2006—2015年新能源汽車電池技術(shù)專利數(shù)據(jù)分析

譚春輝等吳曉風(fēng) 程 凡

（華中師范大學(xué)信息管理學(xué)院，湖北武漢 430079）

在新能源汽車發(fā)展過(guò)程中，對(duì)電力驅(qū)動(dòng)的新能源汽車的研究與開(kāi)發(fā)已成為重中之重，電池技術(shù)是電力驅(qū)動(dòng)的新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心技術(shù)。世界各國(guó)對(duì)技術(shù)的保護(hù)意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)烈，紛紛對(duì)已有技術(shù)成果申請(qǐng)專利，進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)保護(hù)。在2010年11月頒布的《關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》中，強(qiáng)調(diào)要重點(diǎn)突破包括動(dòng)力電池在內(nèi)的新能源汽車領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)[1]。2012年7月國(guó)務(wù)院印發(fā)了《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020年）》，將電驅(qū)動(dòng)的新能源汽車作為未來(lái)十年中國(guó)新能源汽車發(fā)展的重點(diǎn)對(duì)象[2]。隨后，為規(guī)范新能源汽車電池行業(yè)，工業(yè)和信息化部于2015年3月又發(fā)布了《汽車動(dòng)力蓄電池行業(yè)規(guī)范條件》[3]。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r及其發(fā)展對(duì)策的研究文獻(xiàn)較多，而針對(duì)其核心組件——電池技術(shù)的專門(mén)研究文獻(xiàn)較少。Stienecker[4]、Max Ahman[5]、Oltra和Saint[6]、徐國(guó)祥等[7]、黃青斌等[8]、閻冬等[9]、趙蓉英與全薇[10]、張豐等[11]對(duì)新能源汽車的研究大多集中在理論綜述，或僅限于專利數(shù)據(jù)的分析，而對(duì)其電池技術(shù)的相關(guān)研究較少。本文在使用新能源汽車電池專利數(shù)據(jù)探究其發(fā)展?fàn)顩r和趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，將更加深入地對(duì)電池技術(shù)進(jìn)行挖掘，以找出我國(guó)未來(lái)新能源汽車電池技術(shù)的重點(diǎn)發(fā)展方向。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

本文分析數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利數(shù)據(jù)庫(kù)（SIPO）。該專利數(shù)據(jù)庫(kù)收錄了103個(gè)國(guó)家、地區(qū)和組織的專利數(shù)據(jù)，以及引文、同族、法律狀態(tài)等數(shù)據(jù)信息，其收錄范圍包括中國(guó)、美國(guó)、日本、韓國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、瑞士、俄羅斯等國(guó)家以及歐洲專利局和世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織的專利數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)范圍較為廣泛。

通過(guò)大量資料梳理得到新能源汽車電池技術(shù)的基本構(gòu)成，主要分為3部分：動(dòng)力電池、電池管理系統(tǒng)、動(dòng)力電池回收處理及相關(guān)配套裝置。從新能源汽車電池技術(shù)的基本構(gòu)成中提取關(guān)鍵詞“動(dòng)力電池”作為專利檢索字段，檢索專利類型包括發(fā)明專利、實(shí)用新型專利和外觀設(shè)計(jì)專利，申請(qǐng)時(shí)間為“十一五”“十二五”規(guī)劃期間，即2006年1月1日到2015年12月31日，對(duì)專利名稱、IPС分類號(hào)、申請(qǐng)時(shí)間和專利文本摘要進(jìn)行專利數(shù)據(jù)檢索，檢索時(shí)間為2017年4月20日，經(jīng)過(guò)人工除噪后最終檢索得到有效專利1263件。本文將采取文獻(xiàn)分析法、計(jì)量分析法、社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析法3種研究方法對(duì)所獲得的專利數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究。

（1）文獻(xiàn)分析法。通過(guò)閱讀大量國(guó)內(nèi)外新能源汽車電池技術(shù)及專利分析方法相關(guān)文獻(xiàn)，充分了解國(guó)外新能源汽車電池技術(shù)與我國(guó)新能源汽車電池技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r。

