混合动力汽车总成系统技术专利分析和预警研究报告(1)

-混合动力汽车总成系统技术专利分析和预警研究报告混合动力汽车(Hybrid Power Automobile)是指由两个或多个能同时运转的单个驱动系联合组成的汽车，汽车的行驶功率依据实际的行驶状态由单个驱动系或多个驱动系共同提供。国外对混合动力系统的商业化推广进行较早，日本、美国、欧洲的各大汽车厂商均有其自身的技术路线及产品。国内外对混合动力汽车的研究热点主要放在油-电混合式的混合动力电动汽车（Hybrid Electric Vehicle,HEV），目前的主流HEV技术路线大致可分为4类：基于功率分流式单模式混联系统（如丰田THS系统）、基于功率分流式双模式混联系统（如通用Dual-Mode系统）、典型并联系统（如本田IMA系统）、基于传统变速器的混合动力系统（如大众P2系统）。丰田和本田是HEV生产的两大巨头，其中，丰田混合动力汽车普锐斯的销售约占全球70%的份额。为了解混合动力汽车的总成系统现有专利情况和发展趋势，帮助我市相关企业掌握混合动力汽车的总成系统的重要关键技术专利布局、技术空白、专利风险障碍等影响产业发展的专利相关因素，提高技术创新的研发起点，寻求技术发展空间，防范可能存在的专利风险，更有力地参与市场竞争，我局针对混合动力汽车的总成系统进行了专利预警分析，主要分析情况如下：一、混合动力汽车的总成系统全球专利分析如图1所示，经检索统计，目前全球混合动力汽车的总成系统相关专利共计190058件。混合动力汽车的总成系统技术始于20世纪90年代，之后进入平稳增长期，从2010年开始进入快速增长期，从1995年的年申请量4445件增到2012年的16233件，增长了三倍多，并在2012年达到巅峰。(2014-2015年专利数量较少，这与专利信息未公开或信息更新滞后有关，需等数据稳定后再行分析。后续数据均有此现象。)图1 全球专利申请发展趋势1、全球相关专利申请高度集中全球混合动力汽车的总成系统相关专利高度集中，该领域相关专利申请重点区域为中国、美国、日本、欧洲和韩国。如图2所示，中国地区相关专利申请量高居第一位，申请量高达64726件，为全球该领域的市场最大热点。美国仅次于中国，专利申请件数也超过了5万件，其后依次为日本、欧洲与韩国。在这些国家中，虽然日本排名不是第一位，但日本的混合动力汽车的总成系统技术发展较早，在1995年的专利申请量就达到2141件，占当年全球申请量的48.16%，且历年来的专利申请量一直保持在2000件左右，发展相当稳定。图2 全球专利申请地域分布2、日本企业独领风骚如图3所示，在全球申请人排名中，日本的丰田排名第一，申请量达9473件；第二、三、四名分别是日本的本田、韩国的现代自动车株式会社和美国的通用汽车，申请量也都超过了5000件；中国没有企业跻身前十七名。从申请人的排名可知，前十七位的企业中，日本企业占十家，说明日本企业在该领域占有较大优势，主要是由于日本的汽车工业发达，汽车的制造与零部件的开发方面都有极好的基础，有利于混合动力汽车的总成系统技术的研发。此外，日本国土面积小，资源特别是能源匮乏，所以在节能性好的混合动力汽车的研发方面有强烈的需求。图3 全球专利申请人排名3、研发热点关注传动装置如图4所示，在混合动力汽车的总成系统技术中，F16H（传动装置）相关专利申请最多，申请量共计33496件，传动装置为该领域的全球研发最热点。其次是F16D（离合器）、B60K（两个以上不同的原动机的布置或安装，辅助驱动装置）与B60W（专门适用于混合动力汽车辆的控制系统），这几个领域专利申请都在10000件以上。传动装置是指将原动机的动力和运动传递给车轮的装置。由于混合动力汽车具有电机和发动机两个动力源，所以混合动力汽车的总成系统中传动装置也较传统的传动装置复杂的多，而且该传动装置结构对混合动力汽车的驱动方式与驱动效率有重要影响，所以传动装置是全球研发最热点。图4 全球专利申请IPC分类排名二、混合动力汽车的总成系统中国专利分析1、发展趋势与全球一致，目前处于上升期如图5所示，中国的专利申请与全球的发展趋势相似，从2002年起迅速攀升，到2013年达到最高点，年专利申请量从1133件增加到8650件。