我国汽车行业急需抢占燃料电池专利技术制高点

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作者:魏衍亮; 来源:北大法律信息网; 源语言:中文

发布日期: 2009/02/18


一、全球政策竞争

从技术禀赋看,燃料电池汽车,尤其氢燃料电池汽车可以实现零污染排放,驱动系统几乎无噪音,而且氢能取之不尽、用之不竭;从长远看,它有取代汽油、柴油汽车的技术优势。从技术推广进程看,燃料电池汽车,尤其氢燃料电池汽车已经取得系统性技术突破,近期将进入大规模产业化的技术选型阶段。也就是说,燃料电池汽车产业正迎来一个非常关键的技术冲刺阶段;冲在前面的技术路线很可能被推广为全球工业标准。为了获得竞争优势,各主要国家纷纷出台政策,加速推进燃料电池关键技术的产业化开发工作。 例如,2008年5月20日,欧洲议会通过《氢能源和燃料电池联合技术发展计划》,提供10亿欧元科研经费,用于加速推进燃料电池的研究。欧盟地区的英国、德国、法国等主要国家也在近期加大了对氢燃料电池的研发资助力度。按照日本《绿色采购法》,政府机关必需购买一定比例的燃料电池汽车。2008年,日本正式启动了燃料电池汽车的政府采购工作,还兴建了用燃料电池供电的样板“零排放”住宅,向全球推广燃料电池包打天下的“零排放”日常生活配套设施。

在美国,能源部制定了《氢计划》,要求在未来5年内投入30多亿美元开发氢燃料技术,逐步让燃料电池汽车占市场份额约25%。近期,美国能源部、陆军研究办公室等联邦机构,以及大量的州机构纷纷加大对燃料电池汽车、便携军用燃料电池发电系统等新产品的研发资助额度;加州等地区还开始推行强有力的氢燃料加注站建设工作,这对燃料电池汽车行业的发展具有重大推进作用。

在印度,中央政府专门设立了“新型可再生能源部”。该部发布了《国家氢能源发展计划》,规定在2020年前,全国要卖出至少100万辆氢燃料电池汽车,全国要具备1000 MW以上的氢能发电能力。印度一些地方甚至“跑步”进入氢能时代,例如一些地方政府开始禁止燃烧汽油、柴油的公共汽车上路,这为推广清洁的氢燃料电池汽车奠定了政策基础。

在我国,燃料电池汽车是“十五”期间全国12个重大研究专项之一。其中,质子膜关键技术被列为山东省第一号科技攻关项目,取得了重大科研突破。辽宁新源动力股份有限公司承接国家863重大科研项目,研制了200、110、60、30、10、5KW燃料电池系统、燃料电池电站、便携式电源等。在“十一五”期间,我国将继续加大对燃料电池汽车的研发投入,推动核心技术快速产业化。

二、全球产品竞争

在一些较为成熟的技术路线上,以氢能为主的燃料电池汽车已经开始销售。例如,2008年6月17日,全球第一款用于大规模生产的氢燃料电池汽车开始从日本本田公司出厂销售。2008年10月21日,美国通用汽车公司在北京“水立方”附近举行了氢燃料电池汽车的中国首发仪式。从综合性能、乘驾体验看,这两款汽车优于大部分汽油车。从环保效果看,其排放物仅仅是水,而且噪音极低。这些新能源汽车有极为广阔的市场前景。

印度也加入了燃料电池汽车产业的竞争。例如,印度塔塔汽车公司倚靠采购全球最新技术,正在建立燃料电池汽车产业基地;它还收购了韩国大宇商用车项目,收购了美国福特的捷豹、路虎两个著名品牌,显示了强悍的竞争力。其母公司塔塔集团是从印度本土崛起的跨国高科技企业,2007年全球销售收入超过625亿美元,并且61%以上来自国外;其对新能源汽车项目的拉动能力很强。

