專利網絡下的新能源汽車共性技術識別研究

石琴

摘 要：為識別我國新能源汽車領域共性技術，全面了解行業研究現狀和未來發展趨勢，為新能源汽車領域技術創新提供決策基礎。提出一種基于技術生命周期的共性技術識別框架，從技術生命周期、熱點技術領域、共性技術識別等方面對新能源汽車專利技術進行分析。結果表明：我國新能源汽車專利技術正處于快速成長期；技術熱點主要集中在電池應用相關技術、供電裝置、控制裝置、測試裝置、智能終端及多種技術融合發展等領域；共性技術集中于供電配電裝置、電動車輛動力裝置、電能轉換裝置、車輛駕駛控制系統四大領域。我國新能源汽車產業穩步快速發展，共性技術發展潛力巨大，并從發展階段、熱點領域及共性技術層面提出我國新能源汽車領域攻克共性技術的政策建議。

關鍵詞：技術生命周期 知識網絡 共性技術 新能源汽車產業

1 引言

共性技術[1]是民族工業可持續發展的基石，決定其能否獲得競爭先機，若缺乏共性技術的支撐，縱使外圍技術有所突破，往往也不能在產業層面實現獨特的創新。我國大力支持共性技術的研發[2]，并將其納入發展戰略之中。二十大報告[3]、《產業關鍵共性技術發展指南（2017）》[4]和《“十四五”能源領域科技創新規劃》[5]等政策都明確的將共性技術的突破創新作為支持的重點，這極大反映了共性技術研究在產業創新中的關鍵作用。

在“碳達峰、碳中和”目標、生態文明建設和“六穩六?！钡目傮w要求下，我國能源產業面臨著保安全、轉方式、調結構、補短板等嚴峻挑戰，發展新能源汽車產業，是全球應對不斷升級的能源危機和環境問題所做出的戰略抉擇，也是實現我國“雙碳”目標的必然需要[6]。但目前我國新能源汽車面臨著核心技術仍存短板、自主創新能力不足等“卡脖子”問題，對科技創新的需求比以往任何階段都更為迫切。如何把握全球低碳發展目標下的新能源汽車產業發展機遇，突破制約產業技術創新的瓶頸，是當前必須要解決的關鍵問題之一。因此，有必要對產業共性技術作進一步的研究。作為共性技術動態創新發展的初始階段，共性技術識別對共性技術進一步的研發與應用有直接影響。因此，如何有效識別共性技術，推動新能源汽車產業高質量發展亟待解決。

隨著技術愈發復雜細化、數據量愈發龐大，共性技術識別需要更精準的識別手段，而目前共性技術識別的研究多處于定性分析[7][8][9]，且現有識別共性技術的方法未能清晰解釋技術演進趨勢而存在局限性。技術生命周期能有效的描述技術的發展軌跡[10][11]，知識網絡分析[12]可以清晰的展現某領域的研究主題和熱點領域。少有文獻將兩種方法相結合，從技術發展趨勢中去識別共性技術。專利[13]囊括了最完整、最系統的技術信息資源，同時也是分析技術發展趨勢的重要可靠來源。如何利用專利中的技術信息，識別新能源汽車領域的共性技術，掌握我國新能源汽車專利技術的發展現狀和趨勢，對我國新能源汽車產業高質量發展具有重要參考意義。

為此，本文將以新能源汽車為研究對象，結合技術生命周期和知識網絡分析方法對新能源汽車共性技術進行識別研究，突破“三電一控”局部分析新能源汽車技術預見的桎梏，構建了“技術生命周期——技術演進方向——共性技術識別”系統的分析框架，以期辨析和識別新能源汽車的研發熱點和共性技術，有助于制定更科學高效的新能源汽車產業專利技術戰略規劃，培育新能源汽車產業發展的新增長極。

2 數據來源

專利的主要類型是發明專利、實用新型專利和外觀設計專利，發明專利是三類專利中技術含量最高的，主要應用于高技術領域[14]。因此，對發明專利的分析可以更好地反映該領域的研究和技術發展狀況，研究結果也更具現實指導意義。

