1電動汽車電池均衡技術的重要性

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,導致電動汽車的動力性能受到較大影響。而電池均衡技術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的發(fā)展現(xiàn)狀

目前電池均衡技術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構研究。均衡策略研究的基礎是選擇合適的均衡變量,有國內外學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。均衡電路拓撲結構根據(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的世界歷年專利申請量分布如圖1所示,結合電動汽車的發(fā)展歷史分析電動汽車電池均衡技術專利,由圖1可以看出,電動汽車電池均衡技術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的研究以及電動汽車的生產。2011年至今,相關專利的申請量出現(xiàn)了下滑趨勢,這與電動汽車電池均衡技術趨于成熟以及專利申請由于公開時間滯后導致數(shù)據(jù)不全等因素有關。

2.1.2世界主要申請人分析

電動汽車電池均衡技術領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)了該國家相關技術實力的強弱,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國內專利分析

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

電動汽車電池均衡技術國內歷年專利申請量分布如圖3所示,世界歷年申請量與國內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,國內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,國內電動汽車電池均衡技術專利發(fā)展很慢,對比世界范圍內的專利申請,當世界范圍內申請量處于初步發(fā)展階段時,國內申請量為0,在此階段中國在此領域發(fā)展落后于其他國家。

在第二階段,電動汽車電池均衡技術國內申請量在2007年以后逐步上升,在2011年達到頂峰,這一方面是由于國內電動汽車電池均衡技術的發(fā)展,另一方面是國外相關領域的專利巨頭開始重視中國市場,加大了在國內的專利申請力度。2016年國內專利申請量出現(xiàn)反彈,而世界范圍內的申請量出現(xiàn)下降,主要原因是在于國內電動汽車電池均衡技術的發(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發(fā)展方向

目前電動汽車電池均衡技術的專利主要集中在電池均衡電路拓撲結構方面。而電動汽車電池均衡技術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構研究。均衡策略研究著眼于尋找合適的均衡變量,針對該均衡變量結合一定的統(tǒng)計學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。均衡電路拓撲結構則著重于研究實現(xiàn)均衡的最佳電路結構,在保證均衡效率的情況下盡量簡化結構,降低成本。電動汽車電池均衡技術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研究方向申請分布

4結語

本文結合電動汽車發(fā)展歷史,對電動汽車電池均衡技術領域的相關專利進行了分析,同時對電動汽車電池均衡技術的發(fā)展路線做了整理及展望。在電動汽車電池均衡技術領域,目前的專利申請主要集中在電路拓撲結構的研究和申請,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。