“身强力壮”的私营工业部门对日本、美国、印度燃料电池汽车产业的崛起将发挥关键作用。相比之下,我国最大的私营企业年产值不过100多亿美元,而且没有进入产品线极为复杂的重工业部门。即将到来的全球新能源产业革命、全球燃料电池汽车产业革命将引发数万亿美元的庞大市场竞争。为了赢得竞争优势,我国也要在相关产业部门扶持像印度塔塔集团那样的大型私营高科技工业企业,促进其在全球能源、汽车市场快速崛起。

三、全球专利竞争

燃料电池可以用于汽车、机车、笔记本电脑、微型飞机、移动通讯基站、空调、加热器、移动电站等大量产品,使机电设备不再使用燃烧石油、煤炭获得的热能或者电能。这个新能源产业链的核心技术主要是燃料电池技术。其专利竞争方面,日本、美国、韩国处于第一集团,首先发表的专利数量总体约占全球10%以上;我国、加拿大、德国等处于第二集团,首先发表的专利数量总体约占全球1%以上,10%以下。例如,麦特西集团发布的数据显示:2008年第二季度,日本、美国、韩国首先发表的燃料电池专利分别占全球43%、14%、11%;中国、德国分别占7%、5%,加拿大不到1%。2008年第三季度,数据有所变化,例如,日本、美国、加拿大、丹麦首先发表的燃料电池专利分别占全球47%、13%、9%、5%,韩国约占3%,中国约占0.3%。

从企业层面看,每季度公开燃料电池专利最多的十大企业基本上全部来自日韩、北美地区,而且日本企业占了一大半。例如,2008年第二季度,这十大企业中,六家来自日本,两家来自韩国,其余来自美国;其中,丰田排名第一,三星紧随其后。2008年第三季度,这十大企业中,九家来自日本,一家来自美国;其中,丰田排名第一,东芝排名第二。在北美地区,2008年第二季度公开专利超过10篇的本地企业有六家,按照数量多少依次为GM、UTC、Ballard、Ford、通用电气、3M;第三季度公开专利超过10篇的本地企业有三家,按照数量多少依次为GM、Corona、Bloom Energy。在欧洲,2008年第二季度公开专利超过10篇的本地企业有四家,按照数量多少依次为戴姆勒、Eberspaecher、Enerday、Staxera;第三季度公开专利超过10篇的本地企业有两家,按照数量多少依次为戴姆勒、Enerday。在亚洲,除了日本企业,韩国三星在燃料电池领域具有领导地位;例如,抛除日本企业,2008年第三季度公开专利超过10篇的企业有两家,分别是三星和Sunrise Power,三星公开的专利数量占到日本之外全部企业总公开量的60%多。

从技术分布看,汤姆森路透的专利地图显示,2008年第二季度,全球燃料电池专利有三个密集高地,十二个中度聚集区;第三季度,更换为一个“聚合物膜”密集高地,十六个中度聚集区。

从专利的领域宽度、应用深度情况看,形成完整产业链,具有系统化燃料电池技术开发、应用能力的国家主要有六个:日本、美国、韩国、德国、中国、法国。其中,日本的技术实力最强;我国仅次于德国。

四、企业专利状况

我国燃料电池行业的发展具有三大优势:第一,庞大的市场。我国即将成为全球最大的汽车制造、消费国,汽车行业应用燃料电池技术的空间很大;我国大量手机基站、笔记本电脑、机电设备等今后也可应用燃料电池能源。第二,科研人力资源丰富。我国公开燃料电池专利申请的大学、科研院所数量远远超过日韩、欧美地区。我国本土燃料电池发明专利一半以上来自这类科研单位。这表明,我国科研单位有大量燃料电池科研人才。第三,原材料丰富。例如,在氢燃料电池的应用方面,仅宝钢等上海公司的工业副产氢每年可满足10万辆燃料电池汽车使用;全国炼焦行业副产氢每年可供4000万辆燃料电池汽车使用。

