自2000年安排第一轮燃料电池电动汽车研发上升下手从此，以美国、日本、加拿大、德国为代表的浩繁旺盛国家的汽车企业以及相干探究机构纷纷参加巨资，构成定约，进

自2000年安排第一轮燃料电池电动汽车研发上升下手从此，以美国、日本、加拿大、德国为代表的浩繁旺盛国家的汽车企业以及相干探究机构纷纷参加巨资，构成定约，举办燃料电池汽车的相干探究、尝试与出产[1]。目前行业内对待燃料电池汽车的身手研发曾经进入了利用基本探究的第二阶段。合座而言，燃料电池汽车目前已经处于试验期，正式步入物业化仍面对诸众困难。燃料电池电动汽车的环节身手有两大类，一类是燃料电池体例环节身手，搜罗燃料电池氢气制取、车载存储、氢气需要等身手；另一类是燃料电池汽车斥地中的环节身手，搜罗燃料电池身手、驱动电机身手、电子担任身手等。个中，燃料电池汽车的驱动电机身手、电子担任身手与纯电动汽车、同化动力汽车该周围的身手不异，本探究中对这两项环节身手不做整个明白。目前交通运输用燃料电池的类型仅仅是质子调换膜燃料电池（PEMFC)。而今环球汽车周围内的燃料电池相干企业均面临第二轮燃料电池身手研发与利用基本探究中的环节题目，即寿命与本钱，两者也是限制燃料电池汽车贸易利用的重要阻滞。

限制燃料电池汽车贸易利用的重要阻滞是车用燃料电池的寿命与本钱。贸易化的车用燃料电池动态寿命必需抵达5000小时以上，而燃料电池汽车的本钱只要抵达降到目前汽油带头机的价钱（约合3500美元）时，才智制造较大商场效益[2]。车用燃料电池，即质子调换膜燃料电池（PEMFC)的寿命与安闲性由电池自身身手职能决计，而本钱题目则由PEMFC的零部件质料本钱与加工本钱决计。重要质料本钱搜罗Pt系催化剂、质子调换膜以及双极板的本钱[3],加工本钱则搜罗膜电极创制、双极板加工与体例装置的用度。车用氢气的缔制与积蓄也是很久从此难以管理的身手题目，而储氢身手被以为是氢能运用走向适用化、领域化的环节。目前，实质可用的车载储氢或制氢身手，搜罗高压储氢、液氢储氢、金属氧化物储氢、吸附储氢以及车载甲醇重整制氢装备等，但这些身手都无法满意车载氢源的方向央浼，即重量储氢密度6%和体检储氢密度60kgH2m-3[4]。

本探究通过专利从宏观以及核心专利整个理会两个角度追求丰田、通用两家公司正在燃料电池汽车周围内的核心身手开展道道与专利结构政策，明白环球领先的燃料电池汽车环节身手开展倾向。

燃料电池汽车的开展正在很大水平上受到本地政府相干计谋与直接经济支撑、当地相干身手开展景况、身手本钱担任的直接影响，归根结底即身手的开展景况能够从本地的商场景况直接放映出来。表1中列出的燃料电池身手专利申请国家中，日本与美国不同正在质子调换膜燃料电池、燃料电池体例、车载制氢三大周围中位列第1位和第2位，燃料电池身手的专利申请分散正在本国的占比突出了环球专利申请分散的50%;正在表2中列出的燃料电池身手由来国家中，日本、美国同样正在三大周围平分别位列第1位和第2位，而且正在三大周围的身手量环球占比中，两国的身手占比总和均突出了50%。可睹，日本与美国正在燃料电池身手的参加较大，专利申请量较大也注释两国对待相干身手的专利申请与结构非常的重视；两国燃料电池身手专利正在日本与美国的申请量可观，注释这两个国家是燃料电池汽车开展的重要商场。正在地政府相干计谋方面，自2002年从此，正在日本政府的支撑下，燃料电池相干身手斥地的经费逐年增众，2005年抵达最高约620亿日元[5];美国自2001年下手迄今已造成了较完备的推动氢能开展的国家功令、计谋和科研计算系统,以指导能源系统向氢能源过渡，并计算到2015年,美国新采购的公交汽车中有10%为燃料电池群众汽车[6]。所以，明白日本与美国内燃料电池汽车周围内归纳势力较强且相干身手开展景况领先的车企,对明白燃料电池汽车环节身手具有教导意旨。

