基于专利价值分析的燃料电池电动汽车技术创新与产业发展

ERIA-DP-2023-05 ERIA讨论文件系列第477号 技术创新与燃料电池电动汽车产业发展基于专利价值分析 李燕飞 东盟和东亚经济研究所 赵家 湖南工商大学 建军YAN1 湖南工商大学 2023年6月 Abstract：当前，主要经济体正在就燃料电池电动汽车（FCEV）的技术和工业发展展开竞争。本文讨论了FCEV的专利价值与该技术商业化之间的关系。首先，分析了FCEV的专利数据，重点是中国，德国，日本，大韩民国和美国的数据。然后,构建了基于专利技术价值和经济价值的FCEV专利价值指数框架。最后,本文进行了实证研究,分析了专利价值对FCEV产业发展的影响。研究发现，在当前形势下，单个专利价值能够显著促进FCEV产业的发展，而某个国家的专利总值甚至会产生负面影响。此外，氢基础设施、研发支出和市场需求的增加将显著促进FCEV行业的发展。电池电动汽车行业等相关行业的发展水平和环境污染的减少也是FCEV发展的重要驱动因素。 关键词：FCEV、专利价值、产业发展 1通讯作者:中国湖南长沙月路大道569#yan751225@163.com 1.Introduction 目前,各国都在进行能源转型,加大可再生能源的开发利用规模,促进能源消费结构向清洁低碳转型,减少空气污染、噪音、全球变暖等化石燃料的负面影响(秦等.，2020年）。运输部门的能源转型尤其关键。运输约占全球二氧化碳的24%(CO。2)的排放，随着城市人口的增长和电子商务推动全球贸易，运输系统在全球发展中发挥着比以往任何时候都更加关键的作用。低碳或零碳车辆和智能交通系统，新燃料，电力和数字基础设施可能在一定程度上减轻有害后果。燃料电池电动汽车（FCEV）除了释放电动能外，还释放热能和水（She ，Lim和Shi，2020）。与传统车辆相比，FCEV不仅有助于保持清洁的环境，而且可以充分利用燃料并减少经济损失（Zeg等人。，2018）。当前对FCEV的研究主要涉及燃料电池车辆系统中的动力系统结构（Das，Ta和Yatim，2017），能源管理方法（Teg等人。 ，2020；岳等人。，2019），对整个生命周期中的能源消耗，温室气体排放进行定量分析 （Ashim，Sharma和Baral，2022；Sheg等。，2021年；崔等人。，2020年)，以及技术发展分析与预测(盛等。，2021年）。其中，FCEV专利技术的研究基于文献计量学方法和专利数据的比较分析（Siigaglia，Martis和Sil，2022；Li和Ya，2021），以总结当前技术发展趋势并预测未来技术发展方向。但是，今朝关于FCEV专利价值的研讨还很少。此外，专利价值对FCEV产业发展的影响也需要研究。 本文主要从技术价值、市场价值、法律权利价值三个方面提出了基于FCEV专利数据的FCEV专利价值指数框架。我们从两个角度分析了中国，德国，日本，大韩民国和美国的FCEV专利价值：总专利价值和个人专利价值。最后,在考虑多个控制变量的情况下,探究专利总值和单项专利价值对FCEV产业发展的影响,并根据本文的研究结论提出相关政策建议 。本文不仅分析了FCEV专利数据，而且。 同时,本文对FCEV技术与产业发展的实证研究也是一个很大的创新,丰富了有关FCEV产业发展的文献研究,具体总结了影响FCEV产业发展的因素。 本文的组织结构如下。第二节回顾了有关FCEV产业发展和FCEV专利研究的文献。第3节介绍了方法、数据和模型，第4节讨论了结果、专利价值分析、回归模型、稳健性检验和内生性分析。第5节讨论了结果。第六节总结了本文，并讨论了政策含义。 2.文献综述 2.1.FCEV产业发展 随着气候变化威胁的增加和对氢能的期望的提高，世界领先的汽车制造商增加了对FCEV开发的投资（Bia等人。,2017)。许多政府都出台了相关政策，促进其FCEV产业的快速发展(Yag等人。，2021年）。