨。

下图中，横轴表示各技术手段，纵轴表示各功能效果，交叉点数量表示该相应技术手段实现该功能效果的专利数量，该技术点的专利越多，球形越大。

4.3电源管理和电机控制技术与功效剖析

由下图图4-6和4-7可知，电源管理专利中数量最多的是电池管理的专利，其次是充电控制的专利，ECU控制、SOC检测、电源布置、能量回收、状态监测的专利也比较多，主要是电池的各种管理控制方法，由此可见，当前纯电动汽车的核心技术在于电池的管理控制技术，同时可见，电池管理技术不仅是重点，而且是当前研发的热点。

图4-6技术手段电源管理

图4-7电源管理下各技术手段的发展趋势

 由下图图4-8可知，电机控制专利中，数量最多的是电机控制器的专利，其次是转矩控制的专利，再次是斩波器的专利，由此可见，专利主要集中在电机各种控制手段上，这主要是由于电机技术发展比较完善，新式电机数量不多，以完善控制手段提高电机性能的专利居多。

图4-8技术手段第二层之电机控制

以上方法还可以再继续深入第三层，如果技术特别复杂，还可以有第四层甚至更多。

通过这样一层层抽丝剥茧的分析，能够实现对技术最为透彻的解析，全方位、最准确的掌握技术的各个动向。

4.4纯电动技术方面的主要专利拥有者分析

主要专利拥有者一般是该行业的占据技术优势的企业，往往也是技术先行者以及其它企业的关注对象，对这些专利拥有者进行分析，第一能够使得企业了解其技术动向，以便采取相应的应对策略；第二能够了解最新技术的发展动向，预测今后的产品路线；第三能够在企业设立项目、进行技术研发时及时绕开专利雷区，规避专利风险。

图4-9纯电动汽车相关专利申请排名前12位

由图4-9易见，纯电动汽车排名靠前都是跨国公司，TOYOTA公司排在首位，MITSUBISHI公司排在第二位，HONDA公司排名第三，前十名中共有九家日本公司，占据着绝对的优势。

值得注意的是国内的比亚迪排在第七位，众所周知，生产电池是比亚迪早期的主要业务，进入汽车领域也是近几年的事情，作为中国新能源汽车企业的代表，进入该榜单可见其技术研发的实力和强劲的发展势头。

图4-10纯电动汽车相关专利主要申请人趋势（1-5）

由主要申请人的趋势来看，最值得注意的是丰田公司。

MITSUBISHI、HONDA、NISSAN、HITACHI这几家公司虽然专利数量也较多，但其趋势类似，基本较为稳定，且近几年来有下滑趋势。

而丰田公司虽然在1990年以前专利在纯电动汽车领域的专利申请量不多，但1990年以后特别是2003年以后专利申请增加非常明显，远超过其它申请人，从趋势图中可以看到，其自03年之后专利数量一路飙升，几乎呈直线趋势。

其中主要原因可以解读为，一方面，由于纯电动汽车与混合动力汽车之间有部分技术的重叠，因此丰田在其研制混合动力汽车的时候，也已经为进一步的纯电动汽车打下了一定的基础；另一方面，从丰田在该领域大量申请专利的动作来看，很有可能已经开始在纯电动汽车技术范畴内进行了专利布局，以期通过技术的垄断独占市场。

这一点应当引起中国本土汽车企业的重视。

图4-11纯电动汽车相关专利主要申请人趋势（6-10）

图4-11中，最值得关注是国内比亚迪公司的专利状况。

比亚迪公司以电池技术起家，能够在纯电动领域占据一席之地是可以预见的，但其势头之强劲，与世界第一汽车零配件商电装公司相比也不遑多让，并超越了TOSHIBA、SUZUKI等日企，不得不让人肃然起敬。

从专利申请人的专利地域分布，可以了解其不同的地域性专利战略和所侧重的市场区域。

下面是五个主要申请人的专利区域分布图。

图4-12纯电动汽车专利前五位申请人专利布局

五家公司当中日本的专利申请居于首位，这意味着日本企业本着立足本国市场，开拓海外市场的战略方针。

不同的日本企业执行不同的策略。

TOYOTA公司在全球范围内布局专利技术，而且其在世界知识产权组织中专利申请数量远远超过其他国家的申请数量；HONDAMOTOR公司在美国申请的专利技术数量是上图几家企业中最多的，与其在其他国家申请的数量，其在美国申请比例是最多的，这意味着HONDA注重美国的市场；MITSUBISHI、NISSAN、HITACHI专利布局大致一样，美国专利和欧洲专利申请的较多，这说明这些公司目前关注的主要还是欧美市场。

下面对丰田、三菱、本田以及国内的比亚迪、清华、北理工、奇瑞这几个主要申请人的技术热点与空白点进行剖析。

先来看丰田公司在纯电动汽车领域的技术手段与功能效果矩阵图。

图4-13纯电动汽车技术手段－功能效果矩阵

由上图来看，TOYOTA专利主要集中在电机控制实现稳定可靠，电源管理实现安全性好、精度高、设计合理、提高效率、稳定可靠，电源类型实现设计合理，系统总成实现设计合理等技术点上。

图4-14纯电动汽车技术手段－功能效果矩阵

从上图看，三菱在纯电动汽车技术方面的专利主要集中在电机控制实现安全性好、设计合理、稳定可靠，电源管理实现设计合理，其它设备实现设计合理，系统总成实现设计合理、稳定可靠等技术点上。

图4-15纯电动汽车技术手段－功能效果矩阵

从本田公司的纯电动汽车功效手段矩阵图来看，其专利集中在电机控制实现稳定可靠，电源管理实现安全性好、精度高、设计合理、提高效率、稳定可靠，电源类型实现安全性好、设计合理、稳定可靠，系统总成实现设计合理几个方面。

总体来看，当前纯电动汽车发展方兴未艾，但国内还未形成一家或几家企业独大的垄断局面，而企业亦不必畏惧纯电动技术