这与中国目前处于能源危机、需要减少环境污染的大环境密切相关，为减轻对原油的需求量，降低对原油的进口依存度，减轻生态负荷，降低对环境的污染，国家大力鼓励发展新能源汽车，出台各种政策促进新能源汽车发展。图5 中国专利申请发展趋势2、中国相关专利申请分布分散，国外申请人抢先布局混合动力汽车的总成系统中国专利相关专利申请共计64726件。如图6所示，从申请人排名来看，申请人排名前十的申请总量只有7960件，仅占中国相关专利申请总量的12.2%，申请人分布较为分散，且申请人排名前十的申请人只有一个为国内申请人，可见国外企业抢先在中国进行专利布局。美国的通用汽车公司排在首位，达到了2178件；其次是日本的丰田，达到了1334件，然后是福特、现代、本田三家公司，在中国拥有超过600件专利；中国企业中排名最高的为吉利汽车，拥有558件专利，排名第六，另一家在国内混合动力领域占有重要地位的企业重庆长安汽车股份有限公司，拥有239件专利，位于第二十二位。图6 中国相关专利申请人排名3、地区分布集中在沿海等相对发达地区在中国地区分布中，如图7所示，江苏与浙江的相关专利申请量最多，都在5000件以上；其次为广东与山东，专利申请量在3500件以上；北京、重庆与上海也达到2700以上；湖南的专利申请数量为1380件，位于各省市中第11位。综上可知，混合动力汽车的总成系统技术在中国大陆的发展状况与各地的经济状况相关，经济发达的省市，其技术水平高，相关专利申请量较大；特别是在沿海地区，由于国外技术引进更为方便，再结合当地的经济水平，这些地区的专利申请增长迅速，具有地区优势。图7 中国各省市专利申请地域分布三、中国市场竞争对手分析混合动力汽车的总成系统技术的研发在全球正处在一个快速增长的阶段，其中中国地区的相关专利申请量高居第一位，2013年中国区相关申请量达到8650件，达到全球当年相关申请量的58.41%，为全球在该领域的市场最大热点。同时，全球混合动力汽车的总成系统技术排名靠前的企业纷纷在中国地区进行重点专利布局。纵观中国地区的相关专利的申请人可知，国外相关企业在专利申请量远超过国内企业，国外企业中，丰田、本田、通用在中国地区专利申请量排名靠前，国内企业中，吉利汽车是国内企业中唯一一家研究强混车型的企业，中国长安汽车是中国四大汽车集团之一。因此，对这5家企业进行比对分析。1、日本丰田和本田领航整个行业 重视海外布局丰田与本田汽车为代表的日本混合动力汽车企业，拥有全球最先进、最成熟的混合动力技术。丰田在混合动力汽车的总成系统技术方面共拥有9473件专利申请。如图8所示，从申请趋势来看，丰田进入该领域时间很早，在1995年就达到200件以上的年申请量，2001年起，丰田在该领域进入快速发展期；在2010年丰田全球专利出现一个低谷，这与2009年末的丰田大规模汽车召回事件有很大关系。从申请地区分布来看，丰田在日本地区申请的专利最多，共4746件，其次是美国的2196件，这与丰田混合动力汽车最大的市场是日本和北美情况相一致。其在中国与欧洲分别拥有1334件和1101件，中国作为近年来混合动力汽车发展最迅速的国家，丰田越来越重视中国市场。如图9所示，本田在混合动力汽车的总成系统技术方面共拥有6357件专利申请。本田在1995年就达到170件以上的年申请量；1999年开始，专利申请量开始平稳增长，并在2002达到一个小高潮（有些地区为2003年）；2006年起，本田在该领域进入快速发展期，年专利申请量从280件上升到2012年的498件。从地区分布来看，本田在日本地区申请的专利最多，共2626件。其次在美国有1990件，本田的混合动力汽车在美国的销量甚至超过了日本本土。在欧洲拥有1032件，排名第三；在中国拥有649件，排名第四。从技术领域分布来看，丰田、本田在中国混合动力汽车的总成系统技术主要集中在控制系统、传动装置和两个以上不同的原动机的布置或安装。以丰田为例，丰田在混合动力汽车的内燃机、电动力单元以及变速传动装置的联合控制具有突出优势。