清華大學：新能源汽車全球專利觀察（70頁）.pdf

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1、 本研究受國家重點研發計劃“新能源汽車專項”（項目編號：本研究受國家重點研發計劃“新能源汽車專項”（項目編號：2017YFB01024032017YFB0102403）支持）支持 新能源汽車全球專利觀察新能源汽車全球專利觀察 課題組組長：課題組組長： 李東紅 清華大學經濟管理學院副教授 范愛紅 清華大學知識產權信息服務中心主任 執執 筆筆 人：人： 陳昱蓉 清華大學全球產業研究院 李 津 清華大學圖書館 李亞倫 清華大學車輛與運載學院 周偉韜 清華大學車輛與運載學院 葛 菲 清華大學全球產業研究院 清華大學全球產業研究院 新能源汽車全球專利觀察 2 / 70 目目 錄錄 一、前一、前 言言 .

2、 3 3 1. 研究內容 . 4 2. 研究方法 . 7 3. 研究的局限性 . 8 二、新能源汽車全球專利總體態勢二、新能源汽車全球專利總體態勢 . . 9 9 1. 新能源汽車研發火熱 . 9 2. 不同技術路線發展態勢差異較大 . 10 3. 不同技術路線子領域關鍵技術態勢分析 . 12 3.1 純電動汽車領域 . 12 3.2 混合動力電動汽車領域 . 18 3.3 燃料電池汽車領域 . 21 3.4 新能源汽車通用技術領域 . 26 三、全球新能源汽車專利區域分布三、全球新能源汽車專利區域分布 . 3030 1. 各國新能源汽車技術路線選擇存在差異 . 30 2. 純電動汽車、新能源

3、汽車通用技術領域中國追趕迅速 . 32 3. 產業交融下各國產業鏈布局新態勢 . 34 3.1 純電動汽車領域 . 35 3.2 燃料電池汽車領域 . 37 3.3 混合動力汽車領域 . 39 3.4 新能源汽車通用技術領域 . 39 四、全球新能源汽車主要研發企業分析四、全球新能源汽車主要研發企業分析 . 4141 1. 純電動汽車領域 . 41 2. 燃料電池汽車領域 . 50 3. 混合動力汽車 . 57 4. 新能源汽車通用技術 . 60 五、結論與建議五、結論與建議 . 6868 清華大學全球產業研究院 新能源汽車全球專利觀察 3 / 70 一、一、 前前 言言 隨著環境保護壓力的增

4、加和清潔能源技術的發展， 節能、環保的新能源汽車 成為汽車產業發展的重點。美國、日本、歐洲等傳統汽車技術強國早已經在新能 源汽車產業布局。豐田、日產、通用、寶馬等國外汽車整車廠紛紛研發相關的新 能源汽車技術。 我國于 2003 年制定了新能源汽車產業“三橫三縱”的發展戰略， 確立了混合動力汽車、純電動汽車與燃料電池汽車齊步走的技術路徑，期望通過 新能源汽車產業的發展實現我國在汽車制造業的跨越式發展， 縮小與傳統汽車制 造強國的差距。 自 2010 年起，國家及各地政府推出強有力的新能源汽車銷售補貼制度，進 一步刺激新能源汽車的發展。經過十多年的培育，比亞迪、北汽、上汽等國內一 系列車企在新能源

5、汽車領域的投入取得了良好效果， 我國成為世界第一大新能源 汽車市場。根據中國汽車工業協會的報道，2018 年中國新能源汽車的銷售量達 到 125 萬輛，占全球銷量的一半以上。新能源汽車產業發展的環境逐漸成熟，市 場競爭愈發激烈。與此同時，政府的補貼也在逐漸退坡。在這種情況下，新能源 汽車市場能否持續發展， 取決于企業是否具有新能源汽車產業的創新能力與競爭 優勢。 專利是衡量企業創新能力最易量化的指標之一。在創新全球化的背景下，創 新者為了在世界市場保持競爭優勢和壟斷地位，對知識產權依賴程度越來越高。 根據世界知識產權組織 （WIPO） 2018年 12月發布的全球知識產權年度指標報告， 201