（2）計(jì)量分析法。將由中華人民共和國(guó)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利數(shù)據(jù)庫(kù)（SIPO）中檢索得到的專利數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化整理，并對(duì)新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行定性分析、定量分析。

（3）社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析法。鑒于社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析法對(duì)于合作網(wǎng)絡(luò)的研究非常有效，本文將采用社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析法，對(duì)同時(shí)擁有兩個(gè)或多個(gè)專利號(hào)的專利進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和共現(xiàn)分析，找到該件專利同時(shí)涉及多個(gè)技術(shù)主題的具體內(nèi)容及存在的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。

2 專利申請(qǐng)趨勢(shì)與技術(shù)生命周期

對(duì)新能源汽車電池技術(shù)2006—2015年專利申請(qǐng)數(shù)量的變化進(jìn)行分析，結(jié)果如圖1所示。從總體上看，新能源汽車電池專利申請(qǐng)數(shù)量基本呈上升發(fā)展趨勢(shì)?！笆晃濉币?guī)劃時(shí)期（2006—2010年）每年的新能源汽車電池技術(shù)專利申請(qǐng)量均較少。這說(shuō)明新能源汽車電池相關(guān)技術(shù)研究水平較低，處于技術(shù)發(fā)展起步期與瓶頸期。我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)在2009年拉開(kāi)序幕，此時(shí)進(jìn)行的工作大多為動(dòng)力電池相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究和制修訂工作；“十二五”規(guī)劃時(shí)期（2011—2015年）專利申請(qǐng)量出現(xiàn)了較快的增長(zhǎng)，從2010年的92件增長(zhǎng)到2011年的161件，增長(zhǎng)速度較快，在一定程度上可以說(shuō)明技術(shù)發(fā)展較為迅速。2015年專利申請(qǐng)數(shù)量為231件，說(shuō)明新能源汽車電池相關(guān)基礎(chǔ)研究趨于完善，電池技術(shù)不斷進(jìn)步，基礎(chǔ)技術(shù)的不斷提高，形成了新能源汽車電池的關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)國(guó)際新能源汽車產(chǎn)業(yè)也越來(lái)越重視跨國(guó)合作，各大新能源汽車企業(yè)之間的合作越來(lái)越緊密。

技術(shù)生命周期一般包含以下4個(gè)周期性變化：技術(shù)起步階段、技術(shù)成長(zhǎng)階段、技術(shù)成熟階段和技術(shù)衰退階段。利用專利申請(qǐng)數(shù)量、專利申請(qǐng)人數(shù)量與時(shí)間序列之間的關(guān)系對(duì)其技術(shù)生命周期進(jìn)行分析。圖2為新能源汽車電池技術(shù)生命周期圖。

圖1 2006—2015年新能源汽車電池專利申請(qǐng)量分布

圖2 新能源汽車電池技術(shù)生命周期圖

可以看出，目前新能源汽車電池正處于技術(shù)成長(zhǎng)期，表現(xiàn)為相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量和專利申請(qǐng)人數(shù)量快速增加。以2010年為界，2011年新能源汽車電池領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量和專利申請(qǐng)人數(shù)量與2010年相比分別增長(zhǎng)了57%和75%。經(jīng)過(guò)“十一五”規(guī)劃期間（2006—2010年）的全面探索，為后期的快速發(fā)展奠定了良好的理論與技術(shù)基礎(chǔ)，而在“十二五”規(guī)劃期間（2011—2015），國(guó)家出臺(tái)了多項(xiàng)有利政策，將純電驅(qū)動(dòng)電池的技術(shù)突破上升到國(guó)家級(jí)戰(zhàn)略層面，極大地推動(dòng)了我國(guó)電池技術(shù)的開(kāi)發(fā)與進(jìn)步。在此期間，我國(guó)電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模在世界范圍內(nèi)處于領(lǐng)先地位，在一定程度上也形成了相對(duì)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。在全球范圍內(nèi)新能源汽車電池技術(shù)屬于新興技術(shù)，現(xiàn)階段處在技術(shù)的快速發(fā)展時(shí)期。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，未來(lái)成長(zhǎng)空間很大，前景較好，不斷有更多的研究主體（企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)、個(gè)人）投入到新能源汽車電池技術(shù)的研發(fā)中。