本文采用國家知識產權局數據庫作為數據源，基于相關文獻的關鍵詞設置[12][15]，經過專家討論，以“新能源汽車、純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車、天然氣汽車、新能源汽車電池、充電樁、新能源電動汽車、充電裝置、動力電池、電池箱”作為新能源汽車的最終檢索關鍵詞，以此構成數據研究樣本。

3 新能源汽車共性技術識別分析

3.1 新能源汽車技術發展階段識別

在S曲線應用中，高技術領域多使用Logistic曲線，符合本文研究對象。擬合公式如下：

其中，L、a、b均為常數，t為時間，y為專利累計授權量。

學者通常使用Loglet Lab軟件來計算Logistic生命周期曲線。測算結果由三個參數組成：飽和點Ys，即預測專利累積數量的最大值；成長時間tg，即某成長期與成熟期所需要耗費的時間；轉折點tm，即該臨界點上技術效用增長率達到最大值，并在此點之前持續上升，該點之后逐步降低。通過對公式求導計算得到：萌芽期與成長期的分界點，成長期與成熟期的分界點t2=tm，成熟期與衰退期的分界點。

我國新能源汽車的相關專利于1986年首次記載[16]。由于專利申請和授權之間存在一定的時滯，本文選取1986-2021年的專利授權數據用于技術生命周期分析。利用Loglet Lab4軟件對專利的累計授權量進行S曲線擬合，得到新能源汽車技術生命周期的各詳細參數擬合值，如表1所示。

由表1可知，我國新能源汽車技術的成長期與成熟期所需要的總時間為22年，轉折點發生在2030年，專利累積授權量有望達到51582件。圖1為新能源汽車發展態勢圖，橫軸為時間、縱軸為累計授權量，擬合部分是實線、預測部分是虛線。結合表2可知，從1986-2018年，我國新能源汽車專利技術還處于第一階段技術引入期，專利授權量的增長較為緩慢；2019年-2030年是成長期，專利授權數量大幅增長，新能源汽車在相關技術創新進展上有所突破；從2031年之后預計開始進入成熟期，新能源汽車具備較高的技術創新和產業化水平，專利授權累計數量將依舊呈現持續增長趨勢；在2043年之后，將步入衰退期，專利授權量逐年下降。但值得注意的是，當一個產業的專利技術進入衰退期，并不意味著該產業也進入了蕭條階段。技術生命周期發展規律一般遵循S曲線，當發展到了一定程度，僅靠技術的不斷優化已經不能滿足發展的需要，技術進步需要引入顛覆性技術，顛覆性技術在此暫不作討論。從技術創新的生命周期來看，我國新能源汽車產業正從研發階段進入擴散階段，未來10年被認為是新能源汽車產業發展最關鍵時期，我國已明確表示，電動化轉型是新能源汽車發展的一個重要方向，到2035年汽車產業將實現此目標。

根據本文中提出的技術生命周期階段劃分究竟是否合理？通過查閱相關文獻和資料得到相對可靠的輔助驗證。

首先，是通過查詢2021年全球新能源汽車行業技術全景圖譜，該報告指出全球新能源汽車行業專利申請人規模及專利申請數量，于2010-2020年間呈現快速上升的態勢?？傮w而言，新能源汽車技術在全球范圍內迅速發展。

其次，是通過追蹤我國新能源汽車的產銷量，已經連續七年居世界第一，我國已經成為全球新能源汽車強國，說明我國新能源汽車在規模、質量上均已進入快速發展的新階段。

最后，在電池領域，國內企業寧德時代自2017年以來一直引領全球動力電池市場，比亞迪的市場份額也在不斷增加。在全球前十大動力電池企業中，我國企業占據了一半的市場。鋰電池作為新能源汽車的核心，其技術創新取得了突破性的進展。依據2022年世界動力電池大會發布的數據，中國已擁有一個完整的產業鏈，囊括基礎材料、電芯單體、電池系統、制造裝備。三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池的系統能量密度居國際前列。