6、7 年全年世界范圍的專利申請達到了 317 萬件，連續八年上漲。從宏觀層面 講， 專利可以反應目標產業全球技術創新的進程與趨勢，可以為產業發展決策提 供有效的信息支持。從微觀層面講，專利可以反映企業的創新戰略布局，企業可 以將專利轉化為產品等商業價值，還可將其作為開拓國際市場、打壓競爭對手的 武器。 清華大學全球產業研究院 新能源汽車全球專利觀察 4 / 70 隨著新能源汽車的發展，傳統汽車的產業生態、產品形態和商業模式正在經 歷全新的變革。汽車產業鏈延長，動力電池、氫能技術、混合動力系統等可替代 能源與可替代動力技術需要整車廠和多方企業不斷創新。 通過對全球新能源汽車 領域相關技術專利大數據

7、進行采集、分析，可以了解全球新能源汽車領域熱點研 究方向，各國、各大企業在各領域的技術實力和布局重點，同時也可以通過專利 數據了解汽車產業面對新能源汽車轉型過程中的新挑戰與新機遇。 這對中國相關 企業確立研究方向、尋求技術合作、進行專利布局有著極大的參考價值。 1. 研究內容研究內容 新能源汽車是指采用非常規的車用燃料作為動力來源的其他能源汽車， 被認 為能減少空氣污染和緩解能源短缺。目前，新能源汽車主要包括純電動汽車、混 合動力汽車、燃料電池汽車。 純電動汽車（Battery Electric Vehicle，縮寫：BEV），是指以動力電池 為唯一能量源的新能源汽車。純電動汽車移除了傳統汽車

8、的內燃機與燃料箱，由 蓄電池供電給電動機， 再由電動機推動車輛， 而電池的電量由外部電源充電補充。 純電動汽車結構簡單， 但存在價格高、 壽命短、 充電時間長、 續航里程短等缺點。 混合動力汽車（Hybrid Electric Vehicle，簡稱 HEV）采用燃油驅動內燃機 加上蓄電池驅動電動機作為雙動力源。近年來，一些車輛在混合動力汽車的基礎 上添加充電功能，能夠通過充電站或家用充電設備從輸電網路為車輛電池充電。 這種車輛被稱作插電式混合動力汽車（Plug-in HEV，簡稱 PHEV）。本報告將插 電式混合動力汽車認為成原有混合動力汽車的延伸，一并分析進行研究。與純電 動汽車相比，混合動

9、力汽車發揮了發動機持續工作時間長，動力性好的優點，又 可以發揮電動機無污染、低噪聲的好處，具有續航里程長、電池成本相對較低的 優點。但其系統裝置整合復雜，對內燃機和汽車底盤技術要求較高。 燃料電池汽車(Fuel Cell Electric Vehicle，簡稱 FCEV)是一種用車載燃 料電池裝置產生的電力作為動力的汽車。 車載燃料電池裝置所使用的燃料為高純 清華大學全球產業研究院 新能源汽車全球專利觀察 5 / 70 度氫氣或含氫燃料。 車中往往含有燃料電池、 儲氫罐和一塊相對于較小的蓄電池。 與其他的電動汽車比較,FCEV 用的電力來自車載燃料電池裝置。燃料電池汽車具 有“無污染、高效率”

10、等先天優勢，被稱為人類終極能源，但卻面臨燃料電池技 術不成熟，加氫站不完善等成本、存儲、運輸、安全問題，成為一塊可望而不可 及的“藍?！?。 本報告根據中國汽車工業協會關于新能源汽車產業囊括關鍵零部件的定義， 參考國家“863”電動汽車重大科技專項“三縱三橫”技術開發格局與 2016 年出 版的中國汽車產業知識產權發展報告中新能源汽車技術分析,將新能源汽車 產業劃分為六大技術分支（如表 1-1 所示）：充電技術、混合動力系統、燃料電 池技術、動力電池系統、驅動電機系統、整車能耗控制技術。本報告依據各類新 能源汽車的核心技術將此六大技術歸類，以展示純電動汽車、混合動力汽車、燃 料電池汽車的專利申請

11、趨勢。其中，驅動電機系統和整車能耗控制是三種新能源 汽車的共性技術，我們將其歸類為新能源汽車通用技術進行單獨分析。動力電池 系統雖然在三種新能源汽車中均會出現，但其在純電動汽車中作為唯一動力源， 動力電池研發與專利申請均為滿足純電動汽車的發展需要， 因此我們將其歸為純 電動汽車子領域。綜上所述，本報告選用充電技術與動力電池系統作為純電動汽 車的關鍵技術分支；混合動力系統作為混合動力汽車的關鍵技術分支；燃料電池 相關技術中的車載儲氫設備、 燃料電池材料及制造和燃料電池運行管理作為燃料 電池汽車的關鍵技術，驅動電機系統、整車能耗控制技術作為新能源汽車通用技 術。如圖 1-1 所示。 表1-1 新能

