純電動汽車電池管理系統(tǒng)重點(diǎn)專利技術(shù)分布

1、制約電動汽車普及的關(guān)鍵因素是車載動力電池的技術(shù)相對落后，尤其是電池管理系統(tǒng)(BMS)的相 對落后。電池管理系統(tǒng)是在使用過程中檢測電池能量的消耗量并預(yù)測電池剩余電量的綜合性電子控 制系統(tǒng)，此外，它還具備故障診斷、短路保護(hù)、顯示報(bào)警及實(shí)時(shí)監(jiān)測電池運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)等功能。電動汽車可以根據(jù)參數(shù)運(yùn)算及判斷結(jié)果對電動汽車的運(yùn)行工況進(jìn)行智能調(diào)肖。隨著近幾年電動汽車應(yīng)用研究和產(chǎn)業(yè)化的不斷升溫，國外一些大的汽車生產(chǎn)企業(yè)和蓄電池生產(chǎn)廠 家針對各種電動汽車電池做了大量研究及試驗(yàn)，構(gòu)建出了各自的數(shù)學(xué)模型，成功地開發(fā)出各自的電池 管理系統(tǒng)。其中典型的有：美國通用汽車公司生產(chǎn)的“EVI”型電動汽車上應(yīng)用的電池管理系統(tǒng)：美 國

2、 A e rovironm e nt 公司研發(fā)的 Lon g L i fe Battery u s ing Intelligen t M o dular Control Sy stem(通常稱為 smartG u ard 電池管理系統(tǒng));徳國 M en t zerEl e c t ro n ic GmbH 和 Wern e r R e t z laff研發(fā)的BA DlC H EQ電池管理系統(tǒng)和BADICO a CH電池管理系統(tǒng)；徳國B. H a uck設(shè) 計(jì)的BATTMA N系統(tǒng)；美國AC Propulsion公司開發(fā)的爼為B a t Opt的髙性能電池管理系統(tǒng)。我國在“十五”期間設(shè)立了電動汽

3、車重大專門研究項(xiàng)目，經(jīng)過幾年的發(fā)展，在電池管理系統(tǒng)技術(shù) 方而取得了很大的突破，已與國外水平較為接近。經(jīng)過近五年來的重點(diǎn)開發(fā)和研究，一些電池管理系 統(tǒng)研究項(xiàng)目已經(jīng)應(yīng)用到電動車輛的實(shí)際運(yùn)營中。我國多個(gè)地方政府也積極將電動汽車及其電池管理 系統(tǒng)開發(fā)列入地方產(chǎn)業(yè)化發(fā)展規(guī)劃中。此外,電動車輛快速發(fā)展和實(shí)際運(yùn)營測試也極大地促進(jìn)了我國 電池管理系統(tǒng)的技術(shù)研發(fā)水平的提高。二、電池管理系統(tǒng)重點(diǎn)專利技術(shù)分布本部分針對電動汽車電池管理系統(tǒng)領(lǐng)域的重點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行闡述，重點(diǎn)分析了技術(shù)分支的技術(shù)分布, 并在此基礎(chǔ)上指出重點(diǎn)專利技術(shù)的發(fā)展趨勢，給出發(fā)展建議。本部分的分析數(shù)據(jù)來源于中國專利文獻(xiàn)檢索系統(tǒng)，是基于1985年以來的專利

4、數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索得 到的?？紤]到技術(shù)的發(fā)展和專利的時(shí)效性等問題，僅對1990年至2009年的相關(guān)專利進(jìn)行統(tǒng)訃分析。(-)驅(qū)動電池的充放電控制系統(tǒng)檢索得到這一技術(shù)方向申請專利共61篇該技術(shù)方向可進(jìn)一步分為充電裝程（占46%）.分布式 控制（占20%）和充電平衡控制和穩(wěn)壓（占34%）三個(gè)子方向。其中，充電裝置子方向需求最旺盛，研發(fā)熱情也最髙，與此相關(guān)的充電平衡控制和穩(wěn)壓子方向 申請數(shù)雖:也比較多，而分布式控制的專利申請數(shù)雖:相對最少。代表性專利申請如CN2 0 09 4 4 53 2 Yo在充電裝置技術(shù)子方向，已經(jīng)被美國的DA L LAS SEMICONDUCTOR和日本的DENS 0等公 司在硬件設(shè)