3.2 基于VOSviewer的技術演進方向分析

為明確新能源汽車的細分熱點技術領域，以共現頻次大于30的技術領域（IPC小組）為分析對象，采用VOSviewer軟件繪制密度圖和時間圖，密度圖中的顏色代表頻次，顏色越紅，出現的頻次越高，而顏色越綠，它出現頻次越低；時間圖中的不同的顏色對應于節點出現的不同年份，顏色越藍，節點出現得越早，顏色越黃，節點出現得越晚。

本文繪制的新能源汽車產業熱點技術領域密度圖見圖2。圖譜描繪了處于周邊的低密度技術領域和處于中心的高密度技術領域區，換言之，密度較高的技術領域受關注程度較高，且是連接其他節點的重要橋梁。由圖2可知，H02J7/00、H02J7/02、H01M10/44、H01M10/625、H01M10/613、H01M10/42、H01M2/10、B60L11/18、B60L53/31、B60L53/16、B60L3/00、B60W10/08、B60W20/00、B60K1/04、G01R31/36等技術領域處于核心位置，這說明充電裝置（H02J7），電池（H01M10、H01M2、B60L11、B60L53、B60L3），控制技術（B60W10、B60W20），車輛動力裝置或傳感裝置的布置安裝（B60K1），測試裝置（G01R31）等技術領域是新能源汽車產業技術研發熱點。其中電池組充電或去極化裝置（H02J7/00）的顏色最深，表明電池供電技術是新能源汽車技術研究的熱點。

新能源汽車技術領域共現時間圖如圖3所示，圖中描述了新能源汽車技術研究熱點演變趨勢，由圖可知，2015年之前，新能源汽車技術領域為B60L11/18、B60W20/00、G03G15/02、G03G21/18、G03G16/16等，側重對電動車輛動力裝置（B60L）、車輛子系統的聯合控制（B60W）和記錄裝置（G03G）的研究。2016-2019年技術領域為B60L15/20、B60W10/08、B60W10/26、H02J7/00、H01M10/44、H01M2/10、H01M10/058、H01M4/36、H01M10/0525、H01M10/54、G01R31/00、B60K1/04、B60K6/36、G09G3/36等，研究主要聚焦于電動車輛動力裝置（B60L）、車輛子系統的聯合控制（B60W）、供電或配電的電路裝置系統（H02J）、電能轉換裝置（H01M）、測量電變量和磁變量裝置（G01R）、動力和傳感裝置的布置安裝（B60K）、控制的裝置或電路傳輸數據的裝置（G09G）。2020年之后，技術領域轉變為B60L53、B60L58、B60W20、H02J50、H01M10、H01M50、G01R31、B07C5、B08B3、E04H6、G06Q10、H02S20、H01R13等，表明新能源汽車專利技術研究進一步聚焦電動車輛動力裝置（B60L）、車輛子系統的聯合控制（B60W）、供電或配電的電路裝置系統（H02J）、電能轉換裝置（H01M）、測量電變量和磁變量裝置（G01R）、分選裝置（B07C）、清潔方法（B08B）、停放汽車的建筑物（E04H）、監測處理系統（G06Q）、光伏模塊的支撐結構（H02S）、導電連接裝置集電器零部件（H01R）。其中車輛電池應用（H01M10/625），電池加熱和保溫（H01M10/615），電池零部件或制造工藝（H01M50/249、H01M50/244），電池充電方法（B60L53/66、B60L53/16），B60L58/10（監控或控制電池或燃料電池的方法或電路），G01R31/367（電池測試裝置）所處的節點更大，說明這些技術領域近期發展迅猛，是新能源汽車的新興技術領域?？梢钥闯?，電動車輛動力裝置（B60L）、車輛子系統的聯合控制（B60W）、供電或配電的電路裝置系統（H02J）、電能轉換裝置（H01M）、測量電變量和磁變量裝置（G01R）等技術領域是新能源汽車產業的研究熱點并可能未來一直持續成為研究熱點，并且近些年智能終端方面如車輛監測系統（G06Q）、車輛保養技術（B08B）等技術也體現了我國新能源汽車行業不斷向智能化的邁進。

