純電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)重點(diǎn)專利技術(shù)分布

1、制約電動(dòng)汽車普及的關(guān)鍵因素是車載動(dòng)力電池的技術(shù)相對(duì)落后，尤其是電池管理系統(tǒng)(BMS)的相 對(duì)落后。電池管理系統(tǒng)是在使用過(guò)程中檢測(cè)電池能量的消耗量并預(yù)測(cè)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(cè)電池運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)等功能。電動(dòng)汽車可以根據(jù)參數(shù)運(yùn)算及判斷結(jié)果對(duì)電動(dòng)汽車的運(yùn)行工況進(jìn)行智能調(diào)肖。隨著近幾年電動(dòng)汽車應(yīng)用研究和產(chǎn)業(yè)化的不斷升溫，國(guó)外一些大的汽車生產(chǎn)企業(yè)和蓄電池生產(chǎn)廠 家針對(duì)各種電動(dòng)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(guó)通用汽車公司生產(chǎn)的“EVI”型電動(dòng)汽車上應(yīng)用的電池管理系統(tǒng)：美 國(guó)

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(guó) 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(guó)B. H a uck設(shè) 計(jì)的BATTMA N系統(tǒng)；美國(guó)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(guó)在“十五”期間設(shè)立了電動(dòng)汽

3、車重大專門研究項(xiàng)目，經(jīng)過(guò)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(guó)外水平較為接近。經(jīng)過(guò)近五年來(lái)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(dòng)車輛的實(shí)際運(yùn)營(yíng)中。我國(guó)多個(gè)地方政府也積極將電動(dòng)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(dòng)車輛快速發(fā)展和實(shí)際運(yùn)營(yíng)測(cè)試也極大地促進(jìn)了我國(guó) 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(duì)電動(dòng)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(shì)，給出發(fā)展建議。本部分的分析數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)專利文獻(xiàn)檢索系統(tǒng)，是基于1985年以來(lái)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(wèn)題，僅對(duì)1990年至2009年的相關(guān)專利進(jìn)行統(tǒng)訃分析。(-)驅(qū)動(dòng)電池的充放電控制系統(tǒng)檢索得到這一技術(shù)方向申請(qǐng)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(qǐng)數(shù)雖:也比較多，而分布式控制的專利申請(qǐng)數(shù)雖:相對(duì)最少。代表性專利申請(qǐng)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(guó)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(guó)電動(dòng)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(dòng)起動(dòng)用的充電裝置、以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(guó)電動(dòng)汽車行業(yè) 在這些方而并無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)。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(guó)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(dòng)汽車電池管理系 統(tǒng)領(lǐng)域中做出相當(dāng)?shù)某煽?jī)。（二）電池充電方法檢索得到電池充電方法技術(shù)方向

6、申請(qǐng)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(qǐng)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(zhǎng)，因此本文建議我國(guó)具有一泄實(shí)力的科研院所或者大型的電動(dòng)汽車企業(yè)對(duì)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(guó)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(duì)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(lái)的。檢索得到申請(qǐng)專利共16篇。該技術(shù)方向 進(jìn)一步分為通過(guò)對(duì)充電時(shí)電池的端電壓檢測(cè)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(qǐng)如CN10 1 4 31 2 45 A。通過(guò)對(duì)充電時(shí)電池的端電壓檢測(cè)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(cè)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(jí)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(qǐng)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(duì)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(qǐng)如CN14747 5 9A.電池控制系統(tǒng)及方法主要涉及對(duì)電動(dòng)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(dòng)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(duì)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(shuō) 明了從原理到貞正實(shí)施這一過(guò)程需要付出巨大勞動(dòng)和成本?；谖覈?guó)電動(dòng)汽車行業(yè)方興未艾的現(xiàn)狀, 本文建議我國(guó)電動(dòng)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(shì)搶占國(guó)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(qǐng)專利共8篇。代表性專利申請(qǐng)如CN1556417Ao電池放電方法和裝置在電動(dòng)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(guó)目前電動(dòng)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(guó)電動(dòng)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(dòng)汽車電池的技術(shù)實(shí)力，暫緩對(duì)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(qǐng)專利共12篇。代表性專利申請(qǐng)如CN1614951Ao電池管理系統(tǒng)的異常與報(bào)警是電動(dòng)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(lái)，這一技術(shù)方 向都不會(huì)成為具有競(jìng)爭(zhēng)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(qǐng)&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(duì)主流， 研發(fā)熱情也最髙。代表性專利申請(qǐng)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(dòng)汽車其他控制 和監(jiān)測(cè)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(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的應(yīng)用中是大有可為的。（A）對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控技術(shù)檢索得到對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控技術(shù)方向申請(qǐng)專利共109篇。分為對(duì)單一電池參數(shù)的監(jiān)控（占21%）、對(duì)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(duì)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(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控的技術(shù)是整個(gè)電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的核心技術(shù)。電動(dòng)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(duì)這些狀態(tài)參數(shù)的快速、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)和控制是衡量電動(dòng) 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(duì)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(cè)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(duì)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(duì)電池進(jìn)行測(cè)試檢索得到在電池管理系統(tǒng)中對(duì)電池進(jìn)行測(cè)試技術(shù)方向申請(qǐng)專利共4篇。代表性專利如專利申