丰田公司作为世界上第一个大规模生产的混合动力汽车的企业，其混合动力汽车思路是在传统内燃机车上加入电动单元，通过控制系统的改进实现了混合动力汽车能量控制策略的最优化，并率先完成了混合动力汽车的控制系统的专利布局。中国企业在混合动力总成的研发上为了绕过丰田公司在控制系统方面的壁垒，可以通过专利许可或购买专利等方式获得技术，同时将研发的重点转向其他重要方向，如传动装置与离合器以便取得主动权。图8 丰田在主要国家或地区专利申请趋势图图9 本田在主要国家或地区专利申请趋势图2、美国通用混合动力汽车的总成系统技术起步晚，但发展速度很快通用汽车在中国与美国的专利申请人排名中都位于首位，其开发的双模式（Dual-Mode）混合动力系统，位于世界领先水平，为混合动力最主流的技术之一。通用在混合动力汽车的总成系统技术方面共拥有5035件专利申请。由图10可知，通用主要关注在美国与中国布局，分别拥有2683件与2178件专利，其余地区如欧洲、韩国与日本布局很少，通用公司在中国混合动力汽车的总成系统技术专利申请量是最多的，且主要集中在传动装置（989件），通用在该领域的研发核心内容为“在混合动力汽车辆的传动装置中，用于以可变速比传送旋转运动或用于使旋转运动换向的齿轮传动装置”。通用公司在混合动力的研发中，非常重视通过调节变速比来达到能量运用的最优化，为了实现理想的变速比，特别开发了独用的变速器结构8速混合变速器。图10 通用在主要国家或地区专利申请趋势图3、吉利、长安领先国内其他企业浙江吉利控股集团有限公司（吉利汽车）在混合动力汽车的总成系统领域共拥有中国专利558件专利，是国内企业在该领域申请专利最多的。吉利的混合动力技术主要集中在传动装置（149件）、两个以上不同的原动机的布置或安装，辅助驱动装置（128件）、离合器以及专门适用于混合动力汽车辆的控制系统。吉利在该领域的研发核心内容为“在混合动力汽车辆的传动装置中，靠控制变速或换向传动装置内的功能而传送旋转运动”。与本田相似，吉利的技术路线是通过控制变速或换向传动装置来传送动力的。中国长安汽车集团股份有限公司（长安汽车）是中国四大汽车集团之一。长安在混合动力汽车的总成系统领域共拥有中国专利239件专利。长安的混合动力技术主要集中在两个以上不同的原动机的布置或安装（34件）、离合器、以及专门适用于混合动力汽车辆的控制系统，长安在该领域的研发核心内容为“两个以上不同的原动机的布置或安装中，以电动机或发电机为特征”。不同于丰田公司的混合动力汽车是以内燃机为基础，长安的混合动力汽车是以电动车的方向来开发混合动力汽车，所以在长安的混合动力汽车总成系统相关专利中，特别重视电动机或发电机为特征的原动机布置与安装。四、混合动力汽车的总成系统长沙专利分析1、长沙市相关专利申请少，起步晚湖南在该领域的专利数量仅拥有1380件专利，在全国各省排名为仅第十一位，占中国相关专利总量的2.1%，长沙市混合动力汽车的总成系统技术相关专利申请有642件，占全省申请量46.5%。可见在全国范围而言，湖南和长沙地区相关专利申请量均较少。长沙进入混合动力汽车的总成系统技术领域研究相对较晚，2005年才开始进入该领域，且起步研究比较零碎，没有形成规模，数年年申请量不足20件。从2011年才开始进入平稳发展时期，年申请量达到47件。如图11所示，从技术领域分布来看，长沙市混合动力汽车的总成系统技术在传动装置专利申请最多，有134件，这与全球研发热点相同。但在专门适用于混合动力汽车辆的控制系统领域相关专利比较少，说明长沙市在混合动力的控制系统研发方面存在不足。图11 长沙专利申请IPC分类2、企业参与度不高在长沙申请人排名中，科力远混合动力技术有限公司（CHS公司）排名第一，申请量为62件。排名第二、三分别为湖南大学和湖南农业大学，申请量分别为45和40件，这些高校等研发机构以理论研究为主，在技术的市场化方面存在先天的短板。在企业申请人中，三一、中联等大型企业虽然在该领域有一定的申请量，但由于企业发展的重点并不在混合动力领域，无法在该领域产生足够大的影响，江麓等其他几家公司主要为混合动力车厂提供传动等部件，无法形成系统完善的混合动力汽车的总成系统研究。