不过,尽管有上述优势,我国燃料电池行业的发展较为落后,专利产量也很低,公开相关专利超过100件的企业仅有一家;超过10件的也不超过20家。例如,国内著名燃料电池企业武汉理工新能源公司、江苏华源氢能公司、北京金能燃料电池公司、北京飞驰绿能电源公司、上海攀业氢能源科技公司分别仅公开相关专利1、3、5、9、10篇。上市公司,如做离子膜的佛山塑料集团股份有限公司、做质子膜的上海同济科技实业股份有限公司分别公开相关专利文献仅14、20篇。香港上市的山东东岳集团虽然突破了国外技术壁垒,在核心技术上取得了重大创新,但是公开的相关专利申请也很少。

在燃料电池领域,我国仅有少数企业公开的专利文献接近,或者超过100件。例如,辽宁新源动力公司、上海燃料电池汽车动力系统公司、上海神力科技公司公开的相关文献分别约91、97、310件。

相比之下,日韩、欧美地区在华公开燃料电池专利文献超过100件的企业超过10家,超过400件的企业超过4家。大企业主导的国外来华专利申请已经在数量上远远超过科研单位主导的本土专利申请。

具体而言,我国公开燃料电池核心专利的企业及其关键技术主要有:

第一,日本奥林巴斯映像株式会社。该公司公开的专利申请不多,但是全部属于核心技术。例如,200710182360.8号文献涉及一种燃料电池系统和使用该燃料电池系统的终端用设备。200710182364.6号文献涉及一种燃料电池的余量检测方法及燃料电池的余量检测装置。200710136483.8号文献涉及一种使用燃料电池的移动终端设备和该设备的燃料电池系统。

第二,大日本印刷株式会社。正如佛塑股份从塑料薄膜行业进入燃料电池的离子膜技术领域,该日本企业从印刷行业进入燃料电池技术领域。虽然行业跨度不小,但是它也公开了一些核心专利技术。例如,02805667.1号文献涉及一种高分子电解质型燃料电池及高分子电解质型燃料电池用隔板。03800678.2号文献涉及一种平面型高分子电解质型燃料电池用隔板以及燃料电池。200480017949.7号文献涉及一种固体氧化物型燃料电池。200510128514.6号文献涉及一种高分子电解质型燃料电池及高分子电解质型燃料电池用隔板。200680038227.9号文献涉及一种高分子电解质型燃料电池用的隔膜及其制备方法。200810092363.7号文献涉及一种固体氧化物型燃料电池及其制造方法。

第三,本田技研工业株式会社。该公司在全球率先推出了氢燃料电池车,其专利部署已经延伸到大量具体的工艺设计。不过,在核心技术上,本田和其他日本企业一样倾向于部署专利墙,或者把围绕关键技术的其他改进或者替代技术路线纷纷部署专利。这导致其专利产量大大提高。例如,在燃料电池系统上,它公开了200810008506.1、200810097172.X、200680017755.6、200810083593.7、200810095679.1等数十篇专利。此外,200810087357.2、200710196107.8号文献涉及一种燃料电池组。200810098585.X、200810109164.2、200810110298.6、200810130629.2号文献涉及一种燃料电池。200810098696.0号文献涉及一种燃料电池用单元盒及燃料电池。

它的一些专利分布在很细小但是必要的技术环节。例如,200710136838.3号文献涉及一种燃料电池堆栈。200680025534.3号文献涉及一种固体高分子型燃料电池用电极电解质。200610074053.3号文献涉及一种带有燃料电池的摩托车以及燃料电池的堆叠结构。

它的很多下游专利也具备很宽的保护范围。例如,200610084412.3号文献涉及一种燃料电池机动车的氢传感器。200810085876.5号文献涉及一种鞍乘型燃料电池车。200810087885.8号文献涉及一种鞍乘型燃料电池动力车。200810109464.0号文献涉及一种燃料电池车辆。200810099704.3号文献涉及一种跨骑式燃料电池车辆。

第四,丰田自动车株式会社。在日本、美国、欧洲、中国等主要市场上,该公司公开的燃料电池专利数量居世界首位。它在专利部署特点与本田类似。例如,200680045045.4、200680046289.4、200680045146.1、200680045208.9号文献涉及一种燃料电池系统。200680045980.0、200680046875.9、200680047470.7、200680046621.7号文献涉及一种燃料电池系统及移动体。

