基于专利计量和技术生命周期预测的新能源汽车全产业链技术竞争态势研究

黄 山，陈洲玲

(广东工业大学管理学院，广东 广州 510520)

0 引言

近年来，中共中央、国务院陆续制定有关碳达峰、碳中和的行动方案与目标，政府对生态文明建设及可持续发展的关注使汽车产业转型升级势在必行。中国新能源汽车的火热发展给企业带来挑战。例如，及时跟踪竞争对手的技术热点和发展趋势，应对瞬息万变的市场和消费者诉求；整合上、中、下游产业链核心技术，进一步增强产品、服务在终端市场上的竞争力；根据所处的产业链位置以及与对手之间技术的相对优劣势，制定适合自身的技术专利布局，以避免技术创新的重复性。以上问题的解决离不开对全产业链技术竞争态势的研究。对于技术密集型的新能源汽车产业来说，利用专利计量法探究不同产业链上的技术竞争态势和发展趋势，有助于企业增强技术的全局观，集中优势资源在关键技术上实现突破，推动新能源汽车产业快速发展。

针对中国新能源汽车产业的研究主要集中在3个主题：①产业政策，包括政策影响力[1-5]、政策设计与优化[6-7]、政策地域差异效果[8]、产业政策演化及执行阻滞分析[9]等；②产业创新，包括创新生态发展动因与过程[10]、产业协作或产学研对产业创新的影响[11-13]、不同感知风险对创新抗拒的影响[14]等；③技术专利，包括对某一领域重点技术、发展态势或演变规律的分析[15-19]、财税政策对专利质量的影响[20]、技术专利的区域分布特征[21]等。也有一些研究综合多种数据来源，对主流新能源造车企业进行战略层、研发层、产品层、推广层、用户层的多维视角竞争态势分析[22]。然而，针对中国新能源汽车全产业链、聚焦于技术竞争态势研究的文献非常少见。技术专利作为新能源汽车产业的关键成功因素之一，对其进行跨产业链环节的整体性研究具有重要意义。

1 研究思路、数据来源和分析方法

1.1 研究思路

技术竞争态势分析是对技术竞争主体特征差异、竞争地位、相互间差距的比较，通常是技术预见和研发决策的基础，对于企业把握在某技术领域中的地位、缩小与对手间的差距、掌握研发热点、确立专利布局、获取竞争优势至关重要。除了基于专家调查的主观分析法，基于客观数据的专利计量法日益受到重视。其中多数研究采用专利数量统计和分布状态来判断技术竞争态势，少数研究关注专利质量。由于专利质量更多被用来分析某一特定技术领域的技术竞争态势[23]，其指标与专利被引频次，以及被引和施引专利所涉及的技术领域范围有关。而本研究主要从整体上分析新能源汽车全产业链的技术竞争态势，专利被引频次和涉及的领域范围并不一定反映为真实的市场竞争力。因此，仍以传统专利计量方法 (专利数量统计和分布状态)为分析手段。

从专利角度分析技术竞争态势的研究主要集中在4个方面：①借助专利申请数量、时序分布、技术生命周期图来反映技术演变历程和发展趋势；②依据专利申请人数量排名、专利族数量等指标，识别竞争对手并寻找技术差距；③统计不同国家、地区或组织的专利申请数量，分析技术在不同市场区域的专利布局；④根据对IPC分类号的统计分析，以及可视化专利地形图，判断技术竞争的重点和热点领域[24]。由此形成本文的研究思路和分析框架，如图1所示。考虑到部分 “发明申请”数据可能止步于技术方案阶段，得不到真正认可，因此文中均采用 “授权量”进行分析，不考虑仍处于 “实质审查”的申请中专利。

