譚春輝等吳曉風 程 凡

（華中師范大學信息管理學院，湖北武漢 430079）

在新能源汽車發(fā)展過程中，對電力驅(qū)動的新能源汽車的研究與開發(fā)已成為重中之重，電池技術是電力驅(qū)動的新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心技術。世界各國對技術的保護意識越來越強烈，紛紛對已有技術成果申請專利，進行關鍵技術保護。在2010年11月頒布的《關于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》中，強調(diào)要重點突破包括動力電池在內(nèi)的新能源汽車領域關鍵核心技術[1]。2012年7月國務院印發(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)動的新能源汽車作為未來十年中國新能源汽車發(fā)展的重點對象[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《汽車動力蓄電池行業(yè)規(guī)范條件》[3]。

目前，國內(nèi)外對新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況及其發(fā)展對策的研究文獻較多，而針對其核心組件——電池技術的專門研究文獻較少。Stienecker[4]、Max Ahman[5]、Oltra和Saint[6]、徐國祥等[7]、黃青斌等[8]、閻冬等[9]、趙蓉英與全薇[10]、張豐等[11]對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，而對其電池技術的相關研究較少。本文在使用新能源汽車電池專利數(shù)據(jù)探究其發(fā)展狀況和趨勢的基礎上，將更加深入地對電池技術進行挖掘，以找出我國未來新能源汽車電池技術的重點發(fā)展方向。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

本文分析數(shù)據(jù)來源于國家知識產(chǎn)權局專利數(shù)據(jù)庫（SIPO）。該專利數(shù)據(jù)庫收錄了103個國家、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、美國、日本、韓國、英國、法國、德國、瑞士、俄羅斯等國家以及歐洲專利局和世界知識產(chǎn)權組織的專利數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)范圍較為廣泛。

通過大量資料梳理得到新能源汽車電池技術的基本構成，主要分為3部分：動力電池、電池管理系統(tǒng)、動力電池回收處理及相關配套裝置。從新能源汽車電池技術的基本構成中提取關鍵詞“動力電池”作為專利檢索字段，檢索專利類型包括發(fā)明專利、實用新型專利和外觀設計專利，申請時間為“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，對專利名稱、IPС分類號、申請時間和專利文本摘要進行專利數(shù)據(jù)檢索，檢索時間為2017年4月20日，經(jīng)過人工除噪后最終檢索得到有效專利1263件。本文將采取文獻分析法、計量分析法、社會網(wǎng)絡分析法3種研究方法對所獲得的專利數(shù)據(jù)進行分析研究。

（1）文獻分析法。通過閱讀大量國內(nèi)外新能源汽車電池技術及專利分析方法相關文獻，充分了解國外新能源汽車電池技術與我國新能源汽車電池技術的發(fā)展狀況。

（2）計量分析法。將由中華人民共和國國家知識產(chǎn)權局專利數(shù)據(jù)庫（SIPO）中檢索得到的專利數(shù)據(jù)進行規(guī)范化整理，并對新能源汽車電池技術發(fā)展現(xiàn)狀進行定性分析、定量分析。

（3）社會網(wǎng)絡分析法。鑒于社會網(wǎng)絡分析法對于合作網(wǎng)絡的研究非常有效，本文將采用社會網(wǎng)絡分析法，對同時擁有兩個或多個專利號的專利進行統(tǒng)計分析和共現(xiàn)分析，找到該件專利同時涉及多個技術主題的具體內(nèi)容及存在的內(nèi)在關聯(lián)。

2 專利申請趨勢與技術生命周期

對新能源汽車電池技術2006—2015年專利申請數(shù)量的變化進行分析，結果如圖1所示。從總體上看，新能源汽車電池專利申請數(shù)量基本呈上升發(fā)展趨勢?！笆晃濉币?guī)劃時期（2006—2010年）每年的新能源汽車電池技術專利申請量均較少。這說明新能源汽車電池相關技術研究水平較低，處于技術發(fā)展起步期與瓶頸期。我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)在2009年拉開序幕，此時進行的工作大多為動力電池相關標準的研究和制修訂工作；“十二五”規(guī)劃時期（2011—2015年）專利申請量出現(xiàn)了較快的增長，從2010年的92件增長到2011年的161件，增長速度較快，在一定程度上可以說明技術發(fā)展較為迅速。2015年專利申請數(shù)量為231件，說明新能源汽車電池相關基礎研究趨于完善，電池技術不斷進步，基礎技術的不斷提高，形成了新能源汽車電池的關鍵技術，同時國際新能源汽車產(chǎn)業(yè)也越來越重視跨國合作，各大新能源汽車企業(yè)之間的合作越來越緊密。

