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【期刊名称】 《知识产权》
我国企业在电池管理系统的专利申请现状分析及技术创新思考
【作者】 赵景焕 崔伯雄 常力等【作者单位】 国家知识产权局专利局光电部
【分类】 专利法
【中文关键词】 电动汽车;电池管理系统;专利现状;技术创新
【期刊年份】 2010年【期号】 2
【页码】 37
【摘要】

电动汽车电池管理系统技术是电动汽车的一项关键技术。在简述发展电动汽车及发展电池管理系统的重要性和电池管理系统主要构成的基础上,重点介绍我国企业在电池管理系统领域的专利申请现状分析,最后对我国企业在电池管理系统专利技术应当采取的技术创新角度做出思考。

【全文】法宝引证码CLI.A.1144039    
  目前,随着全球性能源危机日益严重和几乎遍布全球的经济危机的扩散,大多数国家均在积极发展战略性新兴产业,推进产业结构调,寻求新的经济转机,另外全球环境的恶化也使人们积极寻求低碳经济的合理发展模式。在此过程中,大力发展电动汽车产业是各国政府普遍意识到的产业转型和发展契机。
  一、研究背景
  (一)发展电动汽车的重要性
  汽车的出现已经一百多年,经历了从欧洲的手工生产、美国的自动化生产、日本的精益生产三个阶段以及现在的现代化、全球化的规模生产。汽车的生产和使用极大地促进了经济的发展,极大地改善了人们的生活。但是汽车发展到今天,也带来严重的问题,即能源、环保和安全。这些问题是对交通可持续发展的三大挑战,也是对人类可持续发展的挑战,但是这些问题也指明了21世纪汽车革命的方向。就在世界各国努力研发安全、洁净、环保汽车的时候,人们把目光再次投向了电动汽车上,一致认为发展电动汽车是解决未来能源与环境问题的最有希望的措施之一。在世界范围内,此措施得到各国政府、汽车生产企业和科研机构的高度重视。
  目前,不仅仅美、日、欧等发达国家和地区投人很大财力于电动汽车的研制,我国政府也非常重视对电动汽车的发展。在“八五”、“九五”、“十五”期间,在研发电动汽车专项上国家投入了大量人力、物力,电动汽车也被列入“863”重点项目、十五重大攻关项目。并且,科技部门、各个地区及各汽车生产企业也在积极进行电动汽车的研发。
  伴随着各方重视和人力、物力的投入,电动汽车及相关技术研究开发在短期内获得了飞速发展。截至目前,已经有少量电动车型投入到实际运营中,如城市公交汽车、各种园区内的短途运营车辆及观光车等。
  (二)电池管理系统的重要性及构成概述
  1.电池管理系统的重要性
  电动汽车包括纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车,但制约他们未能普及的关键因素是车载动力电池技术相对落后,尤其是电池管理系统技术的相对落后。过去及现在,世界各国都在为电动汽车潜心研制高性能车载电池以及动力电池管理系统,但仍与期望目标存在较大差距。为了开发高性能的电池管理系统,各国或地区政府均给予政策扶持,并投入大量物力和技术力量。
  电池管理系统技术是电动汽车技术的一项关键技术,电池管理系统的性能优劣直接决定了电池/电池组的使用寿命和效率。电池管理系统对动力电池的工作参数(如电压、电流、温度、剩余电量和健康状态等)进行检测,以保证动力电池/电池组安全工作,并对动力电池/电池组的工作状态进行准确估计,以便整车控制系统根据当前的电池状态优化控制策略,提高整车的动力性和行车经济性。
  对电动汽车电池管理系统研究的巨大投入,为与电池管理系统相关的电池电子技术发展提供了巨大的契机。另外,随着近年来半导体技术及集成电路技术的发展,利用电池电子技术,开发高智能电池能源管理系统,可以有效地解决电动汽车续航里程与乘坐舒适性之间的矛盾,并且可以在复杂多变的外界环境条件下,更高效地利用电池能量,并能延长电池寿命等。
  2.电池管理系统构成概述北大法宝,版权所有
