基于专利分析方法的电动汽车技术发展研究

基于专利分析方法的电动汽车技术发展研究内容摘要：

术水平比较分析 西安交通大学电动车研究开发中心 H鲁棒 控制方法在电动汽车驱动、再生制动控制和运动控制系统上的应用研究 清华大学 王瑛 电动汽车微型化、低性能发展和探讨了微型电动汽车的可行性 武汉理工大学 张国方 利用层次分析法对我国电动汽车竞争力建立了分析模型 上汽集团股份有限公司商用车技术中心 张翔 电动汽车、 混合动力汽车和燃料电池汽车的专利数量分布，各国新能源汽车专利数量分布以及国外汽车企业的新能源汽车专利数量分布 3. 电动汽车产业技术发展现状 电动汽车产业发展现状 电动汽车从动力技术上来讲主要包括混合动力汽车、燃料电池汽车和纯电动汽车。 近年来，随着环境污染和能源危机的加剧，世界各国电动汽车的研发方兴未艾。 在电动汽车研发布局中，出现了纯电动车和燃料电池车、混合动力车 “ 三驾马车 ” 并行齐驱的局面，电动汽车正在朝产业化方向一步步迈进。 国外电动汽车发展现状 美国政府至今已出资数百亿美 元支持汽车厂商和相关厂商进行电动汽车技术的开发研究。 美国三大汽车公司 1991 年联合成立了美国先进电池联合体，投入了415 亿美元，其中政府拨款 2125 亿美元，共同开发镍镉、镍氢、锌空气电池、燃科电池等各种高性能蓄电池。 日、法、德等国各大公司也投入巨资研究开发高性能电池。 国内电动汽车发展现状 我国电动汽车的研发与国外在技术水平与产业化方面差距较小。 “ 十五 ” 期间，在国家 863 计划电动汽车重大专项连续两期的滚动支持下，我国在纯电动汽车的核心部件研发、总成集成以及整车系统设计上实现了技术创新和跨越。 自主研发的 55 辆纯电动铿电池汽车、 25 辆混合动力客车、 75 辆混合动力轿车、 20 辆燃料电池轿车，以及 41 辆纯电动场地车等各种新能源汽车。 中国汽车产业调整和振兴规划正式发布，规划中称，将实施新能源汽车战略。 规划中称，推动纯电动汽车、充电式混合动力汽车及其关键零部件的产业化。 掌握新能源汽车的专用发动机和动力模块（电机、电池及管理系统等）的优化设计技术、规模生产工艺和成本控制技术。 建立动力模块生产体系，形成 10 亿安时（ Ah）车用高性能单体动力电池生产能力。 发展普通型混合动力汽车和新燃料汽车专用部件。 另外，启动国 家节能和新能源汽车示范工程，由中央财政安排资金给予补贴，支持大中城市示范推广混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车等节能和新能源汽车。 此外，我国是永磁同步电机中永磁材料 — 稀土资源的大国，稀土储量世界第一将有利于未来降低电动汽车的制造成本。 混合动力电动车是我国目前可以小批量生产、替代燃油汽车、减少废气排放的较现实的电动车。 混合动力电动车的发展也依赖于动力电池的发展，在未来 10 年，混合式电动车在其特定市场范围内的商业化生产将持续增长，增长速度取决于价格因素。 总之，从长远发展趋势来看，我国混合动力电动车将有 长远的市场前景，不过，纯电动汽车和燃料电池汽车在产业化上的优势可能会更大。 电动汽车核心技术领域分析 发展电动汽车必须解决好 3 个方面的关键技术：电池技术、驱动电机及其控制器、能量管理技术。 电池技术 电池是电动汽车的动力源，是能量的存贮装置。 因此在电动汽车上，电池系统是其关键核心部分。 特别是在纯电动汽车上，蓄电池作为其唯一的动力源，所以更加重要。 目前，电动汽车使用的动力电池可以分为化学电池、物理电池和生物电池三大类。 化学电池是利用物质的化学反应发电的电池，按其工作性质分为原电池、蓄电池、燃料电池和储备电池。 物理电池是利用光、热、物理吸附等物理能量发电的电池。 如太阳能电池、超级电容器、飞轮电池等。 生物电池是利用生物化学反应发电的电池。 如微生物电池、酶电池、生物太阳电池等。 目前已经掌握成熟技术的动力蓄电池主要分为：铅酸蓄电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池。 在物理电池研究领域中，超级电容器已经受到广泛的关注。 在生物燃料电池研究领域，一氢和氧化物为燃料的电池的研发已经迈入重要的发展阶段。 电池作为电动汽车的储能动力源，在电动汽车上发挥着非常重要的作用，要评定电池的实际效应，主要看电池的性能 指标。 电池的性能指标主要有电压、容量、内阻、能量功率、输出功率、自放电率、使用寿命等。 目前电动汽车对动力电池的 要求主要有比能量高、比功率大、充放电效率高、相对稳定性好、使用成本低、安全性好等。 电动汽车能量管理系统 定义： 对电动汽车动力系统能源转换装置的工作能量进行协调、分配和控制的软、硬件系统。 能源管理系统的硬件由一系列传感器、控制单元 ECU 和执行元件等组成，软件系统的功能主要是对传感器的信号进行分析处理，对能源转换装置的工作能量进行优化分析，并向执行元件发出指令。 因此，可以说电动汽车能源管理系统的功用是在满足汽车基本技术性能 (如动力性、驾驶平稳性等 )和成本等要求的前提下，根据各部件的特性及汽车的运行工况，实现能量在能源转换装置 (如发动机、电动机、储能装置、功率变换模块、动力传递装置、发电机和燃料电池等 )之间按最佳路线流动、使整车的能源利用效率达到最高。 4. 基于专利分析工具的电动汽车技术发展分析 纯电动汽车技术专利区域分布 分析 首先从纯电动汽车技术的专利区域分布情况来看当前的发展现状。 日本区域专利数量领先于其他国家，数量上占据绝对优势。 但值得注意的是，中国的专利数量排在日本之后，居 于第二，甚至在数量上超过美国专利，而美国、德国和中国在纯电动汽车专利数量上差距并不明显，可以说不分伯仲。 同时可以发现，对于汽车技术领域数百万的专利数据而言，该领域的专利绝对数量较少，这主要是因为纯电动汽车技术的大规模开发刚刚兴起，技术发展还有广阔的发展空间。 图 41 纯电动汽车技术专利区域分布图 图 42 纯电动汽车技术专利区域趋势图 结合趋势图（图 42）来看，可以看到，纯电动汽车专利大部分都是在 90 年代后申请的，之前专利数量不多，而日本专利自 1993 年数量开始大幅增加，并于1996 年达到顶 峰，这表明在 1993 年前后，纯电动车技术实现了突破，而从近年的情况来看，中国和美国专利数量开始增加，特别是中国，专利数量直线攀升，相比之下日本的专利数量已经呈下降的趋势，这表明纯电动汽车技术在中国和美国这两个汽车最大的消费市场的潜力开始显现。 纯电动汽车 关键 技术专利分布 分析 从 下图 图 4图 44 可知，当前纯电动技术主要技术手段为电源管理、电机控制、系统总成、电源类型、驱动系统、传动系统以及其他设备，其中电源管理占据了较大比重。 而纯电动技术相关的功能效果主要集中在稳定可靠、设计合理、安全性好、提高效 率、节约能源、精度高、操作方便上，其中稳定可靠和设计合理占了很大的比例。 由此可见当前纯电动汽车技术侧重的是设计制造的合理、安全、可靠性，而汽车各项性能指标的专利不。