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特斯拉专利开源的底层逻辑:技术储备和做大蛋糕

智慧芽 | 2022-05-26 |

智慧芽创新研究中心/蒋雯

 

2014年6月12日特斯拉CEO伊隆·马斯克宣布将开放特斯拉的所有专利技术,其官网《我们所有的专利属于你》文章宣称:“我们本着开源运动的精神,开放了我们的专利,目的是推动电动汽车技术的进步”、“任何人如果出于善意想要使用特斯拉的技术,特斯拉将不会对其发起专利侵权诉讼”。 此举为特斯拉赢得了来自业界的诸如“颠覆”、“史无前例”、“有勇气的创举”、“值得尊重”等评价和赞誉。自特斯拉宣布专利开源至今已有8年,那么这些年特斯拉开源了什么技术,为何开源以及专利开源到底对新能源汽车产业发展带来什么影响?本文针对上述三个问题进行了分析。

 

特斯拉新能源汽车有哪些技术布局?


首先,特斯拉专利技术紧扣电动汽车“命脉”。电动汽车技术的核心在于“三电”系统,即电驱、电池和电控,三电系统直接影响电动车产品最终性能表现,也是用户购车考虑的关键因素。通过智慧芽全球专利数据库查询看到,特斯拉至今在全球拥有3千多件已公开的专利申请,这些专利主要涉及电池组、电能存储系统、电容器、动力装置、电机、操作界面等电动汽车技术,可以看出特斯拉专利主要集中在电动汽车业中重要乃至核心的技术方向。


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图1:过去20年特斯拉专利申请与授权量演变(数据来源:智慧芽)

 

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图2 特斯拉主要技术构成(数据来源:智慧芽)


以电池管理系统、自动驾驶技术、车体结构为例进一步分析,特斯拉在相关领域有较好的技术沉淀。


1)电控系统中最核心的技术就是电控电池管理系统(BMS),俗称之为电池保姆或电池管家。主要就是为了智能化管理及维护各个电池单元,防止电池出现过充电和过放电,延长电池的使用寿命,监控电池的状态。特斯拉在电池冷却、安全、电荷平衡等BMS领域拥有百余项核心专利技术,可以实现了超过7000节电池的一致性管理。


2)作为全球第一家实现自动驾驶技术量产的车企,特斯拉在2019年宣布已经内部开发了自己的处理单元,称为“全自动驾驶”(FSD),并称FSD拥有比美国英伟达采购的GPU更好的性能。在自动驾驶方面特斯拉的技术沉淀主要围绕AI容错、自动驾驶数据加密、自动驾驶机器学习等方面。


此外,由于电动汽车现在普遍使用能量密度最高的电池约在310w/kg左右,而按照预想,未来2030年,电池能量密度达到500Wh/kg,因此,如果电动车要增加续航里程,就不可避免要大量搭载电池组。大量搭载电池组会带来很多问题,比如加大车重、空间变小等,从而影响操控性、安全性、车架设计及乘坐空间等。因此对于电动汽车的设计制造来说,寻找电池数量、车重、续航里程之间的最佳平衡,提高电动车的空间利用率、提升电动车的行驶和乘坐品质,都是极大挑战。而特斯拉在车体结构等整车技术方面,也有专利布局。

 

特斯拉专利开源的底层逻辑是什么呢?


1)市场尚“幼”,通过专利开源推动市场发展,壮大自己同时提升知名度


时年(2013年)电动汽车在整个汽车行业中所占比重还非常低,2013年,包括混合电动车和纯电动车在内的插电式汽车在美国的销售量为9.6万辆,仅占美国汽车总销售量不足1%,而纯电动车只占了其中的一半(即不足0.5%),有资料显示仅2013年一年,全球燃油汽车的销售量就首次突破了8000万辆,而特斯拉“Model S”纯电动车的全球销量仅为2.23万辆。可以看出,电动汽车在整个汽车行业中所占比重还非常低,并且处在行业发展的起步阶段。马斯克对此形势有着准确的认识,“电动汽车项目在大型汽车厂商中的规模都很小,有的甚至完全没有开发这类业务”。因此在行业发展初期,通过共享自己的专利技术,让还没有掌握关键技术的汽车厂商快速进入研发试制阶段,同时还可能吸引更多大型厂商加速产品研发和扩大产能规模,最终一起把“蛋糕”做大。同时特斯拉通过“开放专利”来实现品牌营销,吸引更多的资金、优秀人才、尖端技术涌入特斯拉,提高特斯拉的影响力、科研实力和资金保障力。