12、源汽車技術分支 一級 二級 三級 新能源汽車 充電技術 快速充電 無線充電 混合動力系統 動力系統構型 動力系統控制 清華大學全球產業研究院 新能源汽車全球專利觀察 6 / 70 燃料電池相關技術 氫氣的制備 儲氫設備 燃料電池材料及制造 燃料電池運行管理 動力電池系統 動力電池材料及制造 動力電池包管理 驅動電機系統 電機及控制 整車能耗控制技術 能耗優化 制動能量回收 圖1-1 純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車的關鍵性技術 清華大學全球產業研究院 新能源汽車全球專利觀察 7 / 70 借助專利數據，本研究從三個方面分析了全球新能源汽車前沿技術的趨勢： （1）從時間及技術方向等角度揭示

13、技術總體發展態勢，比較三種新能源汽 車技術路線的發展路徑。 （2）比較主要研發國家在技術路徑選擇上的不同以及在新能源汽車產業鏈 上的布局側重點。 （3）比較不同類別的研發企業在產業交融下的專利布局以及技術側重點。 2. 研究方法研究方法 本報告數據來源于德溫特創新專利信息平臺 Derwent Innovation（DI），此 信息平臺包含德溫特世界專利索引數據庫（DWPI）和德溫特專利引文索引數據庫 (DPCI)。德溫特信息平臺包含國內外多個主流國家專利產權局的公開數據，如中 國國家知識產權局數據庫、歐洲專利局數據庫、美國專利商標局數據庫、日本特 許廳 PAJ 數據庫。并可將企業向不同國家知識

14、產權局申請的同一專利合并，生成 家族專利，避免了重復計算引起的誤差。 本報告采用世界主要專利授予機構劃分的全部專利集合， 同時還檢索所選集 合的 DWPI 字段。通過文本（CTB 字段，包括標題、摘要和權利要求）與國際專利 分類號（IC 字段）相結合的方式，初步確定檢索式，進而利用 DI 的文本聚類功 能，經過多次檢索試驗和抽樣驗證，同時結合主要企業相關專利的國際分類號， 迭代優化檢索式。通過專家審核，認為符合目前產業狀況。由此可以確認檢索策 略設計的有效性。同時，本報告利用 Derwent Data Analyzer 系統對所獲得的專 清華大學全球產業研究院 新能源汽車全球專利觀察 8 /

15、70 利權人進行歸并， 避免了同一企業及其子公司在專利申請時采用不同專利權人姓 名的情況。在此基礎上，本報告根據專利權人的企業性質將主要的專利權人進行 分類，包括整車廠（OEM）、傳統汽車一級零部件供應商(Tier One)、初創企業 （Startup） 、 信息與通信技術企業 （ICT） 、 電力企業 （Grid） 、 電池企業 （Battery） 和高?？蒲袡C構（Institute）。 為了兼顧樣本的有效性和數據處理能力，研究將專利公開年設置為 1999- 2019 年1。數據下載時間為 2019 年 4-7 月，利用 DI 平臺的分析功能進行數據處 理分析。 3. 研究的局限性研究的局限

16、性 本研究的局限性包括三點。第一點為專利研究的時效性。新能源汽車是現在 學術界和產業界共同關注的研究熱點，技術日新月異，而專利申請從提交到公開 往往需要 1-2 年，因此某些關鍵性突破和近期趨勢很可能尚未涵蓋，在反應創新 趨勢時存在一定的滯后性和片面性。第二，專利的質量很難衡量，特別是不同專 利局依據本國的知識產權法規等可能影響授予專利的質與量。 在專利數量上領先 并不能保證創新者在未來的新能源汽車領域占據優勢。最后，專利研究在一般性 技術（General purpose technology）的局限性。一般性技術是指那些有多種用 途、 可以應用到多種行業的新興技術。創新者往往希望申請的專利覆