政策补贴主要集中在消费环节，通过免征购置税或购买补贴等方式惠及消费者（Sogetal。，2020；Oggbemi等人。，2021年）。同时，车辆生产、车辆需求、机构均影响当地FCEV部署（TrecheradWesselig，2022）。此外，FCEV的普及还需要足够的加氢站来支持。加氢站的建设成本估算和位置选择对于FCEV的长期发展同样重要（Xetal。，2023年；韩、金和尤，2002年)。政府对加氢站的激励措施以及研发（R＆D）和车辆的生产预计将加速FCEV市场的增长，而FCEV的高价格和每公斤氢气的高成本将限制FCEV的市场需求（Ici等人。，2021年）。Morriso，Steves和Josec（2018）发现，实现氢燃料成本的降低对于FCEV在市场上的整体成功至关重要 。Ya和Zhao(2022)还对消费者购买商用FCEV的倾向进行了实证研究，发现购买价格、燃料成本、环保意识是重要的影响因素。 2.2.FCEV专利研究 专利提供了有关发明活动的详细信息的独家来源（OECD，2009年），并通过市场交易增加技术的使用和商业化（野田，2009年），促进知识和创新的传播。对FCEV专利的分析有助于我们掌握FCEV的技术概况，总结其不足，从而促进该技术的更好发展。从1998年开始，专利总数的增长主要是由汽车制造商推动的：自2000年以来，他们每年都拥有大多数FCEV专利（Borgstedt，Neyer和Schewe，2017年）。Alvarez-Meaza等人。（2020年）根据1999年至2019年的专利申请，发现丰田，本田和现代是前三名申请人，美国，德国和日本主导专利申请人。YaadCai(2021)利用基于FCEV专利数据的改进技术预测方法，对FCEV技术的发展趋势进行了预测。此外，专利权人合作网络的分析也是FCEV专利分析的重点之一。在FCEV技术中，专利灌丛正在减弱，许多著名的汽车制造商在专利灌丛中占据主导地位，例如丰田，本田，通用汽车和奔驰（YaadLi，2020）。通过专利组合分析确定FCEV的核心技术可以促进企业的决策过程，包括识别竞争对手，分析竞争力以及制定专利组合战略（Haetal。，2015)。 我们发现了许多关于FCEV行业发展和FCEV专利分析的研究。很少有研究揭示两者之间的关系。大多数关于FCEV专利的研究分析了世界或一个国家的专利数据并总结了专利发展趋势，没有深入讨论专利价值（Ya和Ya，2023；Aalderig，Leer和。宋，2019；杨等人。，2022年），更不用说专利价值的跨国比较分析了。同时，对FCEV行业发展的实证研究仅限于几个影响因素，例如供应（刺激汽车生产），基础设施（加油站和氢气生产的建设），需求(刺激车辆采用)和机构(促进合作、创新和降低成本的交叉措施)(Trecher，2020年)。在FCEV行业的发展中，对技术的作用的考虑，例如通过FCEV专利价值来衡量 ，在这一文献流中一直没有考虑。 3.数据和方法 3.1.专利检索与数据收集 我们采用汤森路透的德温特创新指数来检索相关专利。该索引是一个著名的综合数据库，自1963年以来在全球范围内收集了大量专利文献，每周更新40多个专利局发表的约 25,000个专利文献和来自6个主要专利局的45,000个专利引用文献（万和朱，2008）。在这项研究中，我们使用了关键词和专利技术分类相结合的方法来收集专利数据。专利文件的标题和摘要中的特定关键字提供了大量与FCEV技术密切相关的专利，而国际专利分类类别用于区分不同的技术并进一步排除不相关的专利（La等人。，2013)。遵循Aghio等人提出的技术。(2016)在FCEV搜索策略中,本文提出了更精细、更准确的FCEV专利检索公式如下:。 TAB=（氢和（燃料电池附近）和（vehic*或汽车或汽车或公共汽车或卡车或拖车））和IC=（H01m*或B60l*或B60k*或C01b*或F17c*）NOTIC=（A61*）和AD>=（20020101）和AD<=（20220531）。 