此外,200680047288.1号文献涉及一种燃料电池系统、配备有燃料电池系统的移动体、和用于燃料电池系统的异常判断方法。200680046962.4号文献涉及一种具有在透氢膜上形成的电解质层的燃料电池的制造方法。200680043407.6号文献涉及一种燃料电池系统及其温度调节方法。200680044174.1号文献涉及一种燃料电池用导电多孔体、具有其的燃料电池及其制造方法。200680044416.7号文献涉及一种燃料电池系统、燃料电池阀系统及燃料电池气体供给装置。200680044848.8号文献涉及一种隔板的粘合结构及燃料电池。200680046360.9号文献涉及一种燃料电池车辆、200780000619.0号文献涉及一种燃料电池。200680045858.3号文献涉及一种燃料电池系统以及其停止方法。

第五,三星SDI株式会社。在方法、系统、产品各方面,该公司公开了大量上下游专利技术。例如,在方法方面,200710005232.6号文献涉及一种包括带有硫传感器的脱硫器的燃料处理器、包括它的燃料电池系统及其运行方法。200710142734.3号文献涉及一种燃料电池系统和操作该系统的方法。200810094633.8号文献涉及一种燃料电池堆及其制造方法。

在系统方面,200810007204.2号文献涉及一种用于燃料电池的重整器和包含该重整器的燃料电池系统。200710110728.X号文献涉及一种燃料电池用膜电极组件和包括该组件的燃料电池系统。200810086758.6号文献涉及一种燃料电池系统。200810081695.5号文献涉及一种燃料电池堆。200810085758.4号文献涉及一种用于燃料电池的脱硫装置和包括脱硫装置的燃料电池系统。200710126670.8号文献涉及一种燃料电池的催化剂及其制备方法以及包括它的膜电极组件和燃料电池系统。

在产品方面,200610153702.9号文献涉及一种用于燃料电池的热交换器。200610139994.0号文献涉及一种具有内置于堆叠体中的热交换器的燃料电池。200710005235.X号文献涉及一种具有水再循环板的燃料电池。200710087706.6号文献涉及一种燃料电池的电极和采用该电极的燃料电池。200810089369.9号文献涉及一种燃料电池堆。

第六,美国UTC燃料电池有限公司。该公司公开的专利技术分布较为广泛,但是在关键技术点上没有像日韩企业那样部署多个专利,形成专利墙。例如,电池技术方面,00817069.X号文献涉及一种具有交指型液流通路和水输送板的燃料电池。 00817127.0号文献涉及一种具有亲水基体层的燃料电池。200480036393.6号文献涉及一种燃料电池电压控制技术。200380102187.6号文献涉及一种减少燃料电池在启动和关闭期间的阴极电位的技术。

再如,发电技术方面,00814808.2号文献涉及一种直接防冻的冷却燃料电池发电设备。03809199.2号文献涉及一种在最佳系统压力下使质子交换膜燃料电池发电装置的系统效率最高的技术。01818218.6号文献涉及一种用于增加一燃料电池发电设备运行效率的方法。200380109728.8号文献涉及一种运行在多种燃料上的燃料电池发电厂的燃料混合控制技术。

再如,控制方法和程序方面,200380104251.4号文献涉及一种利用空气吹扫关闭燃料电池系统的程序02813321.8号文献涉及一种用于氢气-空气燃料电池系统的关闭程序。03804776.4号文献涉及一种燃料电池系统和防止燃料电池冻结的方法。

此外,01812734.7号文献涉及一种用于燃料电池设备的低于周围压力的冷却剂回路。200480008713.7号文献涉及一种固体氧化物燃料电池堆用柔顺、容许应变的互连器。03823989.2号文献涉及一种用于燃料电池的级联式燃料进口歧管。03802157.9号文献涉及一种防止燃料电池动力设备中的水在贮存过程中结冰的方法和设备。200480029180.0号文献涉及一种燃料电池动力设备的氢钝化关闭系统。200480034636.2号文献涉及一种用于平面固体氧化物燃料电池的顺从堆。