17、蓋最大的保 護范圍，因而不將發明創造局限于某一特定用途。因此，在專利研究時，很難把 針對某一行業的一般性技術創新專利與其他用途的該一般性技術創新專利區分。 新能源汽車領域涉及的研發領域眾多，其中包括一些一般通用性技術。如燃料電 池技術可廣泛應用于燃料電池汽車、燃料電池發電、燃料電池熱電聯產等領域。 因此在關鍵詞確定時需格外注意。本研究通過 IC 加關鍵詞的方法，并通過完備 性與準確性的檢驗方法，反復檢驗迭代，以減少該部分誤差。 1 由于專利申請公開的滯后性，2017、2018 年部分數據未公開，收集的專利數量會小于專 利的實際申請數量，專利實際增長量更多。 清華大學全球產業研究院 新能源汽車全

18、球專利觀察 9 / 70 二、二、 新能源汽車全球專利總體態勢新能源汽車全球專利總體態勢 近年來，新能源汽車的專利申請數量呈快速上升趨勢，并因新能源汽車技術 路線的多樣性，表現出相互促進又相互競爭的特性?？偟亩?，在過去的二十年 中， 純電動汽車在專利申請上的發展速度大大超出了混合動力汽車和燃料電池汽 車的發展速度。新能源汽車發展離不開動力電池系統、充電技術、氫能技術的發 展。因此在技術分布上表現出跨行業、多學科融合的特點。 1. 新能源汽車新能源汽車研發研發火熱火熱 圖2-1 全球新能源汽車專利申請趨勢（1999-2018） 從圖 2-1 全球新能源汽車領域專利申請趨勢，可以看出，1999-

19、2018 年新能 源汽車領域的專利申請總量整體呈上升趨勢，僅在 2009 年出現略微下降。此時 受全球經濟危機影響，各新興技術專利申請量均有所下降。到 2016 年，全球范 圍內遞交的新能源汽車領域專利申請量已達到近 3 萬項/年，約占世界知識產權 (WIPO)公布的 2016 年全球專利申請總數的 1%，說明新能源汽車產業對知識創新 的需求和全球研發的火熱程度。 清華大學全球產業研究院 新能源汽車全球專利觀察 10 / 70 2. 不同技術路線不同技術路線發展態勢發展態勢差異較大差異較大 圖2-2 分類專利申請趨勢比較 圖 2-2 展示了純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車與新能源汽車通用

20、 技術的全球專利申請趨勢?？梢钥闯?，三類新能源汽車的態勢存在很大的差異。 純電動、混合動力、燃料電池汽車代表了新能源汽車的三種不同發展路徑，總的 來說除了產業相對不成熟的燃料電池汽車外， 純電動與混合動力均迎來了快速發 展。其中，純電動汽車的研究在近十年發展十分迅猛，反超有深厚研究基礎的混 合動力汽車。 這也與越來越多的初創企業或汽車工業稍弱的國家、 企業進入有關， 他們往往傾向于選擇汽車機構件相對簡單、 完全舍棄內燃機技術的純電動汽車技 術路線；而傳統的汽車強國、強企業則延續原有的混合動力技術路線，逐步加大 研發投入力度。 純電動汽車專利申請引來新一輪快速上升純電動汽車專利申請引來新一輪快速

21、上升。 純電動汽車在經歷了世紀之初的 緩慢發展之后，在 2009 年之后迎來了大規模的技術研發，相關專利申請量則相 應出現大幅增長。除了各國政府對新能源汽車的刺激推廣外，主要是由于鋰電池 技術在 ICT 行業的大規模應用、 共享模式在歐洲興起等原因帶來純電動汽車成本 的下降和續航里程的提高。 在這期間， 純電動汽車市場的開拓者如 Tesla、 Nissan、 Renault、BMW 開始了對純電動汽車的研發和小規模試驗。中國也于 2009 年起發 起“十城千輛”項目，計劃用 3 年時間每年發展 10 個城市，每個城市推出 1000 清華大學全球產業研究院 新能源汽車全球專利觀察 11 / 70

22、 輛新能源汽車。此項目由工信部、科技部等聯合發起，促進了純電動汽車的研發 與推廣。此后，隨著這一批純電動汽車的成功推出，特別是 Tesla Roadster 和 Model S 在新能源汽車領域取得的成就，純電動汽車研發在全球形成浪潮，2013 年之后相關專利申請量爆漲。受專利從申請到公開的時滯影響，2016 年以來的 專利申請數據不全。初步看來，2016 年全球專利年申請量達到近 6000 件,預計 近兩年實際申請量將繼續增長。 混合動力汽車專利混合動力汽車專利數量數量平穩上升平穩上升。 在本世紀之初， 混合動力就有著較為深厚 的研發基礎， 是新能源汽車較為熱門的方向。這是由于豐田作為新能源