近年來技術研發熱點主要集中在電池應用相關技術、供電裝置、控制裝置、測試裝置等相關技術領域，并以智能終端、應用技術為擴展方向并與其他技術領域如光伏領域技術融合發展，這些研究領域發展迅速，有望成為未來的關鍵核心技術。

3.3 新能源汽車領域共性技術識別分析

共性技術指的是在產業發展過程中最先被應用的技術[17]，其溢出效應十分明顯，技術創新和研究活動往往會延伸到其他產業或者技術領域進行?；仡櫹嚓P文獻后，本文分別從“中心性”、“基礎性”、“核心性”[18]來識別共性技術。

3.3.1 中心度分析——中心性

度中心度指數表征了知識基礎網絡中，某技術領域與其他技術領域構建關聯的情況，可用來評判知識基礎網絡中各技術領域的網絡影響力和重要性，指數越大則說明愈來愈多的技術領域與該技術直接關聯，擁有較高的核心影響力。接近和中介中心度說明了某項技術控制網絡中各種與其他技術領域之間關聯關系的能力。該指標的值越高，說明該技術領域接近網絡中的其他節點和獲取各類信息資源的機會越大。

采用UCINET軟件對知識網絡各節點的中心度進行分析，表3列出了1986-2021年按照各技術領域的度大小排名前二十位的節點。技術領域具有較高的中心度表示有較多的技術領域與其直接相關，該技術領域在知識網絡的影響力較高，是新能源汽車領域的具有中心性的共性技術，具有很高的研究意義。

供電配電裝置（有光敏電池的H02J7/35、電管充氣選擇H02J7/02、電池組向負載供電裝置H02J7/00），電能轉換裝置（車輛電池應用H01M10/625、電池加熱或保溫H01M10/615、電池冷卻或保持低溫H01M10/613、測量或指示電池情況H01M10/48、充電放電方法H01M10/44、使用或維護二次電池方法及裝置H01M10/42），混合動力車輛的控制系統（B60W20/00），電動車輛動力裝置（響應于電荷狀態B60L58/12、電池的監控和控制B60L58/10、充電站的監控或控制B60L53/60、電動車輛充電樁B60L53/31、充電站的結構特征B60L53/30、導電電能傳輸B60L53/14、蓄電池供電B60L50/60、電動車輛安全用電裝置B60L3/00、電池供電技術B60L11/18），動力裝置蓄電池（B60K1/04）等技術領域的度中心性、接近中心度和中介中心度均位于前20位，主要涉及了五個小類，分別是供電或配電的裝置系統（H02J）、電能轉換裝置（H01M）、車輛駕駛控制系統（B60W）、電動車輛動力裝置（B60L）、車輛動力裝置或傳感裝置的布置安裝（B60K），這五個是具備中心性的共性技術領域，通過與其他技術領域的融合帶動了整個新能源汽車技術領域的發展。

3.3.2 結構洞分析——基礎性

結構洞是指兩個節點或組間的空隙，它們似乎沒有直接的聯系，而間接地，它們似乎沒有冗余關系，所以它們之間的空隙就是一個結構洞。結構洞指數反映節點技術領域位于結構洞的概率性，指數愈大，意味著該技術更有概率位于結構洞中，更容易獲得異質性資源，競爭能力和創新能力就越強。有效規模、效率、限制度、等級度這四個指標常被用來測算結構洞。

采用NSS2.2軟件[19]對專利數據的處理分析，結果表明，這些IPC分類號共涵蓋10763個不同技術領域，本文挑選共現頻次在20以上的技術領域（共505個），利用軟件構建共現矩陣，并借助ucinet進行結構洞分析，得到有效規模、效率、限制度、等級度四個指標的數值，選擇有效規模最大的20個技術領域，并按大小進行次序排列。

