第 1 章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.1.1 研究背景
自改革开放以来，我国的经济社会均处于高速发展的阶段，随着人均所得的增加和人民生活的现代化、制造业的规模化发展，煤炭、石油等不可再生能源的需求正在急速增加，而其对生态环境的损害，也在愈发的影响着我们的生活。2015 年北京冬天所经历的重度雾霾更是让公众切实感受到了保护生态环境的重要性。根据中国石油协会在 2020 年发布的《中国油气产业发展分析与展望》报告，我国 2019 年原油消费量达到了 6.96 亿吨，而其中由中石油和中石化炼化的成品油产量达到了 3.6 亿吨，这开始让公众开始重新审视我国正蓬勃发展的汽车产业。工业、制造业是国家实力和国际话语权的重要组成部分，在加快产业转型淘汰落后产能的同时，也亟需减少汽车产业对生态环境的影响。
图 1.1 中国汽车保有量（2012-2017）
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 专利分析理论研究现状
专利分析方法的发展起源于上世纪四十年代，使用期施引专利与被引专利之间的关系来对专利数据信息进行分析，Seidel[1]是全面、系统地提出该概念的第一人，并定义了专利引文，即为后继专利基于相似的科学观点而对先前专利的引证。此后，专利分析的方法被不断的完善，也被不断应用在各类领域。其中，Shang-JyhLiu[2]利用专利技术中的信息，结合学术期刊和行业信息等外部内容，以两种发光材料 LED和 TFT 技术为例，发现了相关专利的发展趋势和其工业领域的技术路线相对应，对专利信息的分析可以推导技规划的发展和预测。由此引发了新一轮的专利分析应用潮流，Anthony[3]利用专利技术中的各个指标，对不同领域技术进行分析，并且利用分析结果在企业的知识产权管理、并购等重大事项中所产生的作用作出了评价，将专利信息的分析结果运用在企业管理领域。Biju PaulAbraham[4]则将美印两国的专利数据进行对比分析，其认为将后发国家与先发国家的专利发展情况进行比对分析，能更有效的提高后发国家在产品研发和工艺上的技术创新。自 2002 年起，专利分析的内容不仅被运用在各类产业分析方法中，更被用在学科关系较为离散的管理学、工程学中。近年来，伴随着计算机技术的发展，专利分析的维度也在不断拓宽。Yuen-HsienTseng 等人[5]文本挖掘技术引入到了专利分析领域，利用专利信息中较为规范的格式化数据，提取其中关键词短语应用在供词分析中，汇总大量的数据简化专利信息结果，这样自动化的专利分析过程能够有效形成专利主体、专利地图等分析方法中所需的源数据。在语义分析技术进入专利分析领域后，基于语义和突现词的研究方法也改变了传统的专利前沿信息的研究方式。Janghyeok Yoon 等人[6]建立起了“主体-行为-主体”（SAO）的语义专利分析和离群值检测的方法，利用该种方法可是实现自动提取关键词并检测和分析专利技术之间的相关关系，能够量化专利信息中变化程度，在给定专利技术领域发现不寻常或与众不同的专利技术，可以早于竞争对手发现技术的研究机会。Xiao Zhou 等人[7]则以新型太阳能电池技术 DSSC 为例，通过回溯专利的发展趋势，构建主题模型等方式，预测和判断其潜在的技术发展路径，并借助专利转让信息评估其技术市场化的前景。
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第 2 章 相关理论研究
2.1 专利分析理论概述
2.1.1 专利的含义
专利一词源于拉丁语中的“patere”，其原义为“可供公众查阅的”，现代的专利通常被认为是企业或个人公开一项发明创造的技术细节，以换取在有限时间内唯一拥有使用、制造、销售包含这项技术相关产品的合法权利，同时，专利是最主要的知识产权形式。专利也同时要求企业或个人在公开时确保实用性和新颖性，只有对专利质量有一定保证且受到所在国家专利局的认可并公开，专利权人才可以享受国家法律对专利知识产权的保护。在技术密集型产业的发展中，专利技术的研发和获取，是取得竞争优势的基本形式，这样权利与义务的组合，能够促使绝大部分研发技术均以专利的形式申请，保证了知识信息的流通和技术创新再发展。