23、車企的領 軍者， 早在 1993 年就開啟了研發混動技術的計劃，并于 1997 年在日本推出第一 代普銳斯。 之后， 豐田又相繼推出多種新車型， 加緊對混合動力技術的研發迭代。 受豐田普銳斯的影響和多國政府對汽車排放要求的日益嚴格， 多家整車廠選擇混 合動力汽車路線作為其新能源汽車的目標， 大量投入研發混合動力技術。 2006 年 前后， 混合動力汽車專利申請迎來大規模爆發。這是由于插電式混合動力技術的 出現讓其他廠商避開了豐田對混合動力專利的絕對控制。此上漲趨勢于 2010 年 趨于平穩。 燃料電池汽車專利燃料電池汽車專利量量蓄勢待發蓄勢待發。 燃料電池汽車的專利數量表明， 該技術領域 的發

24、展依然處于起步階段。專利申請總體呈現先穩步增長后逐步下降的趨勢，并 在 2004-2008 年達到高峰。 說明這幾年各機構展開了大量燃料電池汽車相關的研 究。本田就在 2008 年推出過 FCX Clarity 燃料電池概念車并且在日本和美國加 州對外界出租。2008 年之后，燃料電池專利申請量短時間內下降，直到 2011 年 后，專利申請數量才趨于穩定。表明各國對燃料電池技術研究的熱情逐漸回升。 2013 年現代推出了第一輛量產燃料電池汽車，豐田緊隨其后，于 2014 年推出 Mirai。隨著燃料電池汽車市場的逐漸成熟，多國對燃料電池汽車增加了投入。 我國在 2016 年實行的國家創新驅動發

25、展戰略綱要中將發展氫能、燃料電池 等新一代能源技術列為戰略任務之一，各地政府也在 2017 年推出促進氫能源產 清華大學全球產業研究院 新能源汽車全球專利觀察 12 / 70 業的規劃布局。 但因專利檢索的時滯影響，目前并不能夠直觀地看出近兩年燃料 電池汽車研發成果的增加。 新能源汽車通用技術專利新能源汽車通用技術專利數量數量持續上升持續上升。 三種類型新能源汽車技術的發展均 可促進新能源汽車通用技術的研發， 因此新能源汽車通用技術的專利申請趨勢呈 現持續上升的趨勢。 3. 不同技術路線子領域不同技術路線子領域關鍵技術關鍵技術態勢態勢分析分析 3.13.1 純電動汽車純電動汽車領域領域 純電動

26、汽車的關鍵技術在于動力電池系統（如動力電池材料及、動力電池包 及管理）和充電技術（如快速充電、無線充電）。這兩項關鍵性技術決定了純電 動汽車特別是續航里程、充電時間和方便程度，關系到純電動汽車的整體性能和 成本。目前，國際主流的純電動汽車往往最大續航里程能達到 300-400 公里，并 且充電速度能達到 30 分鐘內將電池從零充至 80%。如 Renault 的 Zoe 配備了 41kWh 的鋰電池，最大理論續航里程為 400 公里。我國 2019 年新能源汽車補 貼政策也規定純電動乘用車續航里程必須高于 250 公里。因此，如何生產出能量 密度高、安全性能好、成本低的動力電池（主要為鋰電池）

27、、如何將電池包控制 在安全、 高性能的狀態以及如何安全快速的充電是現在純電動汽車發展的熱點方 向。此外，無線充電技術也逐漸成為充電技術的前沿方向。無線充電技術是指通 過非接觸的方式為行駛中的電動汽車實時地提供能量供給。 它可以解決傳統傳導 式充電面臨的接口限制、安全問題等。 如圖 2-3 所示，從純電動能源汽車四個子領域的專利申請趨勢來看，動力電 池材料及制造和動力電池包及管理相關技術研發爆發早于快速充電和無線充電 技術， 提速幅度也大大超過充電相關技術。這與動力電池在純電動汽車系統里的 基石地位密切相關。動力電池作為一項高資本、高科技含量的能源產品，因其廣 闊的市場前景，吸引了世界各大電池企

