燃料電池機動車輛專利地圖分析

1、燃料電池機動車輛專利地圖分析2009年1月,通過對燃料電池機動車輛相關(guān)的國際專利進行數(shù)據(jù)采集,得到10,168個專利族,以下主要對國際燃料電池機動專利族展開專利地圖分析,以了解該領(lǐng)域的發(fā)展規(guī)模和技術(shù)領(lǐng)域分布。燃料電池各種應(yīng)用中,機動車輛應(yīng)用專利是燃料電池各種應(yīng)用中專利數(shù)量最多的一種,專利族總數(shù)為10,168個,表明隨著能源的緊張以及各國對環(huán)境的日益重視,燃料電池在汽車中的應(yīng)用在近10年間成為國際研發(fā)的熱點,前景看好?？v觀燃料電池機動車的發(fā)展,從20世紀80年代初開始有零星的研究,直到90年中期未得到很好的發(fā)展。從90年末開始,隨著油價的不斷攀升以及技術(shù)瓶頸的不斷攻克,燃料電池機動車技術(shù)發(fā)展出現(xiàn)

2、了契機,出現(xiàn)了一輪快速持續(xù)的增長,這個趨勢延續(xù)至今。圖1 燃料電池機動車年度專利族走勢1技術(shù)生命周期一般而言技術(shù)的發(fā)展需要經(jīng)過4個階段:第一階段為技術(shù)孕育期,早期技術(shù)萌芽期,企業(yè)進入意愿低,專利申請數(shù)量和申請人數(shù)量均很少;第二階段為技術(shù)成長期,這一階段產(chǎn)業(yè)技術(shù)有突破或廠商對于市場價值有了認知,競相投入發(fā)展,專利申請量與專利權(quán)人數(shù)急速上升;第三階段為技術(shù)成熟期,廠商投資于研發(fā)的資源不再擴張,只剩少數(shù)繼續(xù)發(fā)展此類技術(shù),且其它廠商進入此市場意愿低,專利申請量專 利 族 數(shù) 量優(yōu)先權(quán)專利量公開專利量與專利權(quán)人數(shù)成長逐漸減緩;第四階段為技術(shù)瓶頸期,產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)遇瓶頸難以突破或此類產(chǎn)業(yè)已過于成熟,專利申請

3、量與專利權(quán)人數(shù)呈現(xiàn)負成長。圖2 技術(shù)生命周期圖 從圖2所示,燃料電池機動車經(jīng)過20世紀80年代初至90年代末的第一階段技術(shù)孕育期后,大致在1997年前后開始進入第二階段技術(shù)成長期,專利數(shù)量和申請人數(shù)量大幅攀升,在進入21世紀后,專利數(shù)量增長更為迅猛。目前有進入第三階段技術(shù)成熟期的跡象,專利數(shù)量仍在高速增長,但專利申請人數(shù)量開始減少,反映了競爭趨于激烈,市場進入開始門檻提高,小型企業(yè)逐漸被購并或退出市場。 2基于機構(gòu)活躍度的專利數(shù)量分布圖 3 基于機構(gòu)活躍度的專利數(shù)量分布圖199819991990-1997200020012002200320042005圖3中,每塊扇形用不同顏色加以區(qū)分,代表每

4、一類企業(yè)申請專利數(shù)量之和。圖中可以看出,擁有100篇以上的企業(yè)共13家,他們專利的總量為占到燃料電池汽車領(lǐng)域相關(guān)專利的46%;而擁有專利量為1-5篇的小型企業(yè)數(shù)量為2100多家,超過了企業(yè)總數(shù)的85%,但他們專利總量僅占19%。顯示了專利技術(shù)被大型企業(yè)所擁有,反映出技術(shù)開始進入成熟期。3 研發(fā)趨勢 圖4a 技術(shù)發(fā)展趨勢 圖4b研究人員發(fā)展趨勢 圖4a和圖4b中可以看到,燃料電池機動車技術(shù)在上世紀90年代中后期出現(xiàn)了快速發(fā)展,新技術(shù)專利不斷涌現(xiàn)、原有技術(shù)專利數(shù)量持續(xù)快速攀升,與此同時,相應(yīng)新增研發(fā)人員數(shù)量快速增長。尤其是在90年代末至21世紀初這段時間,新技術(shù)開始快速增長,新增研發(fā)人員則持續(xù)數(shù)年