图1 研究思路和分析框架

1.2 数据来源

关于新能源汽车产业的专利数据来源于智慧芽专利数据库。该数据库收录了1.6亿全球专利数据，覆盖126个国家/地区，可以确保专利数据的完整性、准确性。由于原材料与售后服务供给的特殊性，本文重点选择上游核心零部件领域、中游整车制造领域和下游充电服务领域的专利数据进行分析。在具体数据检索方面，借鉴相关文献的检索思路以及国家新能源汽车产业发展规划 (2021—2035年)中三纵三横的定义，最终确定上游产业选取的关键词为动力电池、驱动电机 、智能、网联；中游产业选取的关键词为纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车、新能源汽车；下游产业选取的关键词为充电桩、充电装置、充电设备。检索时间为2023年6月25日，数据分析时间跨度以近20年为主，检索范围包括授权发明、实用新型，并筛选出在中国专利局受理的专利。对数据进行清洗、处理后，筛掉无效、重复、无关新能源汽车领域的数据，最终合并简单同族，获得上游专利申请数据89985篇，中游22307篇，下游3973篇。

1.3 分析方法

技术成长曲线主要用于两个方面：一是预测单一技术解决问题的绩效，二是预测技术如何及何时达到上限。利用所预测技术过去的发展资料，应用合适的线性回归模型找出其成长曲线，并以外推法去推估未来。运用这一方法探究行业技术竞争态势有一定合理性。许多学者都强调企业可以运用技术本身的限制，预测何时达到技术生命周期的上限。例如，Foster[25]认为，技术进步的速度是努力程度的函数，技术进步开始时相当缓慢，接着快速前进，在达到技术本身限制时则会逐渐减缓，最后，投入努力的报酬变得很少。

2 新能源汽车产业链不同环节的专利计量分析

我国新能源汽车已经形成较完整的上中下游产业链：①上游关键原材料及核心零部件制造，如提供锂矿、钴矿、稀土、硅钢、石墨等矿产资源的原材料企业，提供电机、电控、电池等核心零部件的制造设备厂商；②中游整车制造可分为乘用车、商用车、专用车，主要造车企业包括北汽新能源、比亚迪、广汽埃安、小鹏、蔚来、理想等厂商；③下游充电服务及后市场服务，其中充电服务包括充电设备、换电设备及电池回收，后市场服务包括汽车金融、汽车保险、汽车租赁、二手车交易、汽车维修养护及汽车拆解回收等。

2.1 上游产业链的专利计量分析

(1)技术发展趋势。2004—2010年专利申请量很少，年均增长缓慢，主要为面向中国市场的新能源汽车外企。早期上游核心零部件的技术研发是新能源汽车产业发展的重点，因此上游企业专利申请量于2010年破千，而中下游企业直到2009年和2016年才破百。2011—2015年进入宣传推广期，国家出台新能源汽车规划及许多产业扶持补贴政策，专利数量逐步上升。2015年之后，新能源汽车产业进入腾飞阶段，大量新能源汽车企业注册成立、科技人才不断涌现，专利数量迅速增长。2019年受疫情影响，专利申请增幅有所下降，但2020年再次增加。由于专利数据库收录文献有滞后性，2021年的专利数据比实际情况少，下降趋势仅供参考。上游专利数量发展趋势与预测如图2所示。

图2 上游专利数量发展趋势与预测

图3关于上游技术生命周期的预测中，K为S曲线最高点对应的授权量，即专利授权的预测饱和值，tm是专利授权累积量达到50%k所需时长，成长期、成熟期、衰退期的分界点分别对应 10%k、50%k、90%k (下同)。2014年之前，产业链上游技术生命周期处于导入期，专利数量不多，国家新能源汽车产业政策和补贴在这一时期起到激励作用；2014—2020年进入成长期，具有很大的发展潜力；2021—2027年进入成熟期，增速放缓；2028年之后将进入衰退期，预计累计专利申请量达151635项。

图3 上游技术生命周期拟合

(2)技术竞争主体。北汽新能源、比亚迪、丰田自动车株式会社作为上游技术引领者，3家企业的专利申请量占比超过1/3。排名第一的北汽新能源是国内首家获得新能源汽车生产资质的企业，具有完整的服务链、产业链和生态链。在排名前20的申请者中，大部分为国企，还有少数高校 (吉林大学、清华大学)积极参与到新能源汽车上游产业链的技术研发中。2013年之前，日本丰田自动车株式会社在上游技术研发中一直处于主导地位。之后，得益于大量政策出台以及对新能源汽车的各种补贴，本土新能源车企开始涌现、发展迅速，相当一部分车企专利申请量甚至反超丰田自动车株式会社，如图4所示。