5、汁方而領(lǐng)先，我國電動汽車行業(yè)今后的突破主要在提高充電效率和能源轉(zhuǎn)化率以及軟件 控制方向上。此技術(shù)方向又包括充電電路結(jié)構(gòu)、驅(qū)動起動用的充電裝置、以結(jié)構(gòu)簡單和低成本為目 標(biāo)的充電裝宜、重點(diǎn)在于充電裝置的充電方式以及提髙充電效率和能源轉(zhuǎn)化率五個(gè)子方向。在充電平衡控制和穩(wěn)壓技術(shù)子方向，技術(shù)方案多體現(xiàn)在旁路電路設(shè)汁方而，而我國電動汽車行業(yè) 在這些方而并無明顯優(yōu)勢。分布式控制技術(shù)方向是近年新興的研發(fā)方向，貝難點(diǎn)在于控制的穩(wěn)左性和實(shí)現(xiàn)成本.我國目前具 有較低的人力資源成本和生產(chǎn)成本，因此如果在這個(gè)方向上有所突破，必能在電動汽車電池管理系 統(tǒng)領(lǐng)域中做出相當(dāng)?shù)某煽儭＃ǘ╇姵爻潆姺椒z索得到電池充電方法技術(shù)方向

6、申請專利共21篇。該技術(shù)方向可進(jìn)一步分為根據(jù)電池端電壓的 值判斷充電進(jìn)程的方法（占6 2%）和英他方法（占38%）兩個(gè)子方向。代表性專利申請如CN 1 0 134663 6 Ao電池充電方法的領(lǐng)軍企業(yè)以日本SONY. TOYOTA等公司為代表。由于電池充電方法研發(fā)成本髙、 周期長，因此本文建議我國具有一泄實(shí)力的科研院所或者大型的電動汽車企業(yè)對此給予關(guān)注。根據(jù)電池端電壓的值判斷充電進(jìn)程的方法是目前最成熟、最可靠的方法。我國南客、比亞迪等公 司在此方向具有一左的實(shí)力。目前，該方向的研究趨向邊緣化，即趨向于對現(xiàn)有技術(shù)的細(xì)節(jié)做岀種種 改進(jìn)。英他方向一般是出于另辟蹊徑考慮而做岀的，這些非主流的技術(shù)方向目

7、前距離大而積推廣應(yīng)用還存在相當(dāng)差距，有些甚至仍然停留在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中。（三）充放電安全保護(hù)電池充放電安全保護(hù)技術(shù)是近幾年才逐漸發(fā)展起來的。檢索得到申請專利共16篇。該技術(shù)方向 進(jìn)一步分為通過對充電時(shí)電池的端電壓檢測實(shí)現(xiàn)保護(hù)方向（占56%）和依據(jù)非電壓參數(shù)方法方向（占 44%）兩個(gè)子方向。代表性專利申請如CN10 1 4 31 2 45 A。通過對充電時(shí)電池的端電壓檢測實(shí)現(xiàn)保護(hù)方向在技術(shù)思路上是成熟的?？v觀這一技術(shù)方向的發(fā)展, 是隨著電壓檢測裝置和器件的發(fā)展而發(fā)展的，如從最原始的電阻到超級電容器，再到光電隔離器件。依據(jù)非電壓參數(shù)方法方向發(fā)展很快，技術(shù)方案繁雜。建議相關(guān)廠商能夠從下而所列舉的代表性專

8、 利中得到啟示：CN10 1 214 797A、CN101085604A 和 CN101264 7 3 4 A。（四）電池控制系統(tǒng)及方法檢索得到電池控制系統(tǒng)及方法技術(shù)方向申請專利共21篇。該技術(shù)方向進(jìn)一步分為側(cè)重控制原理 的技術(shù)方案（占62%）、側(cè)重對電路結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)組成方而的技術(shù)方案（占3 8%）兩個(gè)子方向。代表性 專利申請如CN14747 5 9A.電池控制系統(tǒng)及方法主要涉及對電動汽車電池的電性參數(shù)（例如電壓、電流等）、環(huán)境參數(shù)（例如 溫度）和剩余電量（SOC）等參數(shù)進(jìn)行控制，以保證電動汽車的正常供電、穩(wěn)立供電或優(yōu)化供電。側(cè)重控 制原理的技術(shù)方案的專利數(shù)呈小于側(cè)重對電路結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)組成方面的技

9、術(shù)方案的專利數(shù)戢,這正說 明了從原理到貞正實(shí)施這一過程需要付出巨大勞動和成本?；谖覈妱悠囆袠I(yè)方興未艾的現(xiàn)狀, 本文建議我國電動汽車電池管理系統(tǒng)的相關(guān)企業(yè)將注意力集中在電路結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)組成的研發(fā)和生產(chǎn) 方而，依靠成本優(yōu)勢搶占國內(nèi)外訂單。（五）電池放電方法和裝置檢索得到電池放電方法和裝置技術(shù)方向申請專利共8篇。代表性專利申請如CN1556417Ao電池放電方法和裝置在電動汽車中保證電池能夠被有效地充電和健康地使用。鑒于我國目前電動汽 車電池技術(shù)發(fā)展速度限制了電池放電技術(shù)的試驗(yàn)和實(shí)施，本文建議我國電動汽車電池管理系統(tǒng)的研 發(fā)生產(chǎn)者如果不具備自行或聯(lián)合研發(fā)電動汽車電池的技術(shù)實(shí)力，暫緩對這一技術(shù)方向