2)通过专利开源提高其技术普适性,以在行业未来发展中占据优势


对于处在起步阶段的电动汽车行业而言,目前最大问题是各家厂商的市场标准不统一,尤其是电池技术和充电技术方面更是存在着差异很大的不同标准。标准的不统一使得原本就没有规模优势的电动汽车推广起来显得极为困难。将专利共享给竞争对手,特斯拉貌似吃亏,但实际上竞争对手一旦采用其专利技术,就等于纳入到了特斯拉构建出的“共同技术平台”,最终会提高特斯拉技术标准的普适性,以使特斯拉能够持续保持现有的技术优势和规模优势。


3)通过专利开源避免专利诉讼


特斯拉一系的技术发展,除其自身投入外,前员工创业也占到相当比重,如特斯拉前员工离职后创办了Mission Motor专注于电推进系统和电动摩托车、SinoElectric Powertrain从事电动汽车动力系统总成和关键零部件(电池组、电机及驱动器)的研发和生产等。特斯拉面临的重要问题是如何将前员工创办的企业纳入自身阵营,或者至少未来不会投奔竞争对手? 那么,“开放”专利可以很好的解决该问题:SinoElectric Powertrain等公司发展的技术可以为特斯拉所用,同时这些公司也无法撼动特斯拉领先地位,从而实现了特斯拉技术发展的杠杆化;而投奔特斯拉竞争对手或通过专利起诉特斯拉一方面在“道义”上落了下风,另一方面值得一提的是,虽然特斯拉推倒专利墙并宣布专利开源,但仍在大量布局专利,那么其反制能量也不可小觑。

 

特斯拉专利开源举措后,如何促进新能源汽车发展?


整体来看,特斯拉开源举措整体推动了新能源汽车发展的大环境。具体来看,特斯拉多件专利被高频引用,为业界提供研发思路。如专利名称为Tunable frangible battery pack system公开号为US7923144B2的可调节式易碎型电池组系统,给研发人员提供涉及保护方面,电池单元与电路断开的思路的专利,被引用748次;此外,专利名称为Electric vehicle communication interface,公开号为US7698078B2 的电动车通讯接口专利,给研发人员提供电动车辆和用户之间连接的思路,被引用179次。


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图表3 特斯拉高频被引用专利TOP20 (数据来源:智慧芽)


以SinoElectric Powertrain公司为例,该公司创始人周鹏博士在创立SinoElectric Powertrain前在特斯拉担任研发总监及动力系统总工程师,负责Roadster和Model S的纯电动动力系统以及奔驰Smart动力电池系统的研发,是特斯拉动力系统的核心人员之一。后创立仍参考或使用了特斯拉的技术。而华霆动力技术公司作为SinoElectric Powertrain在中国的全资子公司,在技术上也必然和特斯拉有一定的传承关系。而且华霆动力技术公司的专利也被国内多家企业引用,如东风、宁德时代、成都雅骏新能源汽车等,可以看出特斯拉的技术分支可能已进入国内电动汽车领域,其“开放”策略的影响将长期化。


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图表4 过去12年华霆动力技术公司专利申请与授权量演变 (数据来源:智慧芽)


总体来看, 尽管业界对特斯拉开放专利事件存在各种各样的不同看法,尤其是怀疑其开放的专利能否得到有效移植和使用,但今天再次回顾当年这一事件,无疑是加快全球电动汽车行业发展的催化剂。

 

数据说明:

1)累计专利数的统计截止至2022年4月29日。

2)企业层面的专利统计采用完全“并表”的原则,利用智慧芽全球专利数据库的公司树功能,汇总统计其控股的所有公司的所有专利。

3)智慧芽全球专利数据库持续动态收录全球158个国家/地区的已公开专利。一般来说,专利从申请到公开可查询,需要4到18个月,因此最近两年数据仅做参考。


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