图5列出了前25名技术专家在前20个技术领域的专利分布。B60L (电动车辆动力装置)、H01M (直接将化学能转变为电能的方法或装置，如电池组)与B60K (车辆动力装置或传动装置的布置或安装)领域的技术专家及申请量较多。从排名前25的技术专家看，专利申请量整体呈现逐年增长态势，个人申请量越来越多。2011—2015年是国家新能源汽车的宣传推广期，产业政策与补贴激励了科研人员涌现；2015年之后，技术专家的个人申请量逐年递增。值得注意的是，2020—2023年出现3个最高点，技术专家为张建平，属于奥动新能源汽车科技有限公司。这部分专利有别于其他技术专家的发明专利，聚焦于对产品形状、构造或者其结合所提出的、适于实用性新技术方案 “实用新型”的专利申请，造成其申请数量格外突出的现象，如图6所示。

图6 上游国内技术专家申请趋势

(3)技术竞争区域。上游产业链专利市场主要集中在东南沿海或经济发达地区，如江苏、广东、北京、浙江、上海，占整个专利市场的50%以上。目前已初步形成京津冀、长三角、东南沿海以及中西部多个高新技术产业集群，不同地方政府辅以相应的发展基金、政策补贴和配套设施。各省申请数量不断上升，且申请的省份越来越多，反映出各区域技术创新能力及活跃度增强。2017年开始，专利申请的数量增幅变大，江苏和广东省开始处于领先地位，如图7所示。

图7 上游专利市场布局申请趋势和排名

(4)技术竞争重点。上游产业链专利申请量排前3名的IPC分类号分别为H01M10 (二次电池及其制造)、H01M50 (除燃料电池外的电化学电池非活性部件的结构零部件或制造工艺，如混合电池)、H01M2 (非活性部件的结构零件或制造方法)，是当前技术研发的重点。整体看，专利申请量排名前20的技术多属于H01M分类 (电池技术)。此外，排名较前的还有电动车辆动力装置或传动装置技术 (B60K、B60L)、空气处理设备装置技术 (B60H)、供电或配电的电路装置技术 (H02J)。

对上游技术领域中最近5000条专利最常见关键词进行 “创新词云”提取发现， “电池包” “动力电池” “电池模组” “锂电池” “燃料电池” “控制器” “锂离子电池”等关键词的提及次数最多，电池技术仍然是上游产业链的研发热点。而 “能量回收” “催储能装置” “混合动力系统” “动力总成” “散热装置”等关键词是上游技术研发的冷门主题。

2.2 中游产业链的专利计量分析

(1)技术发展趋势。2004—2011年中游产业链技术发展滞后于上游，此后在专利申请数量上远不及上游，但增长趋势与上游类似。2014年之前，中游产业链技术生命周期处于导入期，专利数量很少，国家新能源汽车产业政策和补贴在这一时期起到激励作用；2014—2019年进入成长期，技术发展潜力巨大；2020—2025年快速进入成熟期，技术增速放缓；2026年之后将进入衰退期，预计累计专利申请数量达到31112项。

(2)技术竞争主体。北汽新能源、合众新能源、重庆金康赛力斯新能源汽车设计院作为中游技术引领者，专利申请量占整车制造专利总量约10%的份额。在排名前20的申请者中，大部分为国企，小部分为日企或中外合资企业。2011年之前，中游产业链的专利申请量接近空白。之后在国家大力宣传推广下，整车制造企业的专利申请量逐年增加，北汽新能源更是异军突起。2015年新能源汽车开始腾飞，新兴的整车制造企业不断出现，带动整车制造专利技术的发展，排名前列的许多新能源车企都是在这一时期成立的，如图8所示。