5、超越了原有研究人員,反映該階段燃料電池機動車產(chǎn)業(yè)研發(fā)增速,企業(yè)紛紛擴大研發(fā)團隊,投入產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)之中。21世紀初至今幾年間,技術(shù)和研究人員發(fā)展仍保持強勁的增長勢頭,沒有跡象表明這一趨勢將會減緩或回調(diào),預計隨著技術(shù)的不斷成熟,新專利技術(shù)與研發(fā)人員的增長將趨于平穩(wěn),而專利數(shù)量總體增長勢頭仍將持續(xù)。3. 技術(shù)領(lǐng)域1主要技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠植紙D5為燃料電池機動車主要技術(shù)領(lǐng)域研究熱點分布。我們該圖的制作上,選取排名前100位的德溫特手工代碼進行合并,這些手工代碼涉及的專利族記錄占燃料電池專利總數(shù)的80%。我們把類似含義的手工代碼合并去重,重新排序并去除大類的手工代碼(如X21-B21A牽引用電池、X21-A0

6、1F電動汽車、X21-A01J燃料電池汽車、L03-E04燃料電池等后,繪制技術(shù)領(lǐng)域分布圖。圖中我們看到,控制、燃料制備存儲、質(zhì)子交換膜燃料電池、電極等技術(shù)為國際上燃料電池機動車產(chǎn)業(yè)最為關(guān)注的技術(shù)。此外外殼、堆、密封、電池加熱冷卻、雙極板、膜電極組件、催化劑、電解質(zhì)等技術(shù)也排列據(jù)前,是國際研發(fā)的熱門領(lǐng)域。質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)顯然是機動車應(yīng)用中所采用的主要燃料電池技術(shù),固態(tài)氧化物燃料電池技術(shù)在機動車中有少量應(yīng)用。圖5 主要技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠宸植?主要技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠迥甓确植?048247617861122661658590425409371190050010001500200025003000350

7、040004500控制燃料制備、存儲PEMFC電極外殼、堆、密封電池加熱、冷卻雙極板膜電極組件催化劑電解質(zhì)SOFC圖6 主要技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠迥甓确植荚谥饕夹g(shù)領(lǐng)域?qū)＠植紙D基礎(chǔ)上,我們進一步對主要技術(shù)領(lǐng)域進行年度走勢分析(圖6,可以發(fā)現(xiàn)燃料電池機動車各類關(guān)鍵技術(shù)近些年的發(fā)展速度各不相同?？刂萍夹g(shù)從90年代末開始快速發(fā)展,勢頭延續(xù)至今,其發(fā)展速度遠遠超過其他技術(shù)。同期,燃料制備存儲、質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)也在高速發(fā)展,發(fā)展速度略遜于控制技術(shù)。電極技術(shù)到了2000年左右出現(xiàn)快速發(fā)展,勢頭較為強勁;外殼、密封、膜電極組件、催化劑技術(shù)在2002、2003年開始出現(xiàn)發(fā)展增速。而雙極板、電池加熱冷卻技術(shù)發(fā)展

8、較為平緩。 3技術(shù)研發(fā)熱點演進以專利分類的方法制作技術(shù)領(lǐng)域的重點和熱點分布圖,無論是采用IPC 分類還是采用德溫特分類,都有一個共同的局限性,那就是先有技術(shù)再會有分類,分類總是滯后于技術(shù)的發(fā)展。我們使用Aureka 基于文本挖掘技術(shù)的產(chǎn)業(yè)技術(shù)熱點和重點領(lǐng)域的分析可以克服這一缺陷。圖7a 中,我們以所有燃料電池機動車相關(guān)的專利繪制了技術(shù)研發(fā)重點領(lǐng)域分布圖,圖中等高線山脈表示為國際技術(shù)研發(fā)重點,其重要程度用顏色加以區(qū)分,由淺咖啡色、灰色到白色,依次增強。由此我們可以看出,燃料電池機動車應(yīng)用領(lǐng)域中,國際上對質(zhì)子交換膜、電池、閥門、催化劑、雙極板等技術(shù)領(lǐng)域進行了重點研發(fā)。9971998199920000010230100200300400500600700800電解質(zhì)催化劑膜電極組件雙極板加熱、冷卻外殼、密封電極P 燃料制備、存儲控制由以上趨勢圖中可以看出，燃料電池機動車專利從 1998 年左右開始發(fā)展起來， 由 此 我 們 在 圖 7a 基 礎(chǔ) 上 ， 將 專 利 申 請 年 份 進 行 了 2002.6.30 （ 綠 色 ） 、 2002.7.12005.6.30（黃色）、2005.7.12008.6.30（紅色）三個年份段的劃分，如圖 7b?？傮w上看，早期、中期和近期在各技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展較為均衡，反映了該產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域 中沒有出現(xiàn)大的技術(shù)變遷。發(fā)展初期，熱點集中在燃料重整方面；發(fā)展中