第七,台湾思柏科技股份有限公司。该公司在产业上下游公开了不少核心技术专利申请。例如,方法发明方面,200510098676.X号文献涉及一种燃料电池电力感测方法及其应用。200510103454.2号文献涉及一种燃料电池功率产出控制方法及其应用。200610007730.X号文献涉及一种用于燃料电池燃料容器液面侦测方法。200610081002.3号文献涉及一种燃料电池活化方法。200610081004.2号文献涉及一种用于燃料电池的关机程序。

系统发明方面,200610103307.X号文献涉及一种微型化燃料电池系统。200710097905.5号文献涉及一种整合充电电池的燃料电池供电系统。200610152499.3号文献涉及一种具有启动辅助装置和方法的燃料电池系统。

产品发明方面,200710000376.2号文献涉及一种燃料电池装置。200710007531.3号文献涉及一种具串并联电路的燃料电池装置。200620115337.8号文献涉及一种用于燃料电池的燃料侦测装置。200720181351.2号文献涉及一种降低环温效应的浓度装置结构。200510105613.2号文献涉及一种燃料电池的燃料匣监控装置。200610007731.4号文献涉及一种回馈式燃料电池。

再如,200610081350.0号文献涉及一种燃料电池电力计量方法及其装置。200610078399.0号文献涉及一种具电源管理的燃料电池。200710087499.4号文献涉及一种具保护装置的燃料电池。200710097906.X号文献涉及一种降低环温效应的穿透式浓度装置。200520122328.7号文献涉及一种具稳压的燃料电池装置。200520122062.6号文献涉及一种燃料电池系统燃料反应控制装置。

第八,北京飞驰绿能电源技术。该公司在质子膜领域公开了一些核心技术发明。例如,01118343.8号文献涉及一种质子交换膜燃料电池双极板制作方法。01118344.6号文献涉及一种燃料电池中质子交换膜增湿方法。01118347.0号文献涉及一种燃料电池电极催化剂涂布方法。01118345.4号文献涉及一种燃料电池中电极-电解质膜-电极的制作方法。01118346.2号文献涉及一种燃料电池堆印刷密封方法。200610114208.1号文献涉及一种质子交换膜燃料电池分区域电流测试系统。200610114308.4号文献涉及一种质子交换膜燃料电池供气及冷却系统。200620134260.9号文献涉及一种质子交换膜燃料电池的双极板。

第九,比亚迪股份有限公司。与富士康公司类似,该公司具有强大的制造能力,同时为客户进行大量的工业设计,其研发实力很强。涉足燃料电池的企业中,它的专利数量算是较多的,而且分布的应用领域较为广泛。例如,在保护范围较大的方法、工艺创新上,200610062624.1号文献涉及一种燃料电池控制系统及控制方法。200610127612.2号文献涉及一种燃料电池膜电极的活化方法。200610157250.1号文献涉及一种燃料电池电压监测系统及其方法。

此外,200610161161.4号文献涉及一种直接甲醇燃料电池阳极催化剂及其制备方法。200610167208.8号文献涉及一种燃料电池温度监视系统及其方法。200610167473.6号文献涉及一种电子负载、评价燃料电池放电性能的系统及其方法。200610167472.1号文献涉及一种燃料电池系统的防冻装置和方法。200610167389.4号文献涉及一种燃料电池膜电极及其制备方法。200610090158.8号文献涉及一种质子交换膜燃料电池用Pt/C催化剂的制备方法。200610090751.2号文献涉及一种燃料电池膜电极的活化方法。200610061474.2号文献涉及一种燃料电池控制系统、控制装置及控制方法。200610099261.9号文献涉及一种燃料电池气体扩散层及燃料电池电极和膜电极的制备方法。