10、的投入。（六）電池管理系統(tǒng)的異常與報(bào)警檢索得到電池管理系統(tǒng)的異常與報(bào)警技術(shù)方向申請專利共12篇。代表性專利申請如CN1614951Ao電池管理系統(tǒng)的異常與報(bào)警是電動汽車消費(fèi)者直接接觸的一個(gè)環(huán)肖。這個(gè)環(huán)巧所需要的技術(shù)并不 復(fù)雜，完全可以借鑒其他電子產(chǎn)品的異常和報(bào)警處理方案。因此，不論是以前還是將來，這一技術(shù)方 向都不會成為具有競爭力的研發(fā)或生產(chǎn)方向。（七）電池管理系統(tǒng)通信技術(shù)檢索得到電池管理系統(tǒng)通信技術(shù)方向申請&利共26篇。該技術(shù)方向進(jìn)一步分為CAN總線（占65%） 和其他總線（占3 5%）兩個(gè)子方向。英中，采用CAN總線進(jìn)行通信的電池管理技術(shù)占絕對主流， 研發(fā)熱情也最髙。代表性專利申請如CN

11、1 55 5 996 Ao目前，電池管理系統(tǒng)通信技術(shù)是電池管理系統(tǒng)內(nèi)部各組件之間、電池管理系統(tǒng)與電動汽車其他控制 和監(jiān)測單元之間進(jìn)行交互的重要媒介?？梢灶A(yù)見，隨著通信技術(shù)的日益發(fā)展，電池笛理系統(tǒng)通信技 術(shù)在電動汽車電池管理系統(tǒng)的應(yīng)用中是大有可為的。（A）對電池狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控技術(shù)檢索得到對電池狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控技術(shù)方向申請專利共109篇。分為對單一電池參數(shù)的監(jiān)控（占21%）、對多個(gè)電池參數(shù)的監(jiān)控（占9 %）、剩余容量估計(jì)（SOC估汁）（占3 3%）、SOH/異常狀態(tài)與SOF（占10%）、對電池輸出功率或能量的監(jiān)控（占13%）以及電池的英他指標(biāo)（占1 4%）六個(gè)子方向。代 表性專利如c N1290418A

12、c對電池狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控的技術(shù)是整個(gè)電動汽車電池管理系統(tǒng)的核心技術(shù)。電動汽車電池狀態(tài)一般包 括有電壓、電流、溫度、功率、剩余容量等，對這些狀態(tài)參數(shù)的快速、準(zhǔn)確地監(jiān)測和控制是衡量電動 汽車電池管理系統(tǒng)研發(fā)生產(chǎn)者實(shí)力的最直接的指標(biāo)。其中，剩余容雖估汁技術(shù)占絕對主流，研發(fā)熱情 也最髙。在剩余容量估il技術(shù)分支中，又包括基于測量得到的電池參數(shù)計(jì)算電池SOC和基于電池模型或 狀態(tài)函數(shù)計(jì)算電池s 0C兩個(gè)子方向。在電池的其他指標(biāo)技術(shù)分支中，又包括對溫度的監(jiān)控方向以及壽命、老化程度判斷兩個(gè)子方向。（九）在電池管理系統(tǒng)中對電池進(jìn)行測試檢索得到在電池管理系統(tǒng)中對電池進(jìn)行測試技術(shù)方向申請專利共4篇。代表性專利如專利申

13、請CN10118 7 6 9 6Ao這一技術(shù)方向主要對電池參數(shù)（例如電壓、電流、溫度和內(nèi)阻）等進(jìn)行在線監(jiān)測，并給出專業(yè)性的 結(jié)論和建議，科技含量較髙.是電動汽車電池管理系統(tǒng)今后發(fā)展的一個(gè)重要方向。（十）電動汽車充電站檢索得到電動汽車充電站技術(shù)方向申請&利共6篇。代表性專利如專利申請CN28219 9 9Y。超級電動汽車及復(fù)合電源電動汽車可以用于城市公交車及其他短距離運(yùn)輸，對檸能減排、提高城 市運(yùn)輸運(yùn)力能起到重要作用。在我國當(dāng)前大規(guī)模城市化進(jìn)程中，隨著以電動公交車為首的電動汽車普 及，電動汽車充電站是相關(guān)行業(yè)立足國內(nèi)的一個(gè)很好的切入點(diǎn)。（I 一）電池管理系統(tǒng)與車輛管理系統(tǒng)的耦合檢索得到電池管理系