燃料电池身手专利申请量中排名前10位的企业中，日本企业占了7席，个中整车厂蕴涵丰田、本田、日产，美国仅通用占1席。日本企业正在燃料电池身手中具有团体上风，个中丰田汽车公司是全全国排名第1的汽车出产公司，是第1个抵达年产量万万台以上的车厂，1996年获胜研发出丰田公司的第一辆质子调换膜燃料电池汽车。通用公司是美国数一数二的汽车公司，史书长远、身手势力雄厚，其下手燃料电池汽车的探究较早，1990年即下手研发PEMFC正在汽车方面的利用。

丰田而今正正在肆意斥地氢燃料电池，将其行动异日新能源车核心开展倾向之一。丰田公司于2011年正在东京车展上展出了FCV-R氢燃料电池观点车，燃料电池新车FCV将于2015年正式推出，将利用70MPa的氢燃料箱，纯电动驱动，续航里程抵达700km，估计其本钱将比而今节减95%安排，或者缩减为现正在的1/20,使贸易化成为大概[7]。美国通用汽车公司确立了要成为环球第一家年产百万辆燃料电池汽车公司的方向，2005年研发的ChevroletSequel燃料电池汽车一次加氢后行驶里程达480km，个中燃料电池组能正在-20°C启动，15s内抵达满功率运转。公司还计算正在2007年秋季作战环球最大的突出100辆ChevroletEquinox型燃料电池汽车树模车队，正在加利福尼亚州、纽约市区和华盛顿特区运转，以得到区别的境况和驾驶条目下的实质运转阅历[8]。

从专利据有量方面来看（睹表3)，丰田、通用公司正在燃料电池汽车身手的三大主题身手方面的专利量均正在环球排名靠前，正在质子调换膜燃料电池、燃料电池体例周围内丰田和通用公司均位列前十，通用公司正在车载制氢周围内的专利量略少，注释其正在车载制氢周围内的身手参加相对待其他两个方面稍少，而丰田公司正在燃料电池身手的三大周围内均位列第一。归纳思索重要商场汽车企业的归纳身手势力，燃料电池汽车发发现状以及专利量的分散景况，正在日本和美国两地不同拔取丰田与通用公司行动核心企业对其举办身手深化明白。

2.1 丰田身手结构与身手阶段走向明白通过探究丰田公司燃料电池汽车专利结构，挖掘丰田公司正在燃料电池汽车方面分散有较众身手核心、专利申请热门，正在扫数燃料电池汽车周围里的结构也比力完全，正在各个核心分支均有身手探究核心。个中，质子调换膜燃料电池分支中身手聚积的倾向有膜电极、催化剂、质子调换膜及相干缔制方面、电解质鸠集物及其相干身手、电流转换、电压担任方面，同时丰田公司也非常重视与上述身手结构联络精密的检测与诊断本领的身手专利结构；正在燃料电池体例倾向，身手重要聚积正在冷却体例、燃料需要、氧化剂需要、流体管道方面；车载制氢倾向的专利量固然相对待其他两个方面较少，但合座结构也有偏重，身手重要聚积正在分辩器、储氢、气体重整以及相应的管道体例方面。经探究说明，丰田正在燃料电池汽车斥地周围中，对动力电池及电机担任方面的身手也较为重视，比如电压输出、功率进步、燃料电池功率安闲性等方面，这几个身手点的探究也恰是环球燃料电池汽车正正在核心研发的身手热门。近年，环球燃料电池汽车周围正在膜电极催化剂方面的整合斥地与净妆扮备的探究都是以下降催化剂本钱与伸长利用寿命为起点；正在电解质方面的探究核心则是获取具有杰出离子导电性，适合于质子调换膜事情境况的电解质；安闲电压的输出、电机担任均是为了进步燃料电池事情安闲性与燃料电池汽车输出功率。以上能够看出，丰田公司的几大核心身手均为环球燃料电池汽车的身手热门与难点，从丰田公司已得到的燃料电池汽车周围内的成就来看，正在燃料电池汽车的几个环节身手周围上，丰田公司已得到了出格大的冲破。

