電動車專利地圖 - 車輛電池管理系統

按，因應電動車輛的快速崛起，為了解決電動車輛上路時容易產生的里程焦慮，傳統及新興車廠投入大量資金研究電動車輛的核心技術之一「車輛電池管理系統BMS(Battery Management System)」，其目的主要是對鋰電池進行監控，防止鋰電池的過充電或過放電、估測剩餘電量、動態監控電池狀況及保持電池的能量均衡。

電動車電池

主因是鋰電池對運行的溫度、電流和電壓區間的要求嚴苛，而鋰電池的安全性較低且製作成本高昂，為了能夠較大容量的儲存電力，常見做法是對鋰電池組進行堆疊整合，而假設各鋰電池組之間狀態與參數在長時間的不均衡狀況下，容易造成鋰電池狀況惡化影響壽命及產生安全風險。

BMS的功能示意圖(圖片來源：調色盤網)

鑑於「車輛電池管理系統」係為了監控電動車輛能量轉換、控制充放電效率、估算電池容量及保障車輛安全性，同時為因應中國紅色供應鏈崛起，台灣各產業鏈除要掌握核心競爭力持續深化外，且商場如戰場，亦要知己知彼，才能百戰百勝，本所特從中國知識產權局的專利資料庫中所收集到與「車輛電池管理系統」相關的專利進行統計分析，以一窺中國「車輛電池管理系統」技術的發展近況。

一、「車輛電池管理系統年度趨勢」分析

藉由中國專利的「年度趨勢」分析，可以探知中國「車輛電池管理系統」的專利技術生命週期。依照專利的公開/公告日來進行統計，至2021/08/20日止，近年來中國「車輛電池管理系統」的專利數量在2016年開始大幅成長，至2018年專利量達到高峰，而2018～2020年則維持高峰；特別一提，今年(2021)因為有一部分的專利數量尚未公開公告，故趨勢線會有往下掉的情況。

2021中國「車輛電池管理系統」專利的年度發展趨勢圖

2021中國「車輛電池管理系統」專利的年度專利數量一覽表

二、「車輛電池管理系統競爭申請人」分析

藉由「競爭申請人」分析，可以探知「車輛電池管理系統」技術領域中領導者；至2021/05/21日為止，在中國「車輛電池管理系統」的專利申請數量TOP1為「株式會社LG化學」有66件，TOP2為「寧德時代新能源科技股份有限公司」、「惠州市億能電子有限公司」有58件、TOP3為「惠州市藍微新源技術有限公司」有55件。

2021中國「車輛電池管理系統」專利的競爭申請人排行圖

2021中國「車輛電池管理系統」專利的競爭申請人排行表

三、「車輛電池管理系統競爭發明人」分析

藉由「競爭發明人」分析，可以探知各家公司的研發人才概況；至2021/05/21日為止，發明人在「車輛電池管理系統」專利創作數量TOP1為「劉飛」有59件，TOP2為「阮旭松」有57件、TOP3為「文鋒」有52件。

2021中國「車輛電池管理系統」專利的競爭發明人排行圖

四、車輛電池管理系統重要專利解析

(一)、CN113066272A「一種基於電池管理的類比前端採集系統」專利案:

本發明屬於電池管理技術領域，尤其為一種基於電池管理的類比前端採集系統，包括多通道資料獲取模組、類比前端單元、FPGA晶片、儲存模組、智慧標籤生成模組、智慧標籤讀卡模組、上位機、資料異常監控單元、報警模組和無線通訊模組，所述多通道資料獲取模組的輸出端與類比前端單元相連，所述多通道資料獲取模組用於電池資料獲取。本發明利用類比前端單元對接收的傳感信號進行濾波、放大、模數轉換處理，提高傳輸信號的載噪比，FPGA晶片與上位機之間採用無線射頻識別技術實現資料的穩定、安全傳輸，無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸，可以做到穿透性和無屏障閱讀，智慧標籤可以重複使用，方便資訊資料的更新，識別準確、靈活。