图8 中游技术引领者申请趋势和排名统计

图9列出了中游产业链前25名技术专家在前20个技术领域的专利分布。B62D (机动车、挂车部件或零件)、B60R (电路或流体管路及其元件的布置)领域的技术专家及申请量较多。从排名前25的技术专家看，中游专利申请量同样呈现逐年增长态势，个人申请量越来越多。从2015年开始，受益于积极的政策补贴与推广，国内技术专家大量涌现，许多新成立的新能源整车制造企业，大量引进技术人才。图10中的最高点——段兴中，在2017年申请了近100项专利，是北汽新能源五星工程师。此外，图中还显示出许多不公告发明人，基于个人意愿或较敏感的专利内容选择不公开个人信息。

图9 中游前25名国内专家在前20个技术领域的专利分布

图10 中游国内技术专家申请趋势

(3)技术竞争区域。中游整车制造的专利市场同样集中在江苏、广东、浙江、北京、上海等东南沿海或经济发达地区，它们所占份额超过专利申请总量的50%。图11显示，2011—2015年年均增幅不大，由于多数国企总部设在北京，基础条件好、人才充足、科研实力强，使得北京申请量居于首位。2017年开始，年均增速上升，江苏、广东、浙江的新兴车企不断涌现，专利申请量反超北京。

(4)技术竞争重点。在中游整车制造领域中，专利申请量排前3名的IPC分类号分别为H01R13 (不同部件构成的各种连接装置的零部件)、B62D25 (上部结构分总成，其他类目不包含的部件或零件)、B60R16 (专门适用于车辆并且其他类目不包含的电路或流体管路、元件的布置)，是当前技术研发的重点。整体看，专利申请量排名前20的技术多属于于B60R分类 (车辆配件或车辆部件)；此外，排名较前的还有机动车/挂车 (B62D)、电动车辆动力装置或传动装置技术 (B60K、B60L、B60T、F16H)、空气处理设备装置技术 (B60H)、一组相互绝缘的电连接元件的结构组合 (H01R)。

对中游产业链专利创新词云进行分析，可以发现 “连接器” “安装结构” “安装孔” “安装板” “安装支架” “控制器” “铝合金” “连接板”等关键词的提及次数最多，汽车零部件的安装是中游产业链最新的研发热点。而 “碳纤维” “晶体增长” “装饰板” “差速器” “减速器” “变压器”等关键词是中游技术研发的冷门主题。

2.3 下游产业链的专利计量分析

(1)技术发展趋势。2010—2014年下游产业链技术发展滞后于上游和中游；此后在专利申请数量上远远落后于上游和中游，但增长趋势与二者类似。2015年之前，下游产业链技术生命周期处于导入期，专利数量很少；2015—2019年进入成长期，技术发展潜力较大；2019—2023年进入成熟期，增速放缓；2024年之后将进入衰退期，预计累计专利申请数量达到4386项。

(2)技术竞争主体。恒大恒驰新能源、深圳沃尔新能源电气科技、北汽新能源，作为下游技术引领者，其专利申请量占总量大约3%的份额。北汽新能源依旧位居前3，其技术研发遍布整个新能源汽车产业链。同时排名前5的企业，更多以充电设备与装置研发为主，区别于排名第6的国家电网，为了响应国家能源安全战略，则更加关注充电桩研发和投资建设。2006—2010年，国内的下游充电服务领域处于技术研发的停滞阶段，发展缓慢；2011年之后，国家电网开始发力，接着新的技术引领者出现，申请量开始大幅提升。图12中，最高点为2019年成立的恒大恒驰新能源汽车研究院 (上海)，当年就申请了40余项专利，后起之秀不断出现。

图12 下游技术引领者申请趋势和排名

图13列出了下游产业链前25名技术专家在前20个技术领域的专利分布。B60L (电动车辆动力装置)、H01R (导电连接装置)领域的技术专家及申请量较多。从排名前25的技术专家来看，下游专利申请量同样呈现逐年增长态势，技术专家和个人申请量越来越多。图14显示，2019—2021年由于疫情影响，国内下游专利申请受到波及，增长趋势减缓，2022年则有复苏迹象。