科力远混合动力技术有限公司兼具吉利汽车与科力远新能源两大公司的特点，其在混合动力汽车的总成系统技术相关专利件数为62件，是长沙在该领域拥有专利最多的公司。CHS公司与其他公司一样，以两个以上不同的原动机的布置或安装，辅助驱动装置作为研发的重点，同时用于直接转变化学能为电能的方法或装置上也具有很强的研发能力。在研发过程中，CHS公司将混合动力汽车分流系统中涉及机电耦合动力箱机械系统开发、电机系统开发以及控制系统开发、动力电池及其管理系统开发等方面的技术作为关键技术进行攻关。五、对策与建议针对上述分析的情况，对长沙混合动力汽车的总成系统发展提出以下对策：1、整合产业平台从上述分析可以看出，长沙的混合动力汽车的总成系统领域内的相关单位存在多样性，企业、高校、科研机构各自为战，而且长沙的企业在混合动力汽车的总成系统的研发能力上要弱于高校与科研机构，研发的方向也存在着一定的随意与盲目性，很多项目存在着重复开发或是无人研发的情况。如果可以将这些单位整合在一起，搭建起企业与企业、企业与高校之间的混合动力汽车的总成系统研发平台，共同开发混合动力汽车的总成系统，不但可以大大增强长沙在该领域的研发实力，同时，也可以减少重复研发产生的浪费。由于自身实力与企业定位的问题，长沙大多企业只在混合动力领域的一个方面进行研究，例如，CHS公司侧重于混合动力分流系统中涉及机电耦合动力箱机械系统开发、电机系统开发以及控制系统开发、动力电池及其管理系统开发等方面的技术，而江麓等公司则在传动装置中相关部件有一定的研究，三一在汽车制造方面有很强的实力。如果可以加强这些有一定研究基础的企业间的技术合作，将各企业的优势集合起来，将有利于混合动力汽车的总成系统总体技术的发展。2、加速关键技术分支的发展鼓励关键技术分支的发展，混合动力的控制系统研发方面作为该领域的重要技术分支，外国企业在该领域技术领先，但长沙企业在该技术领域技术严重缺失，可以在已经处于现有技术专利的基础上，适当提升专利研发的深度和宽度，形成一定的自主知识产权，并通过专利交易或许可等方式获得技术。同时也要发展本地的长处，长沙市混合动力汽车的总成系统技术传动装置的专利申请较多，可以将该技术领域作为重点突破方向，打造长沙特色。3、开拓新兴海外市场，抢先布局虽然欧美日韩发达国家或地区的混合动力技术发展水平很高，但仍有大量欠发达地区，混合动力汽车的总成系统技术水平不足，在这些地区开拓市场，依托中国制造业的进步，比较容易获得成功。在明确先进企业的发展方向后，可以抢先在其未进入的区域进行专利布局，如CHS公司在大力发展采用吉利的双ISG电机、双行星排和ECVT的技术路线的总成系统外，可以抢先在动力电池包生产技术与汽车动力电池管理系统，如用于直接转变化学能为电能的方法或装置领域，及电池包与总成系统的结合方面进行布局，取得战略上的优势。4、强化专利布局企业在研发的过程中要注重专利的申请，在形成核心专利后要积极促进专利的布局，有效的保护好自己的技术，同时也可以与其他企业进行专利的相互交流，进行专利许可，组建相关专利池，可以进一步促进混合动力汽车的总成系统技术的保护与发展，在面对国外先进企业的竞争时，也可以有足够的实力去应对。 附表：重要市场主体的关键专利分析表专利申请号权利人专利名称技术领域比对分析结论同族数量CN200710161965.9丰田混合动力汽车辆用动力输出装置动力输出装置、汽车以及用于控制动力输出装置和汽车的方法本技术在动力输出装置中增加了，动力要求设定单元、目标动力设定单元、驱动限制实施单元、校正单元以及控制单元5 CN02147134.7丰田具有变速箱的混合动力汽车驱动系统和操作方法用于混合动力汽车的驱动系统该系统通过使用内燃机和电动机的组合来驱动车轮本技术与现有技术相比，变速箱处于不同的连接位置20CN200780049675.3丰田混合动力汽车辆及其控制方法具有分别能够输出行驶用的动力的内燃机和电动机的混合动力汽车辆及其控制方法相比现有技术，本技术实现驾驶者能够任意选择是否尽量继续内燃机的停止状态而提高了燃料经济性5CN200710161965.9本田双离合器式变速器与车辆等发动机连接设置的双离合器式变速器本将变速器壳体固定在所述轴承上，能对变速器的有效动作