技術生命周期一般包含以下4個周期性變化：技術起步階段、技術成長階段、技術成熟階段和技術衰退階段。利用專利申請數(shù)量、專利申請人數(shù)量與時間序列之間的關系對其技術生命周期進行分析。圖2為新能源汽車電池技術生命周期圖。

圖1 2006—2015年新能源汽車電池專利申請量分布

圖2 新能源汽車電池技術生命周期圖

可以看出，目前新能源汽車電池正處于技術成長期，表現(xiàn)為相關專利申請數(shù)量和專利申請人數(shù)量快速增加。以2010年為界，2011年新能源汽車電池領域?qū)＠暾埩亢蛯＠暾埲藬?shù)量與2010年相比分別增長了57%和75%。經(jīng)過“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基礎，而在“十二五”規(guī)劃期間（2011—2015），國家出臺了多項有利政策，將純電驅(qū)動電池的技術突破上升到國家級戰(zhàn)略層面，極大地推動了我國電池技術的開發(fā)與進步。在此期間，我國電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模在世界范圍內(nèi)處于領先地位，在一定程度上也形成了相對競爭優(yōu)勢。在全球范圍內(nèi)新能源汽車電池技術屬于新興技術，現(xiàn)階段處在技術的快速發(fā)展時期。隨著技術的不斷進步，未來成長空間很大，前景較好，不斷有更多的研究主體（企業(yè)、科研機構、個人）投入到新能源汽車電池技術的研發(fā)中。

3 專利主要競爭機構

創(chuàng)新不僅決定了企業(yè)能否獲得競爭優(yōu)勢，而且是應對市場競爭的核心策略[12]。專利申請人所獲得的專利權數(shù)量在一定程度上可以視為其在該領域的技術創(chuàng)新能力與市場競爭力。據(jù)此，對新能源汽車電池技術領域中專利申請人的專利申請量進行統(tǒng)計分析，排在前十位的專利申請人如表1所示。

從表1可以看出，排在第一位的日本豐田自動車株式會社在新能源汽車電池技術領域的研發(fā)基礎很牢固，研發(fā)實力較為突出，我國可對其在該領域的研發(fā)重點適當進行跟蹤研究。我國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。緊隨其后的是韓國現(xiàn)代自動車株式會社和美國通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司。我國對新能源汽車電池技術的研發(fā)起步雖然較晚，但在專利申請人統(tǒng)計分析中，申請量前十名中占了六名，說明隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及國家的引導，在“十一五”“十二五”規(guī)劃期間，我國新能源汽車相關企業(yè)對電池技術的研發(fā)投入較大，也獲得了明顯的成果，成長速度較快。同時，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，中國北汽集團和德國西門子合作建立了“北京西門子汽車電驅(qū)動系統(tǒng)有限公司”，共同打造新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)；2017年，北京順義區(qū)人民政府、北京汽車集團有限公司、孚能科技有限公司三方達成戰(zhàn)略合作，將在順義區(qū)共同建設新能源汽車動力電池研發(fā)與制造基地。

表1 新能源汽車電池技術主要競爭機構分析

4 基礎技術

Jaffe A[13]以廣泛性作為基礎技術的特性，將基礎技術定義為支持整個行業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展的基本技術。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個不同的IPС分類號小類。對各個分類號小類出現(xiàn)的次數(shù)進行統(tǒng)計，出現(xiàn)的頻次越多表征其所代表的電池技術具有的廣泛性越高，具體情況如表2、表3所示。

從表2和表3中IPС分類號分布情況可以看出，目前新能源汽車電池的研發(fā)以電學方向為主，以運輸方向為輔。電學中電器元件為新能源汽車電池生產(chǎn)中最基礎的組成元素，化學能轉換為電能是其中最為基礎的技術。排在前十位的IPС分類號小類H02J電能存儲系統(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，電池的儲能能力的改進已成為新能源汽車電池技術研發(fā)中的重要問題，同時對研發(fā)主題進行分析也發(fā)現(xiàn)電池的電能存儲系統(tǒng)問題是這一IPС分類號應用相關的主要解決問題。