表4展示了新能源汽車各技術領域結構洞數值，由該表可知，數值最大的10個技術領域分別為H02J7/00、B60L11/18、H01M10/44、H01M10/42、B60L53/31、H01M10/48、B60L58/10、H02J7/35、B60L3/00、H01M10/625?？偟膩碚f，有效規模最大的前20個IPC分類號涵蓋了四個小類，分別是供電或配電的裝置系統（H02J）、電動車輛動力裝置（B60L）、電能轉換裝置（H01M）、車輛駕駛控制系統（B60W）?？缭浇Y構洞愈多、有效規模愈大的技術領域，覆蓋范圍愈廣，其新興技術特征也愈突出，因此這3個技術領域是具備基礎性的共性技術。

3.3.3 K核分析——核心性

“k－核”分析法通常應用于對網絡內在結構進行分析，它可以通過對每條鏈接的鏈接強度并設定一個k值，篩選出那些強度均低于給定閾值的鏈接和單個技術領域節點，從而剔除那些較為薄弱的或隨機的鏈接，并保留較強的鏈接，可以識別出知識基礎網絡中較為關鍵的技術領域。

運用UCINET軟件和NETDRAW插件進行可視化分析。圖4顯示，各節點之間的聯系密切程度不同并且還有部分孤立節點。為明確技術領域共現網絡中的信息與聯系，將聯系相對疏遠的關系和節點刪除，去掉孤立節點，保留聯系更為緊密的節點，形成新的技術領域共現圖，如圖5所示。

圖5中的網絡布局遵循K核算法，按IPC分類號劃分的技術領域，形成五個不同的凝聚子群，即供電或配電裝置（H02J7、H02J50），電極（H01M4），電能轉換裝置（H01M10、H01M50），電動車輛動力裝置（B60L53），車輛子系統的聯合控制（B60W10、B60W20、B60W30），其中，電動車輛動力裝置、供電或配電裝置、電能轉換裝置三個子群中的技術節點之間聯系更為緊密，每個節點均與大量相鄰節點連接，所以這三個領域屬于熱點技術領域；從節點規模來看，供電或配電裝置和電能轉換裝置子群中的節點規模相對較大，與其他子群的節點聯系頻繁且密切，均屬于具有核心性的共性技術領域，在知識基礎網絡中處于關鍵地位。

3.3.4 共性技術識別

總而言之，結合中心度、結構洞和K核分析對技術的中心性、基礎性和核心性進行識別，表5列出了同時符合共性技術特征的技術領域，本文認為這些技術是新能源汽車領域的共性技術。

在新能源汽車的浪潮中，我國在新能源汽車的共性技術研究上也取得了一定的進展，處于較為領先地位?？梢园l現我國新能源汽車主要共性技術領域集中在B60L、H01M、H02J、B60W等領域。B60L和H01M作為新能源汽車的動力源，追求更快的充電速度、更高的能量、更長的壽命的新能源電池，是在技術上取得突破性進展的重要一環。在動力電池制造領域，中國已經從半自動化轉向全自動化的大規模生產，并在動力電池的配方設計、結構設計和制造工藝技術占據領先地位。H02J和B60W是新能源汽車的動力傳輸和控制裝置，是新能源汽車的驅動系統，其技術成熟度的高低與新能源汽車的行業的高質量發展息息相關。

為了驗證新能源汽車共性技術識別結果的有效性，以B60L、H01M、H02J、B60W相應的技術為例，進行相關資料驗證。聯合傳動以濕式雙離合器為共性產品，開發了雙離合模塊、扭振減震器、控制模塊、分離離合器模塊等關鍵共性技術。在混動動力發展的大背景下，驅動電機及其控制、電池及管理系統、整車能量關系控制系統、動力傳動系統匹配、能量回收系統、先進車輛控制技術等被認為是整車層面上的共性技術。而構型、雙動力源、能量回收、智能控制、電池系統等被認為是動力傳動系統層面的共性技術。上述例子表明，B60L、H01M、H02J、B60W對應的技術是共性技術，具有一定的合理性，初步驗證了本文方法的有效性。