2.1.2 专利的特点
专利技术在保护专利权人权利的同时，专利技术主要还具有以下特点：
（1）排他性
作为专利权人将专利信息公开的交换，受理并被认可的专利技术受到所在地区专利局和国家法律法规的保护，在一定的时间内，专利技术具有排他性。若有其他生产者希望使用该专利技术，则需要向专利权人索取授权或者转让取得该专利技术，否则专利权人有权利追究其侵权的违法行为。
（2）区域性
专利技术的申请和审批均由其申请国的官方专利机构进行受理，取得的资质也仅仅在该国法律允许的范围内有效。通常来说，仅在某一国家申请的专利，在别国可能被盗用或以其他名义申请专利，并且其他国家无需对此专利技术承担任何的保护义务。
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2.2 知识图谱理论研究
2.2.1 知识图谱的含义
知识图谱是指对大量科学文献新信息，借助于统计学、图论、计算机技术等手段,以可视化的方式来展示科学学科体系的内在结构、学科特点、研究前沿等信息的一种计量学方法。它通过将应用数学、图形学、信息可视化技术、信息科学等学科的理论与方法与计量学引文分析、共现分析等方法结合，并利用可视化的图谱形象地展示学科的核心结构、发展历史、前沿领域以及整体知识架构达到多学科融合目的的现代理论。为学科研究提供切实的、有价值的参考。科学知识图谱描述的对象主要包括科学技术活动中从事知识生产的人、作为知识载体的论文、期刊、显性或者可编码化的知识,以及科学研究过程。其基本原理是基于文献单元(科学家、引文、机构、关键词、期刊等)的相似度分析,根据各种数学和统计学的原理来绘制科学知识图谱。科学知识图谱已经历了从二维图表、三维构型(3DCN)、多维尺度图谱(MDSM)、社会网络分析图谱(SNAM)、自组织映射图谱(SOM)、寻径网络图谱(PFNET)等几个发展阶段[29]。
2.2.2 知识图谱的发展
自 1980 年代以来，人工智能领域的专家们即意识到，构建一个网状结构的知识工程联系是人工智能系统能否成功的关键因素之一，随后的 1990 年，基于知识的系统模型构建被正式提出并且被称呼为“本体论”。 本体论涵盖了表示、论证一个或多个领域的概念，数据和实体之间的类别，属性和关系的表示形式，形式的定义等。简单来说，是通过定义代表主体的一组概念和类别，以显示主题区域的属性和关联方式，无论何种学科，均会创造一类本体来规范复杂的数据，将其组成为可靠的信息和知识。基于本体论的核心思想，2012 年谷歌公司发起了一项互联网项目名为“知识图谱”，自此之后尽管对知识图谱术语没有明确的定义，但可以明确其意指为计算机科学和信息科学中的本体论。知识图谱不仅涵盖了本体论的定义，通常也扩散为表示对现实对象、事件、情况或概念等信息之间相互描述的集合，与本体不同之处在于，知识图谱还包含了大量具有较少语义的事实信息，某些情况下，任何以图形表示的知识信息集合也被称之为知识图谱。
图 3.1 氢燃料电池汽车产业主要器件
第 3 章 氢燃料电池专利技术现状分析......................... 15
3.1 专利信息数据来源................................ 16
3.2 专利信息计量分析............... 17
第 4 章 氢燃料电池专利技术热点分析..................................... 26
4.1 专利信息热点分析方法......................... 26
4.2 专利信息突现词谱分析................................ 27