3 專利主要競(jìng)爭(zhēng)機(jī)構(gòu)

創(chuàng)新不僅決定了企業(yè)能否獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，而且是應(yīng)對(duì)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的核心策略[12]。專利申請(qǐng)人所獲得的專利權(quán)數(shù)量在一定程度上可以視為其在該領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新能力與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。據(jù)此，對(duì)新能源汽車電池技術(shù)領(lǐng)域中專利申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，排在前十位的專利申請(qǐng)人如表1所示。

從表1可以看出，排在第一位的日本豐田自動(dòng)車株式會(huì)社在新能源汽車電池技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)基礎(chǔ)很牢固，研發(fā)實(shí)力較為突出，我國(guó)可對(duì)其在該領(lǐng)域的研發(fā)重點(diǎn)適當(dāng)進(jìn)行跟蹤研究。我國(guó)奇瑞汽車股份有限公司和比亞迪股份有限公司分別排在第二位和第三位。緊隨其后的是韓國(guó)現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社和美國(guó)通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司。我國(guó)對(duì)新能源汽車電池技術(shù)的研發(fā)起步雖然較晚，但在專利申請(qǐng)人統(tǒng)計(jì)分析中，申請(qǐng)量前十名中占了六名，說(shuō)明隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及國(guó)家的引導(dǎo)，在“十一五”“十二五”規(guī)劃期間，我國(guó)新能源汽車相關(guān)企業(yè)對(duì)電池技術(shù)的研發(fā)投入較大，也獲得了明顯的成果，成長(zhǎng)速度較快。同時(shí)，企業(yè)與政府之間、企業(yè)與企業(yè)之間的合作也更加密切。2014年，中國(guó)北汽集團(tuán)和德國(guó)西門(mén)子合作建立了“北京西門(mén)子汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有限公司”，共同打造新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；2017年，北京順義區(qū)人民政府、北京汽車集團(tuán)有限公司、孚能科技有限公司三方達(dá)成戰(zhàn)略合作，將在順義區(qū)共同建設(shè)新能源汽車動(dòng)力電池研發(fā)與制造基地。

表1 新能源汽車電池技術(shù)主要競(jìng)爭(zhēng)機(jī)構(gòu)分析

4 基礎(chǔ)技術(shù)

Jaffe A[13]以廣泛性作為基礎(chǔ)技術(shù)的特性，將基礎(chǔ)技術(shù)定義為支持整個(gè)行業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展的基本技術(shù)。本文所獲取的1263件新能源汽車電池專利數(shù)據(jù)，共涉及389個(gè)不同的IPС分類號(hào)小類。對(duì)各個(gè)分類號(hào)小類出現(xiàn)的次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，出現(xiàn)的頻次越多表征其所代表的電池技術(shù)具有的廣泛性越高，具體情況如表2、表3所示。

從表2和表3中IPС分類號(hào)分布情況可以看出，目前新能源汽車電池的研發(fā)以電學(xué)方向?yàn)橹?，以運(yùn)輸方向?yàn)檩o。電學(xué)中電器元件為新能源汽車電池生產(chǎn)中最基礎(chǔ)的組成元素，化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能是其中最為基礎(chǔ)的技術(shù)。排在前十位的IPС分類號(hào)小類H02J電能存儲(chǔ)系統(tǒng)值得注意。目前全球范圍內(nèi)新能源汽車已投入使用，而電池續(xù)航能力也成為其發(fā)展瓶頸之一，電池的儲(chǔ)能能力的改進(jìn)已成為新能源汽車電池技術(shù)研發(fā)中的重要問(wèn)題，同時(shí)對(duì)研發(fā)主題進(jìn)行分析也發(fā)現(xiàn)電池的電能存儲(chǔ)系統(tǒng)問(wèn)題是這一IPС分類號(hào)應(yīng)用相關(guān)的主要解決問(wèn)題。

本文對(duì)各個(gè)分類號(hào)小組出現(xiàn)的次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從中選取排名前10位的IPС分類號(hào)，深入分析其所代表的技術(shù)主題，具體情況如表4所示。