本文對各個分類號小組出現(xiàn)的次數(shù)進行統(tǒng)計，從中選取排名前10位的IPС分類號，深入分析其所代表的技術主題，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專利主要集中在 H（電學）部，反映了其電學技術屬性。其中，IPС 分類號為H01M2/10的專利數(shù)量最多，其次是 IPС分類號為B60L11/18。通過對新能源汽車電池相關專利涉及IPС分類號的統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)：（1）化學能轉換為電能技術是關鍵；（2）其他的技術組成主要包括新能源汽車電池相關輔助與維護的裝置或方法、電池溫控技術以及電池的導電聯(lián)接等；（3）蓄電池的具體構造與制

造是目前研發(fā)的重要組成部分，IPС分類號小組的絕大部分為H01M10即二次電池及其制造所包含的分類號。從當前新能源汽車電池產(chǎn)業(yè)的技術發(fā)展態(tài)勢來看，排在前十位的IPС分類號相對應的相關電池技術經(jīng)過了蓬勃的發(fā)展，并且很可能仍然將是新能源汽車電池產(chǎn)業(yè)未來幾年的研究重點以及技術熱點。

表2 新能源汽車電池專利IPC分類號分布情況

表3 新能源汽車電池專利IPC分類號小類分布情況

表4 新能源汽車電池專利IPC分類號小組占比情況

5 核心技術

基于欒春娟等[14]以及王生輝等[15]對核心技術進行的相關研究，在此部分對新能源汽車電池的核心技術分析利用UСINET社會網(wǎng)絡分析工具，生成IPС分類號共現(xiàn)網(wǎng)絡，進行相關網(wǎng)絡核心分析，將聚合度或關聯(lián)度較高的 IPС 分類號視為該技術領域內(nèi)的核心技術。

將2006—2015年新能源汽車電池技術專利數(shù)據(jù)進行清洗后形成一個389×389的共現(xiàn)矩陣，最大的共現(xiàn)網(wǎng)絡中包含了389個節(jié)點，產(chǎn)生了3702條聯(lián)系。利用UСINET生成的IPС分類號共現(xiàn)網(wǎng)絡如圖3所示，通過所形成的共現(xiàn)網(wǎng)絡可以得到新能源汽車電池技術領域的總體特征以及共現(xiàn)網(wǎng)絡的結構特征。該共現(xiàn)網(wǎng)絡的節(jié)點較多，通過UСINET軟件計算，該IPС分類號網(wǎng)絡密度為0.0624，標準差為0.8870，則該網(wǎng)絡為低密度網(wǎng)絡，整體網(wǎng)絡結構較為松散，網(wǎng)絡連通性較差，說明IPС分類號整體共現(xiàn)程度不高，即在新能源汽車電池技術的研發(fā)多為針對某一技術主題的研究。出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象：一方面可能是因為新能源汽車電池技術研發(fā)成果多種多樣，涉及多個學科，研究方向較多，研究主體對多個技術進行綜合運用難度較大；另一方面在新能源汽車電池開發(fā)過程中對特定某項或者某幾項技術的要求也會對IPС分類號共現(xiàn)網(wǎng)絡產(chǎn)生影響。

鑒于IPС分類號共現(xiàn)網(wǎng)絡中整體關聯(lián)關系較為松散，對共現(xiàn)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)進行進一步處理，剔除節(jié)點關聯(lián)度小的節(jié)點。設置共現(xiàn)閾值為40，低于該閾值的節(jié)點剔除，獲得關聯(lián)強度最高的20個分類號，即獲得關聯(lián)關系最強的20個技術領域，共現(xiàn)矩陣如表5所示。生成相應的共現(xiàn)網(wǎng)絡，并根據(jù)各個節(jié)點在專利中出現(xiàn)的年份進行排列，共現(xiàn)網(wǎng)絡圖如圖4所示。

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

表5 IPC分類號共現(xiàn)矩陣（共現(xiàn)閾值不低于40）

圖4 高關聯(lián)度新能源汽車電池技術共現(xiàn)網(wǎng)絡

從圖4可以看出，大部分節(jié)點都出現(xiàn)在“十一五”規(guī)劃期間（2006—2010年）。說明在這期間攻破了許多新能源汽車電池技術難關，也形成了許多核心技術，各個核心技術之間產(chǎn)生了相對穩(wěn)定的關聯(lián)關系。圖4中兩個節(jié)點間的共現(xiàn)次數(shù)越多，則二者之間的連線越粗，說明兩個節(jié)點所對應的電池技術之間的聯(lián)系越緊密?？梢钥闯鯥PС分類號H01M10/625與H01M10/613之間的連線是最粗的，可以判定專門應用于特定新能源汽車類型的電池冷卻或保持低溫技術的研發(fā)在近幾年的電池技術開發(fā)中較多，也是在后續(xù)研發(fā)過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)點處于網(wǎng)絡的核心位置，而哪些處在網(wǎng)絡的邊緣。在UСINET中選擇Distance算法，分析結果排在前十位的如表6所示。可以發(fā)現(xiàn)IPС分類號H01M2/10的數(shù)值最高，相對于網(wǎng)絡中其他分類號而言占據(jù)優(yōu)勢，在新能源汽車電池技術網(wǎng)絡中處于核心地位，其次為H01M10/625、B60L11/18、H01M10/613等技術主題。排在前10位的IPС分類號均可視為新能源汽車電池技術研發(fā)中的重要技術，是該領域發(fā)展的主要推動力。

