电动汽车电池管理系统技术综述

电动汽车电池管理系统技术综述

摘要：电池系统作为电动汽车的动力源，承担电动汽车全部或者部分动力输出，其性能优劣直接影响电动汽车的动力性能和续驶里程。电池管理系统(BMS)作为电池系统的核心部分，在整个电动汽车的研究和发展过程中具有举足轻重的作用。本文分析了电池管理系统领域的专

利申请，通过专利数据统计分析，对申请量随时间的变化、申请人的分布和技术手段、技术

效果进行了分析，对电池管理系统的发展方向做出了一定预测。

关键词：电池管理系统；BMS；电动汽车

一、概述

典型电池管理系统主要由数据采集、中央处理器（CPU）、均衡管理、热管理和数据通讯等

模块组成，其工作过程为：(一)通过数据采集模块获取电池电路中的重要数据；(二)将获取的

数据发送给中央处理器进行分析和处理；(三) 比对数据库记录，发出程序控制和变更指令；(四)将实时数据发送到数据显示器，同时执行模块做出动作，对电池组进行调控。

二、专利分析

本文筛选出2000-2018年国内外相关专利申请，并从以下几个方面对其进行专利分析。

1、专利申请趋势分析

全世界在电动汽车中针对主题为电池管理系统（BMS）等相关方面改进的专利申请共计635件，其中向中国专利局提交的申请有377件。参见下面图1可以发现，全球开始申请电池管

理系统方面的专利均是从21世纪伊始开始有所增长，这与进入21世纪后各国大力倡导新能

源息息相关，电动车作为一种新能源汽车获得了较大的发展空间，因此，电池管理系统也开

始较大的研发力度，并且从2004年-2008年有了一个小幅度的增长；在2008年申请量骤减，这与当时国外爆发经济危机有一定的关系，导致研发力度下降，从2009-2018年基本处于一

个申请量稳步增长的阶段，在国际大环境下，各国更加注重清洁能源的研发，注重性能更良

好的电池管理系统，而国内在国家“十一·五”规划和“863”计划的推动下以及对电动汽车等新能源汽车的大力扶植，一直至2018年，我国在BMS研究方面也取得了很大的突破。

图1 全球申请趋势

2、专利申请地域分析

从专利申请的国家来看，进入21世纪第二个十年以来中国成为电池管理系统的最大申请国，而韩国、美国、德国和日本的申请量也较大，这几个国家也是目前汽车行业发达的国家，并

且在大力推进新能源汽车的发展，因此，其有关电池管理系统的申请较多也是合理之中。

从时间来看，国外第一篇系统研究电池管理系统的专利为1987年由日本的PENTEL KK申请

的公开号为JPS63298512 A的专利；而第一篇向中国专利局提交的相关申请是由澳大利亚的

法罗技术公司申请的，于2000年12月11日进入国家阶段，公开号为CN1305655A的专利，另外，第一篇中国申请人申请的电池管理系统相关专利为北京嘉捷源技术开发有限公司于2002年8月30日申请的，公开号为CN1405941A的专利，此后几年，国内对电池管理系统

的相关申请有所增加，随着国家对新能源汽车的扶持，电池管理系统的研究也获得了迅速发展，并于2009年成为电池管理系统相关专利申请的最大国，尤其近几年中国在该方面的专

利申请量所占比重越来越大。

图2 专利申请地域分布及趋势图

3、主要专利申请人分布情况

从图3的全球范围内申请人来看不难看出，在全球范围内对电池管理系统的主要申请人还是以公司为主，主要申请人前十名中，国外申请人占主要部分达到八家，只有两家是中国公司申请，可见国内还需要加大研究电池管理系统，以保证新能源汽车的研发。

图3 全球主要申请人分布图图4 电池管理系统各研究方面的发展

三、核心专利技术分析

电池管理系统技术分支主要包含：荷电状态（SOC）的估计、均衡管理、热管理和健康状况（SOH）的估计、数据传输等方面的研究。

参见图4可知，从2006年至2018年，电池管理系统中的SOC方面的研究一直是研发的主要方面，其次是均衡方面和SOH的研究，这也反应出了SOC、均衡、SOH对电动汽车动力电池的重要性，并且这三方面也是未来几年电池管理系统完善的主要方面，相对来说热管理和传输控制的研发较少，这是因为这两方面受现有技术中散热和数据传输发展的制约，且上述两方面对电池而言相较于SOC、均衡等的影响较小。

图5 主要国家对研究方向分布图图6 主要申请人对研究方向分布图

从图5-图6中可以看出，在前十个主要申请国家中，也主要集中在SOC、均衡、SOH等方面的研究；各申请人对电池管理系统研究方向也不均衡，作为第一大申请人的三星SDL公司，其研究方向主要是SOC，以及小部分的SOH和均衡，而作为国内主要申请人的惠州市亿能电子科技有限公司则将主要经历放在SOC方面的研究。

四、结论

（一）SOC是电池使用过程中的重要参数。如何根据采集的每块电池的电压、温度和充放电电流的历史数据，建立每块电池剩余能量的较精确的数学模型，即准确估测电动汽车蓄电池的SOC状态仍将是后期研究的重点。

（二）如何采用均衡充电予以补偿，保持每个电池容量的相对一致，设计出低成本的电池均衡系统是电动汽车是否能够产业化的重要因素。

（三）如何把握电池内部状态变化规律，用更有效的方式和更适当的算法来准确评估电池性能，从而延长电池使用寿命仍将是今后的研究重点。

参考文献

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