总共获得了12,996个专利家族，其中6,631个还活着，5,134个死亡，1,231个不确定。为了保证数据的有效性,对6631个活着的专利家族进行了验证,并随机选取数据,验证其专利内容是否与FCEV技术相关。确定专利家族是否有效的主要标准是（i）标题的主题 ，（ii）摘要内容的相关性以及（iii）专利技术的用途。在随机选取的669份数据中,与 FCEV技术无关的数据有27份,相关率为96%,删除无关数据后获得专利族数据6596份。 3.2.专利数据分析 图1回顾了2002年至2021年FCEV专利的全球趋势。从2002年到2008年，FCEV 专利申请量呈逐步上升趋势，并在2008年达到峰值，从2017年开始呈指数增长。总体而言 ，在过去的20年中，全球FCEV专利申请数量逐渐增加，这也表明FCEV的技术创新水平不断提高。 图1：2002-2021年专利申请趋势 资料来源：作者根据德温特创新指数进行了总结。 在申请专利的国家中，中国申请专利最多，占总数的45%，其次是日本，占21%，美国占11%。大韩民国和德国紧随其后，分别占总申请量的8%和7%（图2）。如图3所 示，我们发现企业占专利权人总数的87％，是最大的专利权人群体。第二大群体是大学， 占所有专利权人的7%。同时,研究所和个人占专利权人总数的3%,政府部门占最少。这些结果表明，在FCEV专利申请中，企业占主导地位，其次是大学。根据专利权人类型的不同 ，专利权人合伙可以分为10种类型：企业与企业（E-E），企业与大学（E-U），企业与研究所（E-R），企业和个人（E-I），大学和研究机构（U-R），个人和个人 （I-I），研究机构和研究机构（R-R），企业，大学和研究机构（E-U-R），企业 ，大学和个人（E-U-I）以及政府机构和政府机构（G-G）（图4）。合作关系类型最多的是E-E，其次是E-U，E-R伙伴关系的数量也比较多。 图2：专利申请国家，2002-2022 资料来源：作者根据德温特创新指数进行了总结。 ResearchInstitute 3% 个人 3% 政府机构 大学 7% 0% 企业 大学研究所个人政府机构 企业 87% 图3：2002-2022年专利权人类型 资料来源：由基于DerwentInnovation的作者总结。 图4.专利权人之间的合作 E=企业，I=个人，R=研究机构，U=大学，G=政府机构。来源：作者根据德文特创新指数进行总结。 根据FCEV专利申请的趋势，2002-2022年分为三个发展阶段：起步阶段（2002-2008年），成长阶段（2009-2016年）和加速阶段（2017-2022年）。在初始阶段，专利申请数量相对较少，有967个专利族，专利权人之间的合作相对有限，只有88个项目 。处于成长阶段的专利申请数量大幅增加，达到2,023个专利族，专利权人之间的合作项目 达到253个。在加速阶段，专利申请数量达到3606个专利家族，专利权人之间的合作达到 289个。 三个阶段中每个国家的专利申请数量如图5所示。FCEV在中国的专利申请量逐渐增加，从起步阶段的第六位上升到加速阶段的第一位，相应的比例也从5%上升到71%。虽然日本的专利申请量在三个阶段中排名前两位，但相应的比例正在下降。美国的专利申请数量在各个阶段也保持在前三，其比例在波动。大韩民国的专利申请份额稳定在第4.德国从第二位跌至第五位,所占份额从15%降至3%。 每个阶段的专利权人类型如图6所示。企业在这三个阶段中占据主导地位，占比超过 80%，高校的份额不断增加。三个阶段的专利权人之间的合作如图7所示。企业与企业之间的合作是最常见的专利合作类型，尤其是龙头企业之间的合作，例如现代和起亚，以及捷特和丰田。 图5：三个阶段中每个国家的专利申请 资料来源：作者根据德温特创新指数进行了总结。 图6.三个阶段的专利权人类型 资料来源：作者根据德温特创新指数进行了总结。 图7：专