電動汽車電池均衡技術(shù)專利發(fā)展現(xiàn)狀分析

1電動汽車電池均衡技術(shù)的重要性

鋰電池通常由一個或幾個電池組并聯(lián)而成,每個電池組由多個電池串聯(lián)而成,電池組在多次充放電循環(huán)后,各單體電池會出現(xiàn)電壓或電量不一致的情況,各單體電池之間不均衡會減少電池組所輸出的最大能量和循環(huán)壽命,導(dǎo)致電動汽車的動力性能受到較大影響。而電池均衡技術(shù)可以有效提高電池的能量利用率和使用壽命,使其得到了越來越多的關(guān)注,為電動汽車的發(fā)展開辟了更為廣闊的前景。

1.1電動汽車的發(fā)展歷史

電動汽車主要經(jīng)歷了4個發(fā)展時期:發(fā)展初期(1828一1860年）、發(fā)展中期(1860一1920年）、停滯期(1920一1990年）、復(fù)蘇期(1990年至今）。隨著汽車廢氣排放問題日漸突出,保護大氣環(huán)境逐漸成為全球關(guān)注的焦點,電動汽車再次引起了人們的重視。

1.2電動汽車電池均衡技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前電池均衡技術(shù)的研究主要集中在兩個方面:均衡策略研究與均衡電路拓撲結(jié)構(gòu)研究。均衡策略研究的基礎(chǔ)是選擇合適的均衡變量,有國內(nèi)外學(xué)者基于電池管理系統(tǒng)以工作電壓作為充放電截止條件和均衡變量,謀求充放電過程中工作電壓保持一致。均衡電路拓撲結(jié)構(gòu)根據(jù)對所傳遞能量的處理方式不同,可以分為兩類:能量耗散型和能量非耗散型。

2電動汽車電池均衡技術(shù)專利分析

2.1世界專利分析

本文世界電動汽車電池均衡技術(shù)專利的數(shù)據(jù)統(tǒng)計的公開日截止時間為2017年3月31日,以下針對這些專利申請進行相關(guān)統(tǒng)計分析。

2.1.1世界歷年申請量趨勢分析

電動汽車電池均衡技術(shù)的世界歷年專利申請量分布如圖1所示,結(jié)合電動汽車的發(fā)展歷史分析電動汽車電池均衡技術(shù)專利,由圖1可以看出,電動汽車電池均衡技術(shù)的最早專利申請記錄是在1978年,在2003一2011年期間,電動汽車專利申請量呈現(xiàn)快速增長的趨勢,主要原因是日本、美國、歐洲等國家和地區(qū)的汽車公司、電子公司加大了對電動汽車技術(shù)的研究以及電動汽車的生產(chǎn)。2011年至今,相關(guān)專利的申請量出現(xiàn)了下滑趨勢,這與電動汽車電池均衡技術(shù)趨于成熟以及專利申請由于公開時間滯后導(dǎo)致數(shù)據(jù)不全等因素有關(guān)。

2.1.2世界主要申請人分析

電動汽車電池均衡技術(shù)領(lǐng)域的主要申請人所屬國家分布如圖2所示,日本、美國、德國為主要申請國,三國申請總數(shù)占全球申請總量的75%,中國則只占據(jù)世界申請量中的很小一部分,通常來說,國家申請量所占份額的大小在一定程度上體現(xiàn)了該國家相關(guān)技術(shù)實力的強弱,從圖2可以看出,工業(yè)發(fā)展最快的國家之一的日本在電動汽車電池均衡領(lǐng)域發(fā)展最快,緊隨其后的美國、德國、法國、韓國也占據(jù)一定的有力地位。

2.2國內(nèi)專利分析

本文國內(nèi)電動汽車電池均衡技術(shù)專利的數(shù)據(jù)統(tǒng)計的公開日截止時間為2017年3月31日。中文摘要庫中關(guān)于電動汽車電池均衡領(lǐng)域的相關(guān)申請共計307篇,以下針對這些申請進行相關(guān)統(tǒng)計分析。

電動汽車電池均衡技術(shù)國內(nèi)歷年專利申請量分布如圖3所示,世界歷年申請量與國內(nèi)歷年申請量對比如圖4所示,由圖4可以看出,與國外專利申請趨勢大致對應(yīng),國內(nèi)專利申請可以大致分為兩個階段:第一階段為1978一2006年,第二階段為2006年至今。

在第一階段,國內(nèi)電動汽車電池均衡技術(shù)專利發(fā)展很慢,對比世界范圍內(nèi)的專利申請,當世界范圍內(nèi)申請量處于初步發(fā)展階段時,國內(nèi)申請量為0,在此階段中國在此領(lǐng)域發(fā)展落后于其他國家。

在第二階段,電動汽車電池均衡技術(shù)國內(nèi)申請量在2007年以后逐步上升,在2011年達到頂峰,這一方面是由于國內(nèi)電動汽車電池均衡技術(shù)的發(fā)展,另一方面是國外相關(guān)領(lǐng)域的專利巨頭開始重視中國市場,加大了在國內(nèi)的專利申請力度。2016年國內(nèi)專利申請量出現(xiàn)反彈,而世界范圍內(nèi)的申請量出現(xiàn)下降,主要原因是在于國內(nèi)電動汽車電池均衡技術(shù)的發(fā)展以及申請量的上升,而DwpI數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)不完整也占據(jù)一定因素。

3電動汽車電池均衡技術(shù)發(fā)展方向

目前電動汽車電池均衡技術(shù)的專利主要集中在電池均衡電路拓撲結(jié)構(gòu)方面。而電動汽車電池均衡技術(shù)的研究主要集中在兩個方面:均衡策略研究與均衡電路拓撲結(jié)構(gòu)研究。均衡策略研究著眼于尋找合適的均衡變量,針對該均衡變量結(jié)合一定的統(tǒng)計學(xué)方法建立不一致性評價指標,并根據(jù)某種均衡電路尋找合適的均衡路徑,確立最佳均衡閉值等。均衡電路拓撲結(jié)構(gòu)則著重于研究實現(xiàn)均衡的最佳電路結(jié)構(gòu),在保證均衡效率的情況下盡量簡化結(jié)構(gòu),降低成本。電動汽車電池均衡技術(shù)研究方向申請分布如圖5所示。

圖5電動汽車電池均衡技術(shù)研究方向申請分布

4結(jié)語

本文結(jié)合電動汽車發(fā)展歷史,對電動汽車電池均衡技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)專利進行了分析,同時對電動汽車電池均衡技術(shù)的發(fā)展路線做了整理及展望。在電動汽車電池均衡技術(shù)領(lǐng)域,目前的專利申請主要集中在電路拓撲結(jié)構(gòu)的研究和申請,而對于均衡策略方向的研究較為單一,還有一定的發(fā)展空間。