图13 下游前25名国内专家在前20个技术领域的专利分布

图14 下游国内技术专家申请趋势

(3)技术竞争区域。下游充电服务的专利市场同样集中在广东、江苏、上海、浙江等东南沿海或经济发达地区，所占份额超过专利申请总量的50%。略显不同的是，广东在下游充电服务技术领域更具优势，而江苏在上游和中游产业链环节更具技术优势。安徽、河南、北京、山东专利数量比较均衡。在下游充电服务专利市场中，自2015年，各省专利申请授权量开始上升。广东和江苏增长强劲，远远领先于其他地区，如图15所示。

图15 下游专利市场布局申请趋势和排名

(4)技术竞争重点。在下游充电服务领域中，专利申请量排名前3的IPC分类号分别为H01R13(各种连接装置的零部件)、B62D25 (上部结构分总成；其他类目不包含的部件或零件)、B60R16 (专门适用于车辆并且其他类目不包含的电路或流体管路及元件的布置)，是当前技术研发的重点。对产业链下游专利创新词云进行分析发现， “充电桩” “充电枪” “充电装置” “充电枪” “汽车充电” “充电线”等关键词的提及次数最多，核心充电技术是下游产业链最新的研发热点。而 “保护功能” “点链接次” “移动充电桩” “防水装置” “大功率充电”等关键词是下游技术研发的冷门主题。

3 新能源汽车全产业链的技术竞争态势

通过对产业链上、中、下游的专利计量分析和技术生命周期预测，总结得到我国新能源汽车全产业链的技术竞争态势，见表1。

表1 中国新能源汽车产业链技术竞争态势

(1)推动新能源汽车产业发展的关键因素是技术进步。在我国新能源汽车产业萌芽、推广阶段，以补贴为主的政策支持曾对产业技术发展起到很大激励作用，促使2014—2020年全产业链技术集中进入快速成长期。伴随产业技术逐步成熟，2022年底财政补贴全部退出，所有车企将处于同一政策起跑线，导致竞争更加激烈。过去靠补贴成长起来、缺乏竞争力的产能和品牌，会面临极大挑战。得益于上游电池技术的进步，新能源车已基本具备与同级燃油车竞争的经济优势。补贴退出后，技术将成为新能源车与燃油车竞争的关键因素。全产业链上、中、下游专利数量增长趋势也验证了这一点。

(2)产业链上、中、下游技术发展不均衡。根据对我国新能源汽车产业技术生命周期的预测结果，目前产业上中下游均已进入技术成熟期。不同的是，上游处于成熟期早期阶段，技术生命周期最长，技术集中度最高，仍存在较大创新空间；中游处于中后期阶段，技术集中度中等，技术壁垒逐渐削弱，竞争激烈；而下游处于后期阶段，即将进入衰退期，技术生命周期最短。为什么下游产业链专利授权量最低，发展最晚，技术集中度最低，但最早进入技术成熟衰退期，技术投资减弱 (以基本技术的利用为主)，发展趋缓？一方面，下游产业以服务、基础设施建设、快速占领市场为主导，充电桩技术已经相当成熟。以充电桩行业为例，产业链较短，整体可分为设备制造商、建设运营商和整体方案解决商3个环节，属于重资产行业，技术发展空间不如上游和中游；另一方面，下游产业链技术集中度相对较低，在政策、补贴和投资风口刺激下，短期内吸引大量公司涌入，导致一些中小企业盈利困难，处于长期亏损，又大量退出市场。加上国家政策对于充电基础设施的补贴，也不像补贴整车一样直接而明确，这可能是导致下游产业链技术生命周期 “加速衰老”的原因。

(3)技术竞争主体以国企为主，其他类型企业为辅。除了北汽新能源在全产业链上均处于技术专利申请量绝对优势，其他企业在上、中、下游不同赛道上各有技术优势。从专利申请数量看，高校在新能源汽车产业链中下游的技术参与度不如上游。上、中、下游技术引领者多数为不同的企业竞争主体，这对加强全产业链技术联结、避免技术资源重复开发、成本浪费、提升消费者对新能源汽车的综合体验提出挑战。