本探究将丰田公司正在燃料电池汽车周围内的专利身手分散景况分为4个阶段举办明白，阶段1-阶段4不同代表1993-2000年、2001-2004年、2005-2008年、2009-2012年间。

阶段1中，丰田公司的身手重要聚积正在电极催化剂、电解质以及储氢方面，即丰田公司最下手举办燃料电池汽车的相干研发时，将身手重心放正在了燃料电池环节基本身手上，行动燃料电池汽车研发的基本与主题。阶段2时分内的专利数目显著增众，丰田公司进步了环球第一波燃料电池汽车研发高潮，此阶段内，丰田公司的身手热门结构广大，正在电解质鸠集物、催化剂、储氢方面均加大研发力度并同步举办相干身手专利结构。除了仍旧环节基本身手的深化探究外，也加大了正在分辩器、水蒸气重整、轮回冷却方面的研发力度，注释此时丰田公司正在催化剂以及电解质身手中有了肯定的身手冲破，慢慢制胜了国际燃料电池身手的身手瓶颈，分辩器、水蒸气重整、轮回冷却方面的身手研发，能够有用改正Nafion系列质子调换膜需水的事情境况，进步质子调换膜燃料电池的事情效劳、安闲性以及寿命。

阶段3功夫内，丰田公司正在燃料电池汽车方面的专利具有量飞速增进，此阶段的身手分散景况与阶段2险些是不异的，取得肆意开展的身手是膜电极催化剂、质子调换膜、分辩器及相干倾向、电解质相干倾向以及水蒸气重整。从2000年环球产生燃料电池汽车探究顶峰下手，丰田公司永远坚决肆意度的对证子调换膜燃料电池主题基本身手的研发与改正，同时将局部探究核心分开正在电压输出、电机担任方面，目标是为进步燃料电池汽车的输出功率。与巴拉德公司正在1997-1999年光阴效力将质子调换膜燃料电池汽车的输出功率从160kW进步到250kW的身手道道一律，也可猜度出正在此光阴，丰田公司正在质子调换膜燃料电池身手上已占据了局部身手困难。阶段3功夫内，储氢方面的专利险些没有增众，这是丰田公司也是环球燃料电池汽车行业遭遇的又一大身手瓶颈，有用安好的储氢形式是至今仍没有管理的身手难点。

阶段4功夫内，环球各国，越发是亚洲、美洲、欧洲各国、各机合纷纷提出要肆意开展新能源汽车，政府及相干机合也都提出了诸众的优惠推动计谋来开展新能源汽车。行动最具开展潜力的燃料电池汽车，正在此阶段得回了杰出的开展境况。但从丰田公司正在燃料电池汽车周围的专利申请量及结构景况来看，此阶段相较于飞速开展的阶段3,专利申请趋向显著松懈，但身手聚积性却加倍显著，重要聚积正在膜电极催化剂、电解质及其相干倾向、电压输出与电机担任倾向。其身手倾向并没有产生转嫁，注释丰田公司目前重要正在举办这些基本身手的进一步改正，寻求寿命伸长、安闲性进步、本钱下降最根底的改正手法，以告终商场化方向。

通用公司正在燃料电池汽车方面的专利分散相较丰田公司要加倍聚积，重要分散正在质子调换膜燃料电池周围的电极、电解质方面，其他的身手重点则分散正在与燃料电池体例相干的燃料需要、氧化剂需要、冷却体例、气体通道以及电池与电压担任等方面，只要小局部专利分散正在车载制氢的气体净化、储氢方面，与丰田公司的身手分散景况大致吻合。