13、請(qǐng)CN10118 7 6 9 6Ao這一技術(shù)方向主要對(duì)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(cè)，并給出專業(yè)性的 結(jié)論和建議，科技含量較髙.是電動(dòng)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(dòng)汽車充電站檢索得到電動(dòng)汽車充電站技術(shù)方向申請(qǐng)&利共6篇。代表性專利如專利申請(qǐng)CN28219 9 9Y。超級(jí)電動(dòng)汽車及復(fù)合電源電動(dòng)汽車可以用于城市公交車及其他短距離運(yùn)輸，對(duì)檸能減排、提高城 市運(yùn)輸運(yùn)力能起到重要作用。在我國(guó)當(dāng)前大規(guī)模城市化進(jìn)程中，隨著以電動(dòng)公交車為首的電動(dòng)汽車普 及，電動(dòng)汽車充電站是相關(guān)行業(yè)立足國(guó)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(qǐng)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(qǐng)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(guó)內(nèi)和國(guó)外都是研究熱點(diǎn)，對(duì)電動(dòng)汽車的整車 安全性能有相當(dāng)大的影響，因此建議我國(guó)的電動(dòng)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(cè)試、建模和預(yù)測(cè)檢索得到電池管理系統(tǒng)的模擬測(cè)試、建模和預(yù)測(cè)技術(shù)方向申請(qǐng)專利共20篇。代表性專利申請(qǐng)如CN10 1 50

15、44 4 3A-該方向技術(shù)是對(duì)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(cè)試、模擬、仿真和預(yù)測(cè)的技 術(shù)。雖然其變化不會(huì)很大，發(fā)展也不快，但是由于每一家電動(dòng)汽車生產(chǎn)廠家都需要這個(gè)環(huán)卩，所以市場(chǎng) 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(shí)產(chǎn)權(quán)。三、思考與啟示（一）未來(lái)幾年內(nèi)的技術(shù)發(fā)展方向根據(jù)上文對(duì)我國(guó)電動(dòng)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(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控技術(shù)”以及“驅(qū)動(dòng)電池的充放電控制系統(tǒng)”這兩個(gè)技 術(shù)方向是電動(dòng)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(lái)講，“對(duì)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(duì)單一電池參數(shù)的監(jiān)控、對(duì)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(duì)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(dòng)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(duì)電池輸出功率或能量的監(jiān)控等還沒(méi)有成熟，所以在未來(lái)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(duì)單一電池參數(shù)的監(jiān)控。此外,未來(lái)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(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)。從近幾年專 利申請(qǐng)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(guó)的電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)行業(yè)要結(jié)合我 國(guó)在控制領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)

17、，重點(diǎn)發(fā)展智能化的電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)。我國(guó)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(guó)多個(gè)五年汁劃的實(shí)施, 我國(guó)在信息產(chǎn)業(yè)中對(duì)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(dòng)汽車電 池管理系統(tǒng)的發(fā)展中，還沒(méi)有哪個(gè)大型公司乃至國(guó)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(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)，不但可以充分發(fā)揮我國(guó)自身優(yōu)勢(shì)， 幫助我國(guó)在本行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中迅速占據(jù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，而且還可以有效降低我國(guó)電動(dòng)汽車行業(yè)在電動(dòng)汽車用 鋰離子電池這種投資巨大、研發(fā)周期長(zhǎng)、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(guó)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(dòng)力電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)的研