新能源汽车全球专利观察 辆新能源汽车。此项目由工信部、科技部等联合发起,促进了纯电动汽车的研发 与推广。此后,随着这一批纯电动汽车的成功推出,特别是 Tesla roadster和 Model s在新能源汽车领域取得的成就,纯电动汽车研发在全球形成浪潮,2013 年之后相关专利申请量爆涨。受专利从申请到公开的时滞影响,2016年以来的 专利申请数据不全。初步看来,2016年全球专利年申请量达到近6000件,预计 近两年实际申请量将继续增长。 混合动力汽车专利数量平稳上升。在本世纪之初,混合动力就有着较为深厚 的研发基础,是新能源汽车较为热门的方向。这是由于丰田作为新能源车企的领 军者,早在1993年就开启了研发混动技术的计划,并于1997年在日本推出第 代普锐斯。之后,丰田又相继推出多种新车型,加紧对混合动力技术的研发选代 受丰田普锐斯的影响和多国政府对汽车排放要求的日益严格,多家整车厂选择混 合动力汽车路线作为其新能源汽车的目标,大量投入研发混合动力技术。2006年 前后,混合动力汽车专利申请迎来大规模爆发。这是由于插电式混合动力技术的 出现让其他厂商避开了丰田对混合动力专利的绝对控制。此上涨趋势于2010年 趋于平稳。 燃料电池汽车专利量蓄势待发。燃料电池汽车的专利数量表明,该技术领域 的发展依然处于起步阶段。专利申请总体呈现先稳步增长后逐步下降的趋势,并 在2004-2008年达到高峰。说明这几年各机构展开了大量燃料电池汽车相关的研 究。本田就在2008年推出过 FCX Clarity燃料电池概念车并且在日本和美国加 州对外界出租。2008年之后,燃料电池专利申请量短时间内下降,直到2011年 后,专利申请数量才趋于稳定。表明各国对燃料电池技术硏究的热情逐渐回升 2013年现代推出了第一辆量产燃料电池汽车,丰田紧随其后,于2014年推出 Mirai。随着燃料电池汽车市场的逐渐成熟,多国对燃料电池汽车増加了投入 我国在2016年实行的《国家创新驱动发展战略纲要》中将发展氢能、燃料电池 等新一代能源技术列为战略任务之一,各地政府也在2017年推出促进氢能源产 11/70
新能源汽车全球专利观察 11 / 70 辆新能源汽车。此项目由工信部、科技部等联合发起，促进了纯电动汽车的研发 与推广。此后，随着这一批纯电动汽车的成功推出，特别是 Tesla Roadster 和 Model S 在新能源汽车领域取得的成就，纯电动汽车研发在全球形成浪潮，2013 年之后相关专利申请量爆涨。受专利从申请到公开的时滞影响，2016 年以来的 专利申请数据不全。初步看来，2016 年全球专利年申请量达到近 6000 件,预计 近两年实际申请量将继续增长。 混合动力汽车专利数量平稳上升。在本世纪之初，混合动力就有着较为深厚 的研发基础，是新能源汽车较为热门的方向。这是由于丰田作为新能源车企的领 军者，早在 1993 年就开启了研发混动技术的计划，并于 1997 年在日本推出第一 代普锐斯。之后，丰田又相继推出多种新车型，加紧对混合动力技术的研发迭代。 受丰田普锐斯的影响和多国政府对汽车排放要求的日益严格，多家整车厂选择混 合动力汽车路线作为其新能源汽车的目标，大量投入研发混合动力技术。2006 年 前后，混合动力汽车专利申请迎来大规模爆发。这是由于插电式混合动力技术的 出现让其他厂商避开了丰田对混合动力专利的绝对控制。此上涨趋势于 2010 年 趋于平稳。 燃料电池汽车专利量蓄势待发。燃料电池汽车的专利数量表明，该技术领域 的发展依然处于起步阶段。专利申请总体呈现先稳步增长后逐步下降的趋势，并 在 2004-2008 年达到高峰。说明这几年各机构展开了大量燃料电池汽车相关的研 究。本田就在 2008 年推出过 FCX Clarity 燃料电池概念车并且在日本和美国加 州对外界出租。2008 年之后，燃料电池专利申请量短时间内下降，直到 2011 年 后，专利申请数量才趋于稳定。表明各国对燃料电池技术研究的热情逐渐回升。 2013 年现代推出了第一辆量产燃料电池汽车，丰田紧随其后，于 2014 年推出 Mirai。随着燃料电池汽车市场的逐渐成熟，多国对燃料电池汽车增加了投入。 我国在 2016 年实行的《国家创新驱动发展战略纲要》中将发展氢能、燃料电池 等新一代能源技术列为战略任务之一，各地政府也在 2017 年推出促进氢能源产 清华大学全球产业研究院