本探究将通用公司正在燃料电池汽车倾向的专利分为1993-2000年、2001-2004年、2005-2008年、2009-2012年4个时分段，遵循时分挨次分为阶段1-阶段4。通用公司正在阶段1光阴，专利量少但身手研发聚积，险些全分散正在燃料电池体例各相干身手重点下，重要搜罗净化体例方面的气体净化与重整，氧化剂需要方面的需要体例、压力担任以及水热处分方面的体例冷却、相干管道等身手点。通用公司自1990年下手核心研发PEMFC正在汽车上的利用，但其阶段1的研发核心聚积正在燃料电池体例上。阶段2功夫，通用公司的探究核心已经聚积正在燃料电池体例中的气体净化与重整、冷却体例方面，正在质子调换膜燃料电池周围下手有了肯定的结构，重要聚积正在电极相干身手。通用公司的身手点分散景况正在阶段3略有蜕变，燃料电池体例方面的冷却体例以及质子调换膜燃料电池方面的电极、电解质方面的专利申请量比拟于阶段2没有太大蜕变，而正在气体净化、重整方面，通用公司的专利申请显著节减。同时，加大了正在气体通道、电压检测、储氢方面的身手探究。正在车用氢气由来的拔取上，通用公司有从车载制氢转向于高压储氢的趋向。阶段4与阶段3功夫的身手结构不异，正在冷却体例、电极、电解质方面开展安闲;正在气体净化、重整方面，通用公司仍旧少量身手结构；气体通道、电压检测、储氢方面的专利具有量相较于阶段3没有显著的蜕变。

丰田公司的主题专利排名中前15位的多半是燃料电池身手的相干专利，个中涉及了电解质优化与缔制、燃料供应与氧化剂供应的气体通道与相应的排气通道计划、输出电压的担任、电池效劳的进步、电池相干布局计划与缔制、储氢等。通过丰田公司专利分散的总体明白，丰田公司正在每个专利热门区域均有相应的主题专利，其余的专利结构也环绕着主题专利而打开的，采用了网状的专利结构布局。丰田公司的主题专利又有另一个分散特色，众达8条主题专利都聚积正在燃料电池汽车功率进步相干身手点上，注释丰田公司正在对进步燃料电池输出功率的相干身手上已有相当的身手上风。而正在专利申请量可观的质子调换膜燃料电池周围内分散的主题专利相对较少，且分散正在电解质、膜电极、催化剂、储氢方面。丰田公司排名首位的专利JP2001118591A,因为年均被引频次排正在首位，且申请时分相对待丰田公司的其他主题专利来说时分较早，所以值得做深化的引证明白，从而担任环绕此主题专利的身手特性及开展趋向。该专利的新奇性是使得电解质的耐久性取得巩固，防卫了电解质的解析，相干的电解质膜具有优秀的抗氧化性，从而使高贵的催化剂被落选，得回了较好的经济性。丰田公司对待此专利身手的开展道道所示。

丰田公司主题身手的身手开展倾向，也与其专利结构形态相仿，采用了身手笼罩的形式。对待主题基本身手，丰田公司最先对其举办订正优化，紧接着即逐渐探究与该基本身手相干的其他基本身手，力求担任与之精密相干的身手区域，身手慢慢成熟之后，便立地开展相应的先辈缔制身手，将扫数身手链串联起来。同时，丰田的身手研发流程中非常重视本钱的担任，以便有用地告终商场化方向。

3.2 通用汽车公司通用公司的主题专利均布正在燃料电池身手与燃料电池体例环节身手周围内，个中涉及了热处分体例、气体通道、燃料需要、催化剂、膜电极、电解质、质子调换膜以及动力担任；而车载制氢方面的主题专利与储氢相干。通用公司15件主题专利中，众达8件涉及了质子调换膜燃料电池主题基本身手，通过上文中通用身手结构与身手阶段走向明白可知，通用公司自1993年来，鲜少正在质子调换膜燃料电池周围内举办核心专利结构，但其被一再援用的质子调换膜燃料电池相干主题专利中，蕴涵膜电极缔制基本身手、电解质、质子调换膜以及膜电极的订正身手。由此可睹通用公司正在质子调换膜燃料电池周围内已积攒了肯定的身手势力，担任了该周围的主题身手。我国探究职员正在举办燃料电池身手研发的企业单元能够核心探究通用公司正在质子调换膜燃料电池周围内的主题专利，搜求出核心身手的订正研发流程。