此外,在系统发明上,200610127862.6号文献涉及一种燃料电池系统。200610140213.X号文献涉及一种燃料电池储氢装置以及储氢和充氢系统。200610172605.4号文献涉及一种燃料电池发电系统。200610034287.5号文献涉及一种燃料电池电压巡回监视系统。200610104081.5号文献涉及一种微生物燃料电池装置和电池及用法以及水处理系统。

在产品、设备和装置设计上,200610090755.0号文献涉及一种有机燃料电池。200610137930.7号文献涉及一种燃料电池增湿装置。200610145083.9号文献涉及一种质子交换膜燃料电池用流场板及其制备方法和双极板。

第十,北京汉能科技有限公司。

该公司对氢燃料电池的工艺方法申请了不少专利。例如,200710119049.9号文献涉及一种用于燃料电池的储氢材料的制备方法。200710119051.6号文献涉及一种用于燃料电池的氢气的制备方法。200710119056.9号文献涉及一种用于燃料电池的储氢材料的制备方法。200710203502.4号文献涉及一种质子交换膜燃料电池金属双极板的处理方法。

对系统、设备,它也公开了一些专利技术。例如,200720149696.X号文献涉及一种便携式燃料电池系统。200710119055.4号文献涉及一种燃料电池供氢系统及其应用。200720201137.9号文献涉及一种燃料电池膜电极检漏仪。200720201327.0号文献涉及一种燃料电池电堆的装堆压机。200710201973.1号文献涉及一种燃料电池膜电极检漏仪。

第十一,上海神力科技有限公司。作为研发、制造企业,该公司投身具体工艺过程,在大量关键配件和细节设计上,它公开了数百篇专利文献。例如,200620045160.9号文献涉及一种集成式燃料电池的封装结构。200620045543.6号文献涉及一种新型燃料电池发动机空气输送装置。200620046547.6号文献涉及一种利用汽车运行来提高燃料电池发动机性能的装置。200620046895.3号文献涉及一种正负极引线串联的集成式燃料电池堆。200620043283.9号文献涉及一种可支持家用电器工作的燃料电池测试系统。200520043309.5号文献涉及一种用于城市大巴车的模块化燃料电池发动机的集成装置。

从专利文献看,上海神力科技有限公司实施了整体性、系统性的研发项目,在各个主要方面都作出了新的创新性设计。例如,200620049569.8号文献涉及一种燃料电池车用的散热器。200620046894.9号文献涉及一种低噪音的燃料电池空气输送装置。200620049568.3号文献涉及一种燃料电池的节能装置。200720076381.7号文献涉及一种燃料电池用防尘防水通风的封装架。200720076785.6号文献涉及一种结构简单的燃料电池用内增湿装置。200720076240.5号文献涉及一种燃料电池堆的紧固装置。200720075944.0号文献涉及一种集成式燃料电池堆的集电流母板。200720071175.7号文献涉及一种集成式燃料电池堆。200720075945.5号文献涉及一种燃料电池的排空气管装置。

第十二,山东东岳神舟新材料公司。该公司在离子膜、质子膜制备上取得了重大技术突破,部署了一些核心技术专利。例如,200710013128.1号文献涉及一种带有磺酰氟及醚端基侧基的氟树脂及其合成方法与应用。200710013623.2号文献涉及一种聚合物离子交换膜及其制备方法。200710013624.7号文献涉及一种具有交联结构的全氟质子交换膜及其制备方法和应用。

此外,东芝公司、索尼公司、松下公司、尼桑公司、大宇公司、美国通用汽车环球科技运作公司、辽宁新源动力股份有限公司公开的相关文献数量较多。有些欧洲汽车企业,如大众汽车有限公司在专利抢注上已经处于落后局面。例如,该公司在华仅公开了99806402.5号、99806403.3号等相关文献;近些年,很多亚洲、美洲企业快速增加燃料电池专利申请量,但是,大众等欧洲企业没有跟进。总体上看,在燃料电池、芯片、软件等关键技术领域,东亚、北美企业领导全球专利部署方向的趋势可望继续强化。