新能源汽车全球专利观察 业的规划布局。但因专利检索的时滞影响,目前并不能够直观地看出近两年燃料 电池汽车研发成果的增加。 新能源汽车通用技术专利数量持续上升。三种类型新能源汽车技术的发展均 可促进新能源汽车通用技术的研发,因此新能源汽车通用技术的专利申请趋势呈 现持续上升的趋势。 3.不同技术路线子领域关键技术态势分析 3.1纯电动汽车领域 纯电动汽车的关键技术在于动力电池系统(如动力电池材料及、动力电池包 及管理)和充电技术(如快速充电、无线充电)。这两项关键性技术决定了纯电 动汽车特别是续航里程、充电时间和方便程度,关系到纯电动汽车的整体性能和 成本。目前,国际主流的纯电动汽车往往最大续航里程能达到300-400公里,并 且充电速度能达到30分钟内将电池从零充至80%。如 Renault的Ze配备了 41kW·h的锂电池,最大理论续航里程为400公里。我国2019年新能源汽车补 贴政策也规定纯电动乘用车续航里程必须高于250公里。因此,如何生产出能量 密度高、安全性能好、成本低的动力电池(主要为锂电池)、如何将电池包控制 在安全、高性能的状态以及如何安全快速的充电是现在纯电动汽车发展的热点方 向。此外,无线充电技术也逐渐成为充电技术的前沿方向。无线充电技术是指通 过非接触的方式为行驶中的电动汽车实时地提供能量供给。它可以解决传统传导 式充电面临的接口限制、安全问题等 如图2-3所示,从纯电动能源汽车四个子领域的专利申请趋势来看,动力电 池材料及制造和动力电池包及管理相关技术研发爆发早于快速充电和无线充电 技术,提速幅度也大大超过充电相关技术。这与动力电池在纯电动汽车系统里的 基石地位密切相关。动力电池作为一项高资本、高科技含量的能源产品,因其广 阔的市场前景,吸引了世界各大电池企业与汽车行业企业不断投入研发。快速充 电技术的研发提速于2010年,这一时间点与第一批电动汽车小规模投向市场的 12/70
新能源汽车全球专利观察 12 / 70 业的规划布局。但因专利检索的时滞影响，目前并不能够直观地看出近两年燃料 电池汽车研发成果的增加。 新能源汽车通用技术专利数量持续上升。三种类型新能源汽车技术的发展均 可促进新能源汽车通用技术的研发，因此新能源汽车通用技术的专利申请趋势呈 现持续上升的趋势。 3. 不同技术路线子领域关键技术态势分析 3.1 纯电动汽车领域 纯电动汽车的关键技术在于动力电池系统（如动力电池材料及、动力电池包 及管理）和充电技术（如快速充电、无线充电）。这两项关键性技术决定了纯电 动汽车特别是续航里程、充电时间和方便程度，关系到纯电动汽车的整体性能和 成本。目前，国际主流的纯电动汽车往往最大续航里程能达到 300-400 公里，并 且充电速度能达到 30 分钟内将电池从零充至 80%。如 Renault 的 Zoe 配备了 41kW·h 的锂电池，最大理论续航里程为 400 公里。我国 2019 年新能源汽车补 贴政策也规定纯电动乘用车续航里程必须高于 250 公里。因此，如何生产出能量 密度高、安全性能好、成本低的动力电池（主要为锂电池）、如何将电池包控制 在安全、高性能的状态以及如何安全快速的充电是现在纯电动汽车发展的热点方 向。此外，无线充电技术也逐渐成为充电技术的前沿方向。无线充电技术是指通 过非接触的方式为行驶中的电动汽车实时地提供能量供给。它可以解决传统传导 式充电面临的接口限制、安全问题等。 如图 2-3 所示，从纯电动能源汽车四个子领域的专利申请趋势来看，动力电 池材料及制造和动力电池包及管理相关技术研发爆发早于快速充电和无线充电 技术，提速幅度也大大超过充电相关技术。这与动力电池在纯电动汽车系统里的 基石地位密切相关。动力电池作为一项高资本、高科技含量的能源产品，因其广 阔的市场前景，吸引了世界各大电池企业与汽车行业企业不断投入研发。快速充 电技术的研发提速于 2010 年，这一时间点与第一批电动汽车小规模投向市场的 清华大学全球产业研究院
新能源汽车全球专利观察 时间点相符合(提前1-2年)。这说明通过小规模市场试验,企业意识到纯电动 汽车不能仅仅靠家用充电等慢速充电方式,从而加强了对快速充电的研发。无线 充电技术的研发起步于2012年,但上涨迅猛,意味着未来纯电动汽车有希望采 取无线充电作为主流充电方式。 2-3纯电动汽车子领域专利申请趋势 8000 7000 申请量项 3000 2000 19982000002200420020801020122014201620182020 一快速充电 无线充电 动为电池材料及制造动力电池包及管理 接下来,我们对纯电动汽车的各个子领域进行了“专利地图”分析。专利地 图( Patent Map)通常是指将专利信息进行可视化,形成类似等高线地形图的图形 来表示专利分布的高峰与洼地情况。专利地图可以将收集到的专利进行文本聚类, 以“山峰”和“洼地”的形式呈现。专利地图中的“山峰”(白色)代表该技术 领域专利数量众多,为当前研发的技术热点;“洼地”(蓝色和浅绿色)则代表 尚未开发的空白技术领域