從表4可以看出，新能源汽車電池相關(guān)專利主要集中在 H（電學(xué)）部，反映了其電學(xué)技術(shù)屬性。其中，IPС 分類號(hào)為H01M2/10的專利數(shù)量最多，其次是 IPС分類號(hào)為B60L11/18。通過(guò)對(duì)新能源汽車電池相關(guān)專利涉及IPС分類號(hào)的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)：（1）化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能技術(shù)是關(guān)鍵；（2）其他的技術(shù)組成主要包括新能源汽車電池相關(guān)輔助與維護(hù)的裝置或方法、電池溫控技術(shù)以及電池的導(dǎo)電聯(lián)接等；（3）蓄電池的具體構(gòu)造與制

造是目前研發(fā)的重要組成部分，IPС分類號(hào)小組的絕大部分為H01M10即二次電池及其制造所包含的分類號(hào)。從當(dāng)前新能源汽車電池產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)來(lái)看，排在前十位的IPС分類號(hào)相對(duì)應(yīng)的相關(guān)電池技術(shù)經(jīng)過(guò)了蓬勃的發(fā)展，并且很可能仍然將是新能源汽車電池產(chǎn)業(yè)未來(lái)幾年的研究重點(diǎn)以及技術(shù)熱點(diǎn)。

表2 新能源汽車電池專利IPC分類號(hào)分布情況

表3 新能源汽車電池專利IPC分類號(hào)小類分布情況

表4 新能源汽車電池專利IPC分類號(hào)小組占比情況

5 核心技術(shù)

基于欒春娟等[14]以及王生輝等[15]對(duì)核心技術(shù)進(jìn)行的相關(guān)研究，在此部分對(duì)新能源汽車電池的核心技術(shù)分析利用UСINET社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析工具，生成IPС分類號(hào)共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行相關(guān)網(wǎng)絡(luò)核心分析，將聚合度或關(guān)聯(lián)度較高的 IPС 分類號(hào)視為該技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的核心技術(shù)。

將2006—2015年新能源汽車電池技術(shù)專利數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗后形成一個(gè)389×389的共現(xiàn)矩陣，最大的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中包含了389個(gè)節(jié)點(diǎn)，產(chǎn)生了3702條聯(lián)系。利用UСINET生成的IPС分類號(hào)共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)如圖3所示，通過(guò)所形成的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可以得到新能源汽車電池技術(shù)領(lǐng)域的總體特征以及共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特征。該共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)較多，通過(guò)UСINET軟件計(jì)算，該IPС分類號(hào)網(wǎng)絡(luò)密度為0.0624，標(biāo)準(zhǔn)差為0.8870，則該網(wǎng)絡(luò)為低密度網(wǎng)絡(luò)，整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為松散，網(wǎng)絡(luò)連通性較差，說(shuō)明IPС分類號(hào)整體共現(xiàn)程度不高，即在新能源汽車電池技術(shù)的研發(fā)多為針對(duì)某一技術(shù)主題的研究。出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象：一方面可能是因?yàn)樾履茉雌囯姵丶夹g(shù)研發(fā)成果多種多樣，涉及多個(gè)學(xué)科，研究方向較多，研究主體對(duì)多個(gè)技術(shù)進(jìn)行綜合運(yùn)用難度較大；另一方面在新能源汽車電池開(kāi)發(fā)過(guò)程中對(duì)特定某項(xiàng)或者某幾項(xiàng)技術(shù)的要求也會(huì)對(duì)IPС分類號(hào)共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生影響。

鑒于IPС分類號(hào)共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中整體關(guān)聯(lián)關(guān)系較為松散，對(duì)共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理，剔除節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)度小的節(jié)點(diǎn)。設(shè)置共現(xiàn)閾值為40，低于該閾值的節(jié)點(diǎn)剔除，獲得關(guān)聯(lián)強(qiáng)度最高的20個(gè)分類號(hào)，即獲得關(guān)聯(lián)關(guān)系最強(qiáng)的20個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，共現(xiàn)矩陣如表5所示。生成相應(yīng)的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，并根據(jù)各個(gè)節(jié)點(diǎn)在專利中出現(xiàn)的年份進(jìn)行排列，共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖如圖4所示。

圖3 2006—2015年新能源汽車電池技術(shù)IPC分類號(hào)共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)