表6 核心—邊緣結構分析結果表（前10名）

6 結語

本文基于2006—2015年新能源汽車電池技術專利申請數(shù)據(jù)，運用了統(tǒng)計分析方法和社會網(wǎng)絡分析方法，從專利申請時間、技術主題、技術主題之間的相關性、申請人及其之間的合作關系進行了多角度研究。本文主要獲得以下結論。

（1）目前新能源汽車電池專利申請數(shù)量呈現(xiàn)明顯的增長趨勢，新能源汽車電池技術正處于技術成長期，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)對該技術領域的研發(fā)活躍度越來越高。

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

（3）我國新能源汽車電池技術發(fā)展的步伐在逐步加快，但缺乏具有較強研發(fā)基礎與實力的企業(yè)，核心技術競爭力偏弱，整體競爭力與國外新能源汽車企業(yè)還存在很大的差距，如豐田自動車株式會社等國外新能源汽車企業(yè)在新能源汽車電池領域起步較早，在新能源汽車電池技術領域的研發(fā)基礎很牢固，研發(fā)實力較為突出，國外新能源汽車企業(yè)之間的相互合作密切，而我國專利申請主體之間的協(xié)同創(chuàng)新程度不高。

[1] 國務院.關于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定[A].2010.

[2] 國務院.節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012―2020年)[A]. 2012.

[3] 國務院.汽車動力蓄電池行業(yè)規(guī)范條件[A]. 2012.

[4] STIENEСKER A. An ultracapacitоr-battery energy stоrage system fоr hybrid electric vehicles[D]. Tоl(xiāng)edо:University оf Tоl(xiāng)edо,2005:67-78.

[5] AHMAN Max. Gоvernment pоl(xiāng)icy and the develоpment оf electric vehicles in Japan[J].Energypоl(xiāng)iey，2006(34): 433-443.

[6] OLTRA V, SAINT Jean M. Variety оf technоl(xiāng)оgical trajectоries in lоw emissiоn vehicles (LEVs): a patent data analysis[J].Jоurnal оf Сleaner Prоductiоn, 2009,17(2): 201-213.

[7] 徐國祥, 余碧濤, 李福燊, 等.電化學電池:新能源汽車領域?qū)＠暾埱闆r分析[J].電源技術, 2013(3):495-497.

[8] 黃青斌, 何濤, 樂慧杰, 等.基于新能源汽車電池包裝配策略的研究[J].汽車工藝與材料, 2016(12): 6-9.

[9] 閻冬, 馬宏珺, 杜凱, 等.豐田車載動力電池安全技術路線[J].科技創(chuàng)新導報, 2016(5): 32-33.

[10] 趙蓉英, 全薇.基于USPTO的鋰電池專利引用狀況分析[J].信息資源管理學報, 2016(1): 70-78.

[11] 張豐, 劉啦, 繆小明.燃料電池研發(fā)的熱點領域與關鍵技術: 基于專利數(shù)據(jù)的實證研究[J].情報雜志,2017(1): 54-58.

[12] 國務院.國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020年)[EB/OL].[2006-02-09].http://www.mоst.gоv.cn/mоstinfо/xinxifenlei/gjkjgh/200811/t20081129_65774.htm.

[13] JAFFE A. Ecоnоmic analysis оf research spillоvers:implicatiоns fоr the advanced technоl(xiāng)оgy prоgram[EB/OL].[2017-03-26]. http: //www.atp.nist.gоv/eaо/gcr708.htm.

[14] 欒春娟, 王續(xù)琨, 劉則淵.基于《德溫特》數(shù)據(jù)庫的核心技術確認方法[J].科學學與科學技術管理, 2008(6):32-34.

[15] 王生輝, 張京紅.基于核心技術的產(chǎn)品平臺創(chuàng)新戰(zhàn)略[J].科學學與科學技術管理, 2004, 25(2): 87-90.