通用公司排名首位的专利US6099984A形容了一种具有蛇形气体通道的燃料电池，该通道能够防卫气体从流道中的某局部到下一个与之相邻的流道之间的短道表象。年均被引频次位列首位，申请时分早，所以值得做深化的引证明白，从而担任环绕该主题专利的身手特性及开展趋向。

通用公司对专利US6099984A的自引专利量为35件，对已有的蛇形流场通道举办了豪爽搜罗流场布局、流量担任、压力担任正在内的身手优化与订正，使得燃料电池效劳、安闲性以及利用寿命取得陆续的进步。其身手道道所示。

通用公司主题身手的身手开展倾向，也与其专利结构形态相仿，采用了身手点细化并发散利用，订正身手笼罩基本身手的形式。将与该通道身手相干联的，涉及冷却剂、双极板内通道、燃料与氧化剂通道同时举办订正。正在蛇形通道主题专利的后续斥地中，通用公司陆续细化双极板中蛇形流场通道中的流场、流量、压力、冷却效劳、进口计划相干身手，同时涉及其他与之精密相干的密封、电阻、导电元件等身手斥地，力求担任蛇形流场通道相干的身手难点与重点，管理一系列流场通道题目，以获取更高的燃料电池效劳与事情安闲性，同时正在专利结构中造成该身手点的一小片身手壁垒。

通过对环球燃料电池周围内核心企业丰田公司、通用公司做的宏观聚积身手分散变迁明白与核心主题专利的身手开展流程整个明白，归结出以下国际燃料电池汽车环节身手开展倾向与专利结构战术：

(1) 丰田与通用公司具有的主题身手中与本钱直接相干的基本身手均蕴涵质子调换膜、催化剂、膜电极以及与之相干的缔制身手，而正在双极板身手周围内的结构略少；两家企业中涉及进步燃料电池寿命与安闲性的身手重要搜罗电解质优化、热处分体例、气体净化与重整；优化燃料电池体例职能的身手则涉及流场通道计划、燃料需要、氧化剂需要、储氢；正在燃料电池正在汽车的利用方面，重要涉及电池电压输出安闲性、输出功率进步、电机相干身手。以上两家企业的身手开展核心同样也是环球燃料电池汽车的开展核心与难点，中国企业正在开展燃料电池汽车身手时，需最先核心探究这些涉及本钱、寿命、实质利用题目的环节身手中。

(2) 从身手分散的宏观方一直说，丰田公司重视燃料电池汽车周围内身手的完全开展，正在各个紧急身手周围都有相当数目的专利分散，从专利申请景况来看其热门、主题身手的相干性较强，造成了网状的专利与身手结构布局；通用公司下手比力重视开展燃料电池身手正在车辆上的实质利用，正在燃料电池体例方面的身手结构繁茂，且身手间相干性强。从核心主题专利的自引明白中可看出丰田、通用公司的总体身手思绪：从基本主题身手研发动身，并陆续对基本主题身手举办订正优化，身手成熟时,即开展相干的低本钱、高精度、尺度化的缔制身手,同时对以此基本主题身手为基本的、影响界限内的相干身手做订正优化。

我国企业正在举办燃料电池汽车身手的研发时，正在宏观倾向上应最先开展具有决计性位置的质子调换膜燃料电池身手，当电池身手开展到了肯定的成熟期时，再效力研发质子调换膜燃料电池正在燃料电池汽车上的利用身手，利用告终之后再归纳思索燃料电池身手以进步整车输出功率。正在整个身手的研发流程中，能够采用丰田与通用公司身手道道相连系的形式，重视身手点之间的相干性，众方面探究追求，告终身手难点的各个击破。同时，也要戒备正在环球的专利结构，对已有的身手壁垒采用订正身手合围的形式冲破身手壁垒。

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