28、業與汽車行業企業不斷投入研發?？焖俪?電技術的研發提速于 2010 年，這一時間點與第一批電動汽車小規模投向市場的 清華大學全球產業研究院 新能源汽車全球專利觀察 13 / 70 時間點相符合（提前 1-2 年）。這說明通過小規模市場試驗，企業意識到純電動 汽車不能僅僅靠家用充電等慢速充電方式，從而加強了對快速充電的研發。無線 充電技術的研發起步于 2012 年，但上漲迅猛，意味著未來純電動汽車有希望采 取無線充電作為主流充電方式。 圖2-3 純電動汽車子領域專利申請趨勢 接下來，我們對純電動汽車的各個子領域進行了“專利地圖”分析。專利地 圖(Patent Map)通常是指將專利信息進行可視化

29、， 形成類似等高線地形圖的圖形 來表示專利分布的高峰與洼地情況。 專利地圖可以將收集到的專利進行文本聚類， 以“山峰”和“洼地”的形式呈現。專利地圖中的“山峰”（白色）代表該技術 領域專利數量眾多，為當前研發的技術熱點；“洼地”（藍色和淺綠色）則代表 尚未開發的空白技術領域。 清華大學全球產業研究院 新能源汽車全球專利觀察 14 / 70 圖2-4 動力電池及制造領域技術主題概覽 如圖 2-4 所示，顯示了動力電池及制造（鋰電池）側重高性能材料和制造工 藝，其技術要點包括： （1）固態電池及制造工藝：固態電池（Solid battery）、干法制造（Dry preparation method

30、）； （2）電解液及添加劑（Electrolyte and Additive）：碳基（Carbonate）、烷 基（Alkyl）； （3）多孔電極及電極材料（Porous electrode）：硅負極（Silicon）、鈷正極 （Cobalt）、粘結劑（Binder）、集流體（Collecter）； （4）電池模組的制作（Module）：連接（Connect）、組裝（Assembly）。 清華大學全球產業研究院 新能源汽車全球專利觀察 15 / 70 圖 2-5 動力電池包及管理領域技術主題概覽 由圖 2-5 可知，動力電池包及管理側重電池的選擇與成組管理，主要技術點 包括： （1）電池的選型

31、：二次電池（Secondary battery）、電極（Electrode）、電 解液（Electrolyte）、材料（Material）； （2）電池的安裝：安裝（Fix）、方向（Direction）、表面（Surface）； （3）電池信息的采集與控制：信息數據（Information data）、管理決策 （Determine）； （4）電池的熱管理系統：加熱（Heat）、空氣冷卻（Air cool）； （5）電池的電管理系統：電池均衡（Balance）、電壓變換（Converter）、開關 （Switch）。 清華大學全球產業研究院 新能源汽車全球專利觀察 16 / 70 圖2-6 快

32、速充電領域技術主題概覽 由圖 2-6 可知，快速充電側重于電池系統的設計與管理、充電樁的配置，主 要技術點包括： （1） 電芯的設計： 電極材料設計 （Electrode material） 、 充電電流設計 （Charge current）； （2）充電樁的配置：充電模塊（Charging module）、設備安裝（Fix）、繼電 器與接觸器（Relax contact）、電阻設計（Resister）； （3） 充電系統的溫度通知和冷卻： 溫度 （Temperature） 、 空氣冷卻 （Air cool） 。 清華大學全球產業研究院 新能源汽車全球專利觀察 17 / 70 圖2-7 無線充

33、電領域技術主題概覽 如圖 2-7 所示，展示了無線充電領域的主要技術主題。無線充電側重于充電 電路的匹配、發射端與接收端的設計,主要技術點包括： （1） 充電電路的匹配： 基于電容的功率校正 （Capacitor rectification filter） 、 電路的諧振補償（Resonance compensate）、導磁元件與磁路設計 （Permeability magnetic）； （2）接收端設計：接收終端（Collect terminal）、柔性安裝（Elastic fix） （3）發射端設計：充電機（Charging）、發射器（Transmitter）。 清華大學全球產業研究院 新

34、能源汽車全球專利觀察 18 / 70 3.23.2 混合動力電動汽車混合動力電動汽車領域領域 混合電動汽車的關鍵技術可分為動力系統構型和動力系統控制。 這兩項關鍵 性技術研究混合電動汽車中兩套動力源是如何整合成一套完整的動力輸出， 從而 達到近乎完美的動力性能和能耗性能。動力系統構型包括并聯、串聯和混聯，它 研究兩套動力系統之間的物理結構模型。 而動力系統控制主要負責兩套動力系統 的能量管理、馬力和動態協調。 圖2-8 混合動力汽車子領域專利申請趨勢 如圖 2-8 所示，從混合動力汽車兩個子領域的專利申請趨勢來看，混合動力 系統構型和混合動力系統控制的研究是相輔相成的。它們在 2006 年迎來