  电动汽车电池管理系统中的动力电池多采用串联方式连接,并且由于电池组内各单电池充放的不一致性,因此在充放电的过程中,以串联方式供电的电池的运行状况要比单电池供电的情况复杂得多。并且,电池的不一致性会严重影响电动汽车的性能,因此对每个单电池运行状况的监测也是十分重要的。
  电池管理系统从结构上可以分为分布式和集中式两种方案,分别适用于不同动力电池包结构形式。
  分布式电池管理系统,其在中央处理器(电池综合管理器)总的控制下,使用多个控制单元分别实现电池管理系统所需的各种功能,如数据采集、均衡充电、电量估计及通讯显示等;各个控制单元通过CAN总线进行数据通讯,实现单个电池及电池组模块电压、总电压、充放电电流、温度等数据的采集和测量、电量估算;同时,分布式电池管理系统具有很强的扩展性,可以进行具体电池诊断和电池安全性能保护等功能扩张。
  集中式电池管理系统,其将电池信息测量与采样模块和主控制模块集中在一起,通过设计多路控制选择开关分时完成对单个电池及电池组数据采集和测量,然后在数据处理模块中进行数据加工和处理,如电量估算等;集中式电池管理系统具有高性能、高可靠性的特点,但可扩展性不强。
  二、我国企业在电池管理系统领域的专利申请现状
  目前进行电动汽车研发的主要企业有一汽、上海大众、东风汽车、长安汽车、奇瑞汽车、吉利汽车、比亚迪汽车、上海华普、上海通用等企业。然而,除奇瑞和比亚迪外,其他企业在电池管理领域没有或仅有很少的专利申请。究其原因,一方面,一些电动车研发企业还没有将研发重心放到电池管理系统上;另一方面,国内企业在知识产权保护上意识不足,还没有自己的专利技术。
  目前,我国一些企业已经就电池管理系统技术申请了专利。在电池管理领域专利申请量排前六位的国内企业有:比亚迪、奇瑞汽车、深圳市比克电池有限公司、中兴、天津力神电池股份有限公司和华为。从图1中可以看出,这些企业在电池管理领域的研究普遍起步较晚,比亚迪和中兴从2000年才开始申请电池管理领域的专利,其他4家企业更晚,尤其是奇瑞汽车,从 2005年才第一次申请相关专利。虽然国内企业对该领域的研究比国外要晚,但是发展还是比较迅速的,2007年,各企业的申请量都比起步时有了大幅增长。比亚迪尤为突出,达到36件。
  以下分别对上述六家国内企业在电池管理领域的专利分布和技术路线进行分析。
  (一)比亚迪公司
  比亚迪股份有限公司创立于1995年,是一家香港上市的高新技术民营企业。比亚迪在广东、北京、上海和西安等地区建有七大生产基地,并在美国、欧洲、日本、韩国、印度、中国台湾、中国香港等地设有分公司或办事处。比亚迪现拥有IT和汽车两大产业群。
  1997年,公司自主研发并开始生产锂离子电池,很快投入量产。2006年6月,比亚迪纯电动汽车研发成功,成功搭载ET-POWER技术的动力电池,实现零污染、零排放、零噪音的三无目标,续航里程达350KM,标志着比亚迪纯电动汽车技术处于世界领先地位。2008年12月15日,全球第一款不依赖专业充电站的双模电动车—比亚迪双模电动车在深圳正式上市。2009年,比亚迪计划将推出纯电动汽车,提前20年实现世界汽车工业追逐的梦想。
  比亚迪在电池管理领域的专利申请量按年份分布如图2所示,比亚迪2000年申请了第一个电池管理领域的相关专利,2001年没有申请相关专利,2002年也仅申请了一项。实质上,比亚迪在电池管理领域的研究和发展从2003年才真正开始。从2003年至今,比亚迪的年申请量持续增长。
  比亚迪在电池管理领域的专利申请主要涉及的技术主题包括:电池的充放电及其控制、电池的保护、电池管理系统、防止电池过充或过放的检测及保护、电池短路的检测、电池电压监测、电池性能的测试、电池剩余电量的检测、电池的均衡管理和电池内阻的检测。涉及这些技术主题的专利申请共54件,其中发明专利申请33件,实用新型21件。在这些技术主题中,电池的充放电及其控制、电池管理系统、电池剩余电量的检测、电池的均衡管理

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