电动汽车电池均衡技术专利发展现状分析

1电动汽车电池均衡技术的重要性

锂电池通常由一个或几个电池组并联而成,每个电池组由多个电池串联而成,电池组在多次充放电循环后,各单体电池会出现电压或电量不一致的情况,各单体电池之间不均衡会减少电池组所输出的最大能量和循环寿命,导致电动汽车的动力性能受到较大影响。而电池均衡技术可以有效提高电池的能量利用率和使用寿命,使其得到了越来越多的关注,为电动汽车的发展开辟了更为广阔的前景。

1.1电动汽车的发展历史

电动汽车主要经历了4个发展时期:发展初期(1828一1860年）、发展中期(1860一1920年）、停滞期(1920一1990年）、复苏期(1990年至今）。随着汽车废气排放问题日渐突出,保护大气环境逐渐成为全球关注的焦点,电动汽车再次引起了人们的重视。

1.2电动汽车电池均衡技术的发展现状

目前电池均衡技术的研究主要集中在两个方面:均衡策略研究与均衡电路拓扑结构研究。均衡策略研究的基础是选择合适的均衡变量,有国内外学者基于电池管理系统以工作电压作为充放电截止条件和均衡变量,谋求充放电过程中工作电压保持一致。均衡电路拓扑结构根据对所传递能量的处理方式不同,可以分为两类:能量耗散型和能量非耗散型。

2电动汽车电池均衡技术专利分析

2.1世界专利分析

本文世界电动汽车电池均衡技术专利的数据统计的公开日截止时间为2017年3月31日,以下针对这些专利申请进行相关统计分析。

2.1.1世界历年申请量趋势分析

电动汽车电池均衡技术的世界历年专利申请量分布如图1所示,结合电动汽车的发展历史分析电动汽车电池均衡技术专利,由图1可以看出,电动汽车电池均衡技术的最早专利申请记录是在1978年,在2003一2011年期间,电动汽车专利申请量呈现快速增长的趋势,主要原因是日本、美国、欧洲等国家和地区的汽车公司、电子公司加大了对电动汽车技术的研究以及电动汽车的生产。2011年至今,相关专利的申请量出现了下滑趋势,这与电动汽车电池均衡技术趋于成熟以及专利申请由于公开时间滞后导致数据不全等因素有关。

2.1.2世界主要申请人分析

电动汽车电池均衡技术领域的主要申请人所属国家分布如图2所示,日本、美国、德国为主要申请国,三国申请总数占全球申请总量的75%,中国则只占据世界申请量中的很小一部分,通常来说,国家申请量所占份额的大小在一定程度上体现了该国家相关技术实力的强弱,从图2可以看出,工业发展最快的国家之一的日本在电动汽车电池均衡领域发展最快,紧随其后的美国、德国、法国、韩国也占据一定的有力地位。

2.2国内专利分析

本文国内电动汽车电池均衡技术专利的数据统计的公开日截止时间为2017年3月31日。中文摘要库中关于电动汽车电池均衡领域的相关申请共计307篇,以下针对这些申请进行相关统计分析。

电动汽车电池均衡技术国内历年专利申请量分布如图3所示,世界历年申请量与国内历年申请量对比如图4所示,由图4可以看出,与国外专利申请趋势大致对应,国内专利申请可以大致分为两个阶段:第一阶段为1978一2006年,第二阶段为2006年至今。

在第一阶段,国内电动汽车电池均衡技术专利发展很慢,对比世界范围内的专利申请,当世界范围内申请量处于初步发展阶段时,国内申请量为0,在此阶段中国在此领域发展落后于其他国家。

在第二阶段,电动汽车电池均衡技术国内申请量在2007年以后逐步上升,在2011年达到顶峰,这一方面是由于国内电动汽车电池均衡技术的发展,另一方面是国外相关领域的专利巨头开始重视中国市场,加大了在国内的专利申请力度。2016年国内专利申请量出现反弹,而世界范围内的申请量出现下降,主要原因是在于国内电动汽车电池均衡技术的发展以及申请量的上升,而DwpI数据库的数据不完整也占据一定因素。

3电动汽车电池均衡技术发展方向

目前电动汽车电池均衡技术的专利主要集中在电池均衡电路拓扑结构方面。而电动汽车电池均衡技术的研究主要集中在两个方面:均衡策略研究与均衡电路拓扑结构研究。均衡策略研究着眼于寻找合适的均衡变量,针对该均衡变量结合一定的统计学方法建立不一致性评价指标,并根据某种均衡电路寻找合适的均衡路径,确立最佳均衡闭值等。均衡电路拓扑结构则着重于研究实现均衡的最佳电路结构,在保证均衡效率的情况下尽量简化结构,降低成本。电动汽车电池均衡技术研究方向申请分布如图5所示。

图5电动汽车电池均衡技术研究方向申请分布

4结语

本文结合电动汽车发展历史,对电动汽车电池均衡技术领域的相关专利进行了分析,同时对电动汽车电池均衡技术的发展路线做了整理及展望。在电动汽车电池均衡技术领域,目前的专利申请主要集中在电路拓扑结构的研究和申请,而对于均衡策略方向的研究较为单一,还有一定的发展空间。