表5 IPC分類號(hào)共現(xiàn)矩陣（共現(xiàn)閾值不低于40）

圖4 高關(guān)聯(lián)度新能源汽車電池技術(shù)共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)

從圖4可以看出，大部分節(jié)點(diǎn)都出現(xiàn)在“十一五”規(guī)劃期間（2006—2010年）。說(shuō)明在這期間攻破了許多新能源汽車電池技術(shù)難關(guān)，也形成了許多核心技術(shù)，各個(gè)核心技術(shù)之間產(chǎn)生了相對(duì)穩(wěn)定的關(guān)聯(lián)關(guān)系。圖4中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的共現(xiàn)次數(shù)越多，則二者之間的連線越粗，說(shuō)明兩個(gè)節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電池技術(shù)之間的聯(lián)系越緊密。可以看出IPС分類號(hào)H01M10/625與H01M10/613之間的連線是最粗的，可以判定專門(mén)應(yīng)用于特定新能源汽車類型的電池冷卻或保持低溫技術(shù)的研發(fā)在近幾年的電池技術(shù)開(kāi)發(fā)中較多，也是在后續(xù)研發(fā)過(guò)程中值得追蹤的研發(fā)方向。

核心—邊緣分析可以分析出哪些節(jié)點(diǎn)處于網(wǎng)絡(luò)的核心位置，而哪些處在網(wǎng)絡(luò)的邊緣。在UСINET中選擇Distance算法，分析結(jié)果排在前十位的如表6所示?？梢园l(fā)現(xiàn)IPС分類號(hào)H01M2/10的數(shù)值最高，相對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中其他分類號(hào)而言占據(jù)優(yōu)勢(shì)，在新能源汽車電池技術(shù)網(wǎng)絡(luò)中處于核心地位，其次為H01M10/625、B60L11/18、H01M10/613等技術(shù)主題。排在前10位的IPС分類號(hào)均可視為新能源汽車電池技術(shù)研發(fā)中的重要技術(shù)，是該領(lǐng)域發(fā)展的主要推動(dòng)力。

表6 核心—邊緣結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表（前10名）

6 結(jié)語(yǔ)

本文基于2006—2015年新能源汽車電池技術(shù)專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)，運(yùn)用了統(tǒng)計(jì)分析方法和社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析方法，從專利申請(qǐng)時(shí)間、技術(shù)主題、技術(shù)主題之間的相關(guān)性、申請(qǐng)人及其之間的合作關(guān)系進(jìn)行了多角度研究。本文主要獲得以下結(jié)論。

（1）目前新能源汽車電池專利申請(qǐng)數(shù)量呈現(xiàn)明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)，新能源汽車電池技術(shù)正處于技術(shù)成長(zhǎng)期，從2006年專利數(shù)量31件到2015年專利數(shù)量的231件，可以看出世界范圍內(nèi)對(duì)該技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)活躍度越來(lái)越高。

（2）新能源汽車電池領(lǐng)域所涉及專利內(nèi)容以直接轉(zhuǎn)變化學(xué)能為電能的方法或裝置、供電、電力制動(dòng)系統(tǒng)、溫控以及電儲(chǔ)能系統(tǒng)為主。其中，直接轉(zhuǎn)變化學(xué)能為電能的方法或裝置是新能源汽車電池技術(shù)研發(fā)中最基礎(chǔ)、最核心的技術(shù)，如新能源電池組等。

（3）我國(guó)新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展的步伐在逐步加快，但缺乏具有較強(qiáng)研發(fā)基礎(chǔ)與實(shí)力的企業(yè)，核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力偏弱，整體競(jìng)爭(zhēng)力與國(guó)外新能源汽車企業(yè)還存在很大的差距，如豐田自動(dòng)車株式會(huì)社等國(guó)外新能源汽車企業(yè)在新能源汽車電池領(lǐng)域起步較早，在新能源汽車電池技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)基礎(chǔ)很牢固，研發(fā)實(shí)力較為突出，國(guó)外新能源汽車企業(yè)之間的相互合作密切，而我國(guó)專利申請(qǐng)主體之間的協(xié)同創(chuàng)新程度不高。

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