4 結論與啟示

4.1 結論

本文立足于專利網絡視角，將新能源汽車領域的發明授權專利數據作為研究樣本，以共性技術識別為應用目的，以產業技術創新管理為理論基石，以技術生命周期和知識網絡為分析主線，以Logistic模型、“時間+技術領域”可視化分析、知識網絡分析為方法，對新能源汽車產業專利技術發展階段、專利技術研發熱點和共性技術進行辨析和識別。得到如下結論：

（1）我國新能源汽車領域技術起步相對來說比較晚，且前期產業發展較為平穩緩慢，直到2010年，專利授權數量才開始“抬頭式”的增長，在經歷了長期的技術發展與積累，于2019年之后進入成長階段，從萌芽期飛速跨越到成長期，這與國家政策密切相關。我國新能源汽車專利技術正處于高速成長階段，專利數量不斷增加，其質量已經成為影響整個行業技術競爭格局和技術跨越式發展的重要瓶頸，專利質量水平的提高將成為新能源汽車產業未來的發展方向。

（2）供電或配電裝置、電能轉換裝置、電動車輛動力裝置、車輛子系統的聯合控制、車輛動力裝置或傳感裝置的布置安裝、測量電變量或磁變量等技術領域處于網絡核心地位。新興技術主要涉及電能轉換裝置、電動車輛動力裝置、控制技術、分選裝置、清潔方法、停放汽車的建筑物、測試電變量或磁變量裝置、監測處理系統、電路裝置或系統、光伏模塊的支撐結構、導電連接裝置、集電器零部件等技術領域。我國新能源汽車新興熱點技術是以電池應用相關技術、供電裝置、控制裝置、測試裝置等相關技術領域為熱點，以智能終端、應用技術為擴展方向而逐步發展，少部分技術領域，如H02S20（光伏模塊的支撐結構），與光電領域有關，表明新能源汽車產業正逐步與其他產業融合，智能化和互聯網化是我國新能源汽車技術發展的重要方向。

（3）新能源汽車共性技術領域主要集中于H02J（供電或配電的裝置系統）、B60L（電動車輛動力裝置）、H01M（電能轉換裝置）、B60W（車輛駕駛控制系統）等，這些技術領域涵蓋了許多細分的技術領域，在新能源汽車產業上屬于是比較核心和難以突破的。垃圾收集或清除、記錄裝置、靜態存儲器和控制光的器件裝置是邊緣技術領域。

4.2 建議

（1）政府應當把握我國新能源汽車快速發展的黃金時期。利用前期的經驗，制定更為健全的稅收優惠制度，啟動行業全面市場化進程。企業應加強與政府的合作，延長其技術生命周期，提高其技術寬度；重視新興技術領域的發展，挖掘企業自身的發展潛能和發展機遇，根據技術發展的不同發展時期，適時地調整技術發展的趨勢，抓住機遇；加強新能源汽車行業的技術重點規劃，確保新能源行業的可持續發展。

（2）把握全球新能源汽車電動化、智能化、網聯化、共享化的發展前景。企業抓緊外部發展機遇，增大技術研發投入，加快形成技術優勢。動力電池及其管理系統應向高速快捷、安全穩定、成本低廉的新型動力電池和智能管理系統發展?？刂蒲b置需要向智能網聯、自動駕駛和智能制造等智能控制系統突破，同時，實施與智能交通、智慧城市、智能能源的跨界合作，促進一體化發展。

（3）重視新能源汽車產業共性技術的支撐作用。解決動力電池核心技術領域薄弱環節，如提升電池續航性能、增加電池使用時間、縮小電池尺寸等。依托車體的控制調節系統和監測技術的優勢積極推進新能源汽車的技術布局，提高新能源汽車的國際競爭力。

（4）抓住混合動力汽車重要突破口。企業在共性技術的研發過程中，應重視對傳統汽車技術的升級，特別是車輛駕駛控制系統等技術領域，加快推動插電式和增程式混合動力專用驅動系統的研發和應用推廣，在傳統汽車的原有技術水平的基礎上，通過內燃機發電系統來適應大容量要求，通過電驅動系統來適應動態要求。

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