(4)技术竞争区域高度集中。我国新能源汽车产业链的专利技术多集中在东南沿海地区，中西部、内陆地区的技术研发相对落后。在产业链各个环节上，江苏、广东、北京、浙江、上海围绕技术人才和市场的竞争格外激烈，与其他省市相比在专利授权量上遥遥领先。其中，广东在下游充电服务技术领域更具优势，而江苏在上游和中游产业链环节更具技术优势。

(5)当前技术竞争重点与未来发展方向不完全匹配。过去十几年，新能源汽车产业链各环节一直围绕电动化进行技术创新，基于该方向申请了大量专利。随着市场需求变化以及 《新一代人工智能发展规划》 《新能源汽车产业发展规划 (2021—2035)》 《智能汽车创新发展战略》等政策提出，下一阶段技术竞争的主题将是基于电动化的智能化。然而从专利授权量看， “基于电动化的智能化”还没有成为技术竞争的重点和热点，这将成为各技术竞争主体未来专利布局的方向之一。

(6)专利数量增长快，但市场竞争力有限。H01M、H01R、B60R、B62D、B60L、H01R等分别是上、中、下游的核心技术领域，聚焦于市场所关注的电池技术、动力与控制系统等。虽有如此大量且逐年递增的专利成果出现，但一些关键的续航里程缩水、电池充电故障、电池安全性等问题仍未得到充分解决，表明我国新能源汽车核心技术创新和竞争力有待进一步提高。另外，在数量上处于前列的新能源汽车专利引领者在世界竞争中的排名并不靠前。技术专利 “多而不强”、市场价值有限、竞争力不足的问题值得重视。

4 结论与建议

本文利用专利计量法来分析新能源汽车全产业链的技术竞争态势，并基于logistic模型预测不同产业链环节的技术生命周期。针对全产业链技术竞争的特点，提出建议如下。

(1)采取灵活且有针对性的补贴政策调整方式。经历 “大水漫灌”和 “重点补贴”，再到明确2022年底新能源汽车补贴政策退坡，不仅要考虑产业发展规划、市场销售趋势以及企业平稳过渡等因素，还要综合考虑新能源汽车产业链上、中、下游所处的技术生命周期不同阶段、技术竞争区域不平衡、当前技术竞争重点与未来发展方向的差距以及专利市场竞争力与数量增长不同步等因素，针对性提高补贴技术门槛，分产业链、分区域、分重点、分步骤地把握补贴政策退坡力度和节奏，推动新能源汽车产业高质量发展。同时，探索除补贴之外的更多灵活性政策支持方式，如税收优惠、共享研发平台数据库、提供融资便利；持续优化双积分政策，如进一步提高比例，允许积分交易，扩大适用范围；对新能源购车者在用车方面给予支持，如基础设施建设、在充换电领域给建设者和使用者非货币化的创新性支持等。

(2)整体性审视新能源汽车全产业链的技术竞争态势，根据所处的产业链位置、与对手之间技术的相对优劣势，以及当前技术竞争重点和发展趋势，在上、中、下游合理配置、整合资源，制定适合自身的技术专利布局。目前在全产业链进行技术竞争的领先企业是北汽新能源，对于其他企业而言，其技术实力主要聚焦于产业链某个或少数环节，它们尤其要关注产业链不同环节核心技术资源的有效整合与联结。可以尝试建立新能源汽车产业链技术合作平台，制定统一技术标准和安全评价体系，反向促进产业链不同环节企业的协同创新。政府可以考虑提供跨产业链协同创新激励，形成跨产业链合作实验室，积极推动与大学、科研机构在核心技术上的产学研合作等。不断降低成本，提升产品、服务的独特性，增强其在终端市场上的竞争力。已进入技术成熟期的新能源汽车产业，不仅面临与燃油车的激烈竞争，新能源汽车市场内部的竞争也在迅速加剧，行业、市场边界越来越模糊。整体性分析新能源汽车产业链的技术竞争态势，对于补贴政策调整和竞争主体的技术发展战略具有重要意义。