第 5 章 基于专利分析的氢燃料电池汽车产业发展建议.................... 33
5.1 我国氢燃料电池汽车产业发展现状............................... 33
5.1.1 质子交换膜、电池电堆等核心专利储备不足.................. 33
5.1.2 缺乏专利预警体系............................... 33
第 5 章 基于专利分析的氢燃料电池汽车产业发展建议
5.1 我国氢燃料电池汽车产业发展现状
5.1.1 质子交换膜、电池电堆等核心专利储备不足
核心专利的储备是决定产业能否高效率发展的基础。在氢燃料电池汽车产业中，汽车组件的主要由动力系统、底盘、车身和电子系统四部分组成，与日本、韩国、美国等发达国家、汽车工业发展较好的国家相比，我国的汽车产业的工业链条完整，底盘、车身和电子系统方面，已完全具备自主生产的能力，但在动力系统中，核心专利的储备和制造的工艺方面仍受制于人。
前文 3.4 中所提到的日本丰田汽车公司、韩国现代汽车集团以及美国通用汽车集团，在质子交换膜、交流电极材质、电池堆栈结构和制造工艺及材质等动力系统核心部件的专利储备上具有极大的优势。燃料电池动力系统的专利技术投入高，成效慢，在他国氢燃料电池汽车的发展过程中，巨额研发投入所取得核心技术专利，成为我国氢燃料电池汽车产业发展的主要障碍。
以美国为例，美国至今没有推出过一台量产型的氢燃料电池汽车，但仍旧在氢燃料电池领域处于顶尖位置，原因就在于当下广泛使用的质子交换膜燃料电池中的核心组件交换膜，其专利由美国通用汽车公司实际控制者——美国杜邦公司所有，任何企业若想使用高性能的交换膜，在燃料电池领域无法绕开美国。
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第 6 章 结语与展望
6.1 结语
本文基于 2000 年-2018 年间德温特数据库中所收录的氢燃料电池汽车相关专利技术数据，以文献阅读法、信息计量法和知识图谱共现的方法从专利技术的总体增长趋势、各分类号下技术申请量变化趋势以及主要专利权人的专利信息进行了综合分析，并对氢燃料电池汽车及相关领域的技术内容进行了分解，结合已公开的专利技术内容进行了对角度的研究，主要有以下研究成果：
（1）氢燃料电池汽车的专利申请趋势呈现了一定程度的放缓，专利技术已进入成熟期的发展形态。以日韩等先发国家为首的氢燃料电池汽车专利技术的年申请量均在逐年下滑，这样的发展情况受到了多种情况的复合影响。当下化石能源和纯电动汽车发展势头较好，更是对氢燃料电池汽车发展的直接影响，作为指标性能最为优异的氢能源，在未来的发展潜力是可以预期的，我国及国内相关企业需要整理并思考目前的产业发展情况，做出相应措施。
（2）氢燃料电池汽车技术在车载储氢、电池电堆等相关部件的专利技术上正处于研发的关键时期。在整体氢燃料电池汽车及相关技术研究放缓的同时，车载储氢的专利申请量绝对数量亦在不断增加。通过对 2000-2018 年间的专利信息突现词的分析，也同样印证了这一点，车载储氢外壳、内胆材质纤维束和高压储氢容器等突现词在近年来被多次提及。我国在攻关氢燃料电池电堆技术的同时，也应该更加重视相关技术的研究发展，在技术上与日韩美等国的差距，通过相关技术的研发，努力取得与他国在技术领域的平衡。
（3）从专利技术、宏观层面政策和市场三个方面，结合我国的实际情况提出一些建议。在专利技术上，应当积极研发基础技术，重点攻关关键技术，建立专利预警机制，对专利现状进行分析，在技术方向的选择上应当适当摆脱传统大而全的理念，争取保证在某一关键技术领域的绝对领先。从宏观政策层面上，应当理解日韩的政策制定思路，根据我国的国情来找到产业化发展的道路，而不是一味的拿来主义。从市场层面上，应当积极布局氢燃料电池汽车在商用车领域的应用，一方面为之后的家用车市场做技术知识普及，另一方面更是可以激发市场对氢燃料电池汽车的研发热情，同时在环境保护方面也能够有一定成效。
参考文献（略）