35、大幅增 長，后因 2009 年經濟危機略微下降，之后趨于平緩。 接下來，我們對混合動力電動汽車的各個子領域進行了“專利地圖”分析。 清華大學全球產業研究院 新能源汽車全球專利觀察 19 / 70 圖2-9 混合動力系統構型領域技術主題概覽 由圖 2-9 可知， 混合動力系統構型行主要研究行星排結構的配置和運行功能 的實現，主要技術點包括： （1）行星排結構：行星輪（Planetary）、行星架（Carrier）、輸出軸（Output shaft）； （2） 動力元件的配置 （Configure） ： 排列方式 （Anordnen） 、 發動機 （Moteur） 、 制動器及液壓系統（Break

36、、Hydraulic）； （3）運行功能的實現：冷卻（Cool）、充電（Charge）、排放（Exhaust）。 清華大學全球產業研究院 新能源汽車全球專利觀察 20 / 70 圖2-10 混動動力系統控制領域技術主題概覽 如圖 2-10 所示，展示了混動動力系統控制的主要技術點。它側重動力輸出 及實現方法，主要技術點包括： （1）行星排控制與驅動：太陽輪（Sun gear）、行星輪（Planetary）、輸出軸 控制（Shaft）； （2） 離合控制： 液壓控制 （Oil pump control） 、 電磁控制 （Voltage control） 、 離合器（Clutch）； （3） 動力

37、系統輸出控制： 制動 （Brake） 、 換擋 （Shift） 、 加速 （Accelerator） 、 排放（Exhaust）； （4）冷卻控制（Cool）。 清華大學全球產業研究院 新能源汽車全球專利觀察 21 / 70 3.33.3 燃料電池汽車燃料電池汽車領域領域 燃料電池汽車由于以氫氣作為第一能源， 需要一系列氫能源產業鏈的技術突 破， 才能帶來燃料電池汽車的成型與推廣。因此燃料電池汽車的核心技術在于氫 氣相關技術（如制氫、儲氫）和燃料電池技術（如燃料電池材料及制造、燃料電 池運行管理）兩部分。氫氣，和電力一樣，是一種能量載體，它必須通過生產獲 得。目前制氫工藝主要有化石燃料制氫、工

38、業副產氣制氫、甲醇裂解制氫和水電 解制氫。 如何提高制氫的可靠性與經濟性是制氫技術研究的方向。氫氣的存儲主 要有高壓氣態儲氫、低溫液態儲氫和儲氫材料儲氫三種方式。而車載儲氫系統又 對儲氫罐的大小、壓力和安全性提出了要求。燃料電池部分的技術指標與動力電 池的標準類似， 它與燃料電池汽車的整體駕駛性能、 續航里程、 安全性密切相關。 目前，燃料電池的性能還比較差，具體體現在比功率的不足與成本的過高。各大 汽車廠商進行新一代燃料電池技術的研發，燃料電池的比功率不斷提高，從 1.9kW/L 提升至 3kW/L，基本能夠滿足車輛動力性要求。 圖2-11 燃料電池汽車子領域專利申請趨勢 如圖 2-11 所

39、示，從燃料電池汽車四個子領域的專利申請趨勢來看，氫氣制 造與燃料電池材料的研發力度要遠遠高于燃料電池運行管理和儲氫技術的研發 力度。 這與氫氣作為一種基礎的清潔能源， 具有廣大的應用場景相關2。 我們可以 2 因為氫能源的廣泛應用性，本報告在統計燃料電池汽車的整體專利時沒有把它計算在 內。 清華大學全球產業研究院 新能源汽車全球專利觀察 22 / 70 看到燃料電池零部件專利在 2004-2008 年迎來了申請的小高潮。 之后申請趨勢漸 漸下降，這可能是與燃料電池汽車產業鏈尚未成熟、投資研發熱情減弱有關。因 此在 2015 年初，豐田提出了開放其近七千件燃料電池汽車專利的計劃，以刺激 燃料電池