14、統(tǒng)與車輛管理系統(tǒng)的耦合技術(shù)方向申請專利共26篇。該技術(shù)方向可分為與車 輛控制系統(tǒng)緊耦合的電池管理系統(tǒng)（占5 8%）和與車輛控制系統(tǒng)松耦合的電池管理系統(tǒng)（占42%）兩個(gè) 子方向，它們幾乎并列發(fā)展。代表性專利申請如CN1933283 A o目前，電池管理系統(tǒng)與車輛管理系統(tǒng)的耦合技術(shù)在國內(nèi)和國外都是研究熱點(diǎn)，對電動汽車的整車 安全性能有相當(dāng)大的影響，因此建議我國的電動汽車電池管理系統(tǒng)從業(yè)者能夠引起足夠的重視，盡早 地研發(fā)出符合自己品牌汽車特點(diǎn)的耦合技術(shù)方案。（十二）電池管理系統(tǒng)的模擬測試、建模和預(yù)測檢索得到電池管理系統(tǒng)的模擬測試、建模和預(yù)測技術(shù)方向申請專利共20篇。代表性專利申請如CN10 1 50

15、44 4 3A-該方向技術(shù)是對電池的電池參數(shù)、電池管理系統(tǒng)的通信能力等進(jìn)行測試、模擬、仿真和預(yù)測的技 術(shù)。雖然其變化不會很大，發(fā)展也不快，但是由于每一家電動汽車生產(chǎn)廠家都需要這個(gè)環(huán)卩，所以市場 前景廣闊。建議行業(yè)內(nèi)有意從事此方而研究和制造的單位能夠堅(jiān)持下去，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)。三、思考與啟示（一）未來幾年內(nèi)的技術(shù)發(fā)展方向根據(jù)上文對我國電動汽車電池管理系統(tǒng)重點(diǎn)技術(shù)方向的專利數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，我們得到技術(shù)方 向分布圖（參見圖1）。從圖1中可以看出，“對電池狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控技術(shù)”以及“驅(qū)動電池的充放電控制系統(tǒng)”這兩個(gè)技 術(shù)方向是電動汽車電池管理系統(tǒng)領(lǐng)域里最受關(guān)注的兩個(gè)方向。具體來講，“對電池狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控技術(shù)

16、” 這個(gè)技術(shù)方向涉及的內(nèi)容較多，包括對單一電池參數(shù)的監(jiān)控、對多個(gè)電池參數(shù)的監(jiān)控、剩余容量估計(jì) （SOC估計(jì)）、soil/異常狀態(tài)與SOF、對電池輸出功率或能量的監(jiān)控以及電池的其他指標(biāo)六個(gè)子 方向。鑒于近期內(nèi)電動汽車行業(yè)仍然處于起步階段,很多面向應(yīng)用的技術(shù)，例如SOH/異常狀態(tài)與SO F、對電池輸出功率或能量的監(jiān)控等還沒有成熟，所以在未來一段時(shí)期內(nèi)發(fā)展比較看好的技術(shù)是剩余 容量估計(jì)和對單一電池參數(shù)的監(jiān)控。此外,未來幾年內(nèi)，另一個(gè)值得關(guān)注的技術(shù)方向是智能化的電動汽車電池管理系統(tǒng)。從近幾年專 利申請所集中的技術(shù)方向看，在短期的技術(shù)路線規(guī)劃上，我國的電動汽車電池管理系統(tǒng)行業(yè)要結(jié)合我 國在控制領(lǐng)域的優(yōu)勢

17、，重點(diǎn)發(fā)展智能化的電動汽車電池管理系統(tǒng)。我國在電子控制領(lǐng)域已經(jīng)躋身世 界先進(jìn)行列，從載人火箭、大飛機(jī)等項(xiàng)目的逐步實(shí)現(xiàn)就可見一斑;同時(shí)，隨著我國多個(gè)五年汁劃的實(shí)施, 我國在信息產(chǎn)業(yè)中對各種人工智能的技術(shù)也有了相當(dāng)?shù)恼莆?；更重要的是，在?dāng)今世界電動汽車電 池管理系統(tǒng)的發(fā)展中，還沒有哪個(gè)大型公司乃至國家將注意力集中在這一領(lǐng)域，這一點(diǎn)從上述&利分 析中即可看岀。因此，大力發(fā)展智能化的電動汽車電池管理系統(tǒng)，不但可以充分發(fā)揮我國自身優(yōu)勢， 幫助我國在本行業(yè)競爭中迅速占據(jù)領(lǐng)先優(yōu)勢，而且還可以有效降低我國電動汽車行業(yè)在電動汽車用 鋰離子電池這種投資巨大、研發(fā)周期長、見效緩慢的技術(shù)路線上可能遇到的研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。（二）我國可能有所突破的方而一方而，在短期內(nèi)值得關(guān)注的技術(shù)方向是混合動力電動汽車的電池管理系統(tǒng)的研