上圖為CN113066272A專利案的「一種基於電池管理的類比前端採集系統」的示意圖

(二)、CN113022374A「電動汽車電池管理系統的被動均衡控制方法及系統」專利案:

本發明涉及一種電動汽車電池管理系統的被動均衡控制方法及系統。該方法包括如下步驟：獲取電池系統的工作模式；當電池系統處於靜態、或准靜態、或外部充電模式時，獲取單體電池的即時單體荷電狀態值，確定第一目標均衡單體；控制其進行放電均衡，並即時檢測單體荷電狀態變化情況，判斷均衡回應的正確性及控制均衡關閉；當電池系統處於行車放電模式時，獲取電池單體的即時單體電壓，確定第二目標均衡單體；控制其進行放電均衡，並即時檢測單體電壓變化情況，判斷均衡回應的正確性及控制均衡關閉。本發明解決均衡開啟與關閉不合理會降低均衡效率，未考慮整車環境容易疏漏均衡機會，以及開環的均衡管理導致準確度和精度較低的問題。

上圖為CN113022374A專利案的「電動汽車電池管理系統的被動均衡控制方法及系統」的示意圖

(三)、CN112703126A「電池管理方法、電池設備和包括電池設備的車輛」專利案:

本發明電池設備可以接收SOC設置範圍，對至少一個電池組進行充電，基於至少一個電池組的狀態資訊來估計SOC，監視所估計的SOC是否達到與SOC設置範圍的上限相對應的充電基參考值，並且在通過監視的結果確認所估計的SOC達到充電參考值時停止充電。SOC設置範圍可以基於車輛的行駛資訊來確定，並且可以在其中至少一個電池組中包括的電池單體的劣化最低的SOC限制範圍內。

上圖為CN112703126A專利案「電池管理方法、電池設備和包括電池設備的車輛」的示意圖

(四)、CN112677766A「基於BMS的電動汽車智慧補電方法和系統」專利案:

本發明揭示了一種基於BMS的電動汽車智慧補電方法：1)當汽車處於休眠狀態或整車待機時，由BMS達到計算時間點或檢測到蓄電池電壓低於設定值時，通過CAN喚醒整車通訊；2)再次檢測蓄電池電壓值，若電壓值低於設定值執行下一步；3)用戶確定是否執行補電，若是則執行下一步；4)VCU判斷是否滿足補電條件，若是則執行下一步；5)進入補電模式，動力電池為蓄電池補電。本發明打破常規定時定期喚醒，根據上一次下電蓄電池電壓值計算時間，存儲時間t。在達到預設時間點t,喚醒CAN網路。根據整車情況判斷是否為蓄電池(小電池)補電，可以保證蓄電池電壓，防止蓄電池虧電。自動啟動判斷和補電步驟，滿足整車幾種使用工況，匹配進行智慧補電，增加了系能源汽車的智慧化程度，提高用戶體驗。

上圖為CN112677766A專利案「基於BMS的電動汽車智慧補電方法和系統」的示意圖

(五)、CN112186275A「一種基於雲端的BMS體系」專利案:

本發明屬於電池管理系統領域，具體涉及到前端BMS硬體、邊緣計算節點、電池資料分析平臺為依託的三層架構組成的新型電池管理系統體系。包括電池容量和SOC不一致判定，電池主動均衡指令計算下發；具備電池壽命預測、健康狀態評估功能，包括電池模型更新。本發明所述的基於雲端的BMS體系，簡化前端硬體部分，加強邊緣、雲的資料分析功能，並將電池管理、狀態評估及運維功能上移至上層平臺，依靠上層平臺的大資料計算分析能力，提高BMS的安全性，包括風險預警和保護，提高BMS的經濟性，包括減低硬體成本，提升電池系統利用效率。