40、汽車和整個產業鏈的研發。 接下來，我們對燃料電池汽車的各個子領域進行了“專利地圖”分析。 圖2-12 氫氣制造及方法領域技術主題概覽 由圖 2-12 可知，氫氣制造方法側重制氫反應的過程和氫氣的吸收和存儲， 其主要技術點包括： （1） 制氫的反應過程： 反應 （Reactor） 、 催化 （Catalysis） 、 氧化物 （Oxide） 、 重整（Reform）、氣化（Gasification）； （2）氫氣的吸收與存儲：吸附（Adsorption）、存儲（Storage）； （3）制氫的能量（Energy）。 清華大學全球產業研究院 新能源汽車全球專利觀察 23 / 70 圖2-13 儲氫

41、領域技術主題概覽 圖 2-13 展示了儲氫技術的主要技術，它側重氫氣的運輸方式和氫氣的存儲 方法，其主要技術點包括： （1）氫氣的運輸方式：氫氣運輸（Fahrzeug）、管道運輸（Vessel）； （2）氫氣的儲存方法：合金儲氫（Alloy metal）、液態儲氫（Liquid）壓力儲 氫（Pressjon）； （3）氫氣的檢測（Detect）。 清華大學全球產業研究院 新能源汽車全球專利觀察 24 / 70 圖2-14 燃料電池運行管理領域技術主題概覽 由圖 2-14 可知， 燃料電池運行管理側重燃料供給的管理與輸出性能的控制， 其技術點包括： （1）燃料電池的輸出管理：電壓輸出（Volta

42、ge determine）、停機（Stop）； （2） 氫氣和空氣的供給管理： 氫氣罐 （Tank） 、 閥體 （Valve） 、 壓縮機 （Compressor） 、 進氣（Inlet）； （3） 燃料電池的水熱管理： 增濕 （Humidification） 、 熱交換 （Heat exchanger） ； （4）燃料電池的壽命管理：聚四氟乙烯（Pite）、污染（Lamination）、雙極板 （Plate）。 清華大學全球產業研究院 新能源汽車全球專利觀察 25 / 70 圖2-15 燃料電池材料及制造領域技術主題概覽 如圖 2-15 所示，燃料電池材料及制造側重膜電極技術、雙極板技術和電

43、堆 的輔助零件，其技術點包括： （1） 膜電極技術： 催化劑 （Catalyst） 、 催化劑載體 （Particle） 、 隔膜 （Separator） ； （2） 雙極板技術： 電極 （Plate） 、 流道及擴散 （Path diffusion） 、 密封 （Seal） ； （3）電堆的輔助零件：電堆（Stack）、閥體（Valve）、熱管理（Heat）。 清華大學全球產業研究院 新能源汽車全球專利觀察 26 / 70 3.43.4 新能源汽車新能源汽車通用通用技術技術領域領域 新能源汽車通用技術主要包括驅動電機系統和整車能耗控制。 整車能耗控制 是提高新能源汽車行駛里程的方法之一。 它

44、的主要研究方向可分為制動能量回收 和能耗優化。 制動能量回收指的是當車輛在剎車的時候能夠將部分機械能通過發 電機回收部分能量轉化為電能的過程。 新能源汽車的能耗優化大多指的是通過改 變汽車中的電子器件，如空調制冷系統，減少整車能耗。 圖2-16 新能源汽車通用技術領域專利申請趨勢 如圖 2-16 所示，展示了新能源汽車通用技術三個子領域的申請態勢?？傮w 而言， 此三種通用技術隨著新能源汽車的總體研發投入增加呈現持續上漲的態勢。 其中， 驅動電機的專利申請量、上漲幅度遠大于能量回收和能耗優化的專利申請 量。 從時間上來看，關于整車能耗優化的專利申請上漲趨勢要晚于其他兩種新能 源汽車通用技術。這主

45、要是因為整車能耗優化對于新能源汽車整體的能耗控制、 提高行駛里程的范圍有限。 它的出現時間與純電動汽車專利申請的爆發時間近似， 說明整車能耗優化對于純電動汽車提高行駛里程的重要性。 清華大學全球產業研究院 新能源汽車全球專利觀察 27 / 70 圖2-17 整車能耗優化領域技術主題概覽 圖 2-17 展示了整車能耗優化的專利地圖?？砂l現整車能耗優化側重加熱、 冷卻和發動機控制，主要技術點包括： （1） 加熱與冷卻： 加熱器 （Heater） 、 電阻膜加熱 （PTC） 、 制冷器 （Refrigerant coolant）、熱交換器（Heat exchange）、膨脹器（Expansion）、泵管系 統（Pipe pump）； （2）發動機