燃料电池机动车辆专利地图分析

1、燃料电池机动车辆专利地图分析2009年1月,通过对燃料电池机动车辆相关的国际专利进行数据采集,得到10,168个专利族,以下主要对国际燃料电池机动专利族展开专利地图分析,以了解该领域的发展规模和技术领域分布。1.发展规模燃料电池各种应用中,机动车辆应用专利是燃料电池各种应用中专利数量最多的一种,专利族总数为10,168个,表明随着能源的紧张以及各国对环境的日益重视,燃料电池在汽车中的应用在近10年间成为国际研发的热点,前景看好。纵观燃料电池机动车的发展,从20世纪80年代初开始有零星的研究,直到90年中期未得到很好的发展。从90年末开始,随着油价的不断攀升以及技术瓶颈的不断攻克,燃料电池机动车

2、技术发展出现了契机,出现了一轮快速持续的增长,这个趋势延续至今。图1 燃料电池机动车年度专利族走势2.发展趋势1技术生命周期一般而言技术的发展需要经过4个阶段:第一阶段为技术孕育期,早期技术萌芽期,企业进入意愿低,专利申请数量和申请人数量均很少;第二阶段为技术成长期,这一阶段产业技术有突破或厂商对于市场价值有了认知,竞相投入发展,专利申请量与专利权人数急速上升;第三阶段为技术成熟期,厂商投资于研发的资源不再扩张,只剩少数继续发展此类技术,且其它厂商进入此市场意愿低,专利申请量专 利 族 数 量优先权专利量公开专利量与专利权人数成长逐渐减缓;第四阶段为技术瓶颈期,产业技术研发遇瓶颈难以突破或此类

3、产业已过于成熟,专利申请量与专利权人数呈现负成长。图2 技术生命周期图 从图2所示,燃料电池机动车经过20世纪80年代初至90年代末的第一阶段技术孕育期后,大致在1997年前后开始进入第二阶段技术成长期,专利数量和申请人数量大幅攀升,在进入21世纪后,专利数量增长更为迅猛。目前有进入第三阶段技术成熟期的迹象,专利数量仍在高速增长,但专利申请人数量开始减少,反映了竞争趋于激烈,市场进入开始门槛提高,小型企业逐渐被购并或退出市场。 2基于机构活跃度的专利数量分布图 3 基于机构活跃度的专利数量分布图199819991990-1997200020012002200320042005图3中,每块扇形用

4、不同颜色加以区分,代表每一类企业申请专利数量之和。图中可以看出,拥有100篇以上的企业共13家,他们专利的总量为占到燃料电池汽车领域相关专利的46%;而拥有专利量为1-5篇的小型企业数量为2100多家,超过了企业总数的85%,但他们专利总量仅占19%。显示了专利技术被大型企业所拥有,反映出技术开始进入成熟期。3 研发趋势 图4a 技术发展趋势 图4b研究人员发展趋势 图4a和图4b中可以看到,燃料电池机动车技术在上世纪90年代中后期出现了快速发展,新技术专利不断涌现、原有技术专利数量持续快速攀升,与此同时,相应新增研发人员数量快速增长。尤其是在90年代末至21世纪初这段时间,新技术开始快速增长

5、,新增研发人员则持续数年超越了原有研究人员,反映该阶段燃料电池机动车产业研发增速,企业纷纷扩大研发团队,投入产业技术开发之中。21世纪初至今几年间,技术和研究人员发展仍保持强劲的增长势头,没有迹象表明这一趋势将会减缓或回调,预计随着技术的不断成熟,新专利技术与研发人员的增长将趋于平稳,而专利数量总体增长势头仍将持续。3. 技术领域1主要技术领域专利分布图5为燃料电池机动车主要技术领域研究热点分布。我们该图的制作上,选取排名前100位的德温特手工代码进行合并,这些手工代码涉及的专利族记录占燃料电池专利总数的80%。我们把类似含义的手工代码合并去重,重新排序并去除大类的手工代码(如X21-B21A

6、牵引用电池、X21-A01F电动汽车、X21-A01J燃料电池汽车、L03-E04燃料电池等后,绘制技术领域分布图。图中我们看到,控制、燃料制备存储、质子交换膜燃料电池、电极等技术为国际上燃料电池机动车产业最为关注的技术。此外外壳、堆、密封、电池加热冷却、双极板、膜电极组件、催化剂、电解质等技术也排列据前,是国际研发的热门领域。质子交换膜燃料电池技术显然是机动车应用中所采用的主要燃料电池技术,固态氧化物燃料电池技术在机动车中有少量应用。图5 主要技术领域专利族分布2主要技术领域专利族年度分布4048247617861122661658590425409371190050010001500200

7、025003000350040004500控制燃料制备、存储PEMFC电极外壳、堆、密封电池加热、冷却双极板膜电极组件催化剂电解质SOFC图6 主要技术领域专利族年度分布在主要技术领域专利分布图基础上,我们进一步对主要技术领域进行年度走势分析(图6,可以发现燃料电池机动车各类关键技术近些年的发展速度各不相同。控制技术从90年代末开始快速发展,势头延续至今,其发展速度远远超过其他技术。同期,燃料制备存储、质子交换膜燃料电池技术也在高速发展,发展速度略逊于控制技术。电极技术到了2000年左右出现快速发展,势头较为强劲;外壳、密封、膜电极组件、催化剂技术在2002、2003年开始出现发展增速。而双极

8、板、电池加热冷却技术发展较为平缓。 3技术研发热点演进以专利分类的方法制作技术领域的重点和热点分布图,无论是采用IPC 分类还是采用德温特分类,都有一个共同的局限性,那就是先有技术再会有分类,分类总是滞后于技术的发展。我们使用Aureka 基于文本挖掘技术的产业技术热点和重点领域的分析可以克服这一缺陷。图7a 中,我们以所有燃料电池机动车相关的专利绘制了技术研发重点领域分布图,图中等高线山脉表示为国际技术研发重点,其重要程度用颜色加以区分,由浅咖啡色、灰色到白色,依次增强。由此我们可以看出,燃料电池机动车应用领域中,国际上对质子交换膜、电池、阀门、催化剂、双极板等技术领域进行了重点研发。997199819992000001023010020