新能源汽车全球专利观察 13 / 70 时间点相符合（提前 1-2 年）。这说明通过小规模市场试验，企业意识到纯电动 汽车不能仅仅靠家用充电等慢速充电方式，从而加强了对快速充电的研发。无线 充电技术的研发起步于 2012 年，但上涨迅猛，意味着未来纯电动汽车有希望采 取无线充电作为主流充电方式。 图2-3 纯电动汽车子领域专利申请趋势 接下来，我们对纯电动汽车的各个子领域进行了“专利地图”分析。专利地 图(Patent Map)通常是指将专利信息进行可视化，形成类似等高线地形图的图形 来表示专利分布的高峰与洼地情况。专利地图可以将收集到的专利进行文本聚类， 以“山峰”和“洼地”的形式呈现。专利地图中的“山峰”（白色）代表该技术 领域专利数量众多，为当前研发的技术热点；“洼地”（蓝色和浅绿色）则代表 尚未开发的空白技术领域。 清华大学全球产业研究院
新能源汽车全球专利观察 图2-4动力电池及制造领域技术主题概览 Comprendre alecto ssembly Electrolyte battery Phosph Porous Add Preparation method 如图2-4所示,显示了动力电池及制造(锂电池)侧重高性能材料和制造工 艺,其技术要点包括:X (1)固态电池及制造工艺:固态电池( Solid battery)、干法制造(Dry preparation method (2)电解液及添加剂( Electrolyte and Additive):碳基( Carbonate)、烷 基(A1ky1) (3)多孔电极及电极材料( Porous electrode):硅负极( Silicon)、钴正极 ( Cobalt)、粘结剂( Binder)、集流体( Collecter) (4)电池模组的制作( Module):连接( Connect)、组装( Assembly) 14/70
新能源汽车全球专利观察 14 / 70 图2-4 动力电池及制造领域技术主题概览 如图 2-4 所示，显示了动力电池及制造（锂电池）侧重高性能材料和制造工 艺，其技术要点包括： （1）固态电池及制造工艺：固态电池（Solid battery）、干法制造（Dry preparation method）； （2）电解液及添加剂（Electrolyte and Additive）：碳基（Carbonate）、烷 基（Alkyl）； （3）多孔电极及电极材料（Porous electrode）：硅负极（Silicon）、钴正极 （Cobalt）、粘结剂（Binder）、集流体（Collecter）； （4）电池模组的制作（Module）：连接（Connect）、组装（Assembly）。 清华大学全球产业研究院
新能源汽车全球专利观察 图2-5动力电池包及管理领域技术主题概览 Electrode Assembled 由图2-5可知,动力电池包及管理侧重电池的选择与成组管理,主要技术点 包括: (1)电池的选型:次电池( Secondary battery)、电极( Electrode)、电 解液( Electrolyte)、材料( Material) (2)电池的安装:安装(Fix)、方向( Direction)、表面( Surface) (3)电池信息的采集与控制:信息数据( Information data)、管理决策 (Determine) (4)电池的热管理系统:加热(Heat)、空气冷却( Air cool) (5)电池的电管理系统:电池均衡( Balance)、电压变换( Converter)、开关 ( Switch) 15/70
新能源汽车全球专利观察 15 / 70 图 2-5 动力电池包及管理领域技术主题概览 由图 2-5 可知，动力电池包及管理侧重电池的选择与成组管理，主要技术点 包括： （1）电池的选型：二次电池（Secondary battery）、电极（Electrode）、电 解液（Electrolyte）、材料（Material）； （2）电池的安装：安装（Fix）、方向（Direction）、表面（Surface）； （3）电池信息的采集与控制：信息数据（Information data）、管理决策 （Determine）； （4）电池的热管理系统：加热（Heat）、空气冷却（Air cool）； （5）电池的电管理系统：电池均衡（Balance）、电压变换（Converter）、开关 （Switch）。 清华大学全球产业研究院