一、前言

制約電動汽車普及的關鍵因素是車載動力電池的技術相對落后，尤其是電池管理系統（BMS）的相對落后。
電池管理系統是在使用過程中檢測電池能量的消耗量并預測電池剩余電量的綜合性電子控制系統，此外，它還具備故障診斷、短路保護、顯示報警及實時監測電池運行狀態參數等功能。

電動汽車可以根據參數運算及判斷結果對電動汽車的運行工況進行智能調節。

隨著近幾年電動汽車應用研究和產業化的不斷升溫，國外一些大的汽車生產企業和蓄電池生產廠家針對各種電動汽車電池做了大量研究及試驗，構建出了各自的數學模型，成功地開發出各自的電池管理系統。其中典型的有：美國通用汽車公司生產的“EVI”型電動汽車上應用的電池管理系統；美國Aerovironment 公司研發的Long-Life Battery using Intelligent Modular Control System（通常稱為smartGuard 電池管理系統）；德國MentzerElectronic GmbH 和Werner Retzlaff 研發的BADICHEQ 電池管理系統和BADICOaCH電池管理系統； 德國B.Hauck 設計的BATTMAN系統；美國AC Propulsion 公司開發的名為BatOpt的高性能電池管理系統。

我國在“十五”期間設立了電動汽車重大專門研究項目，經過幾年的發展，在電池管理系統技術方面取得了很大的突破，已與國外水平較為接近。經過近五年來的重點開發和研究，一些電池管理系統研究項目已經應用到電動車輛的實際運營中。我國多個地方政府也積極將電動汽車及其電池管理系統開發列入地方產業化發展規劃中。此外，電動車輛快速發展和實際運營測試也極大地促進了我國電池管理系統的技術研發水平的提高。

二、電池管理系統重點專利技術分布

本部分針對電動汽車電池管理系統領域的重點技術進行闡述，重點分析了技術分支的技術分布，并在此基礎上指出重點專利技術的發展趨勢，給出發展建議。

本部分的分析數據來源于中國專利文獻檢索系統， 是基于1985 年以來的專利數據進行檢索得到的。考慮到技術的發展和專利的時效性等問題，僅對1990 年至2009 年的相關專利進行統計分析。

（一）驅動電池的充放電控制系統

檢索得到這一技術方向申請專利共61 篇。該技術方向可進一步分為充電裝置（占46%）、分布式控制（占20%）和充電平衡控制和穩壓（占34%）三個子方向。

其中，充電裝置子方向需求最旺盛，研發熱情也最高，與此相關的充電平衡控制和穩壓子方向申請數量也比較多，而分布式控制的專利申請數量相對最少。代表性專利申請如CN200944532Y。

在充電裝置技術子方向， 已經被美國的DALLAS SEMICONDUCTOR 和日本的DENSO等公司在硬件設計方面領先，我國電動汽車行業今后的突破主要在提高充電效率和能源轉化率以及軟件控制方向上。此技術方向又包括充電電路結構、驅動起動用的充電裝置、以結構簡單和低成本為目標的充電裝置、重點在于充電裝置的充電方式以及提高充電效率和能源轉化率五個子方向。

在充電平衡控制和穩壓技術子方向，技術方案多體現在旁路電路設計方面，而我國電動汽車行業在這些方面并無明顯優勢。

分布式控制技術方向是近年新興的研發方向，其難點在于控制的穩定性和實現成本。我國目前具有較低的人力資源成本和生產成本，因此如果在這個方向上有所突破，必能在電動汽車電池管理系統領域中做出相當的成績。

（二）電池充電方法

檢索得到電池充電方法技術方向申請專利共21 篇。該技術方向可進一步分為根據電池端電壓的值判斷充電進程的方法（占62%）和其他方法（占38%）兩個子方向。代表性專利申請如CN101346636A。

電池充電方法的領軍企業以日本SONY、TOYOTA 等公司為代表。由于電池充電方法研發成本高、周期長，因此本文建議我國具有一定實力的科研院所或者大型的電動汽車企業對此給予關注。

根據電池端電壓的值判斷充電進程的方法是目前最成熟、最可靠的方法。我國南客、比亞迪等公司在此方向具有一定的實力。目前，該方向的研究趨向邊緣化，即趨向于對現有技術的細節做出種種改進。其他方向一般是出于另辟蹊徑考慮而做出的，這些非主流的技術方向目前距離大面積推廣應用還存在相當差距，有些甚至仍然停留在實驗室環境中。

（三）充放電安全保護

電池充放電安全保護技術是近幾年才逐漸發展起來的。檢索得到申請專利共16 篇。該技術方向進一步分為通過對充電時電池的端電壓檢測實現保護方向（占56%）和依據非電壓參數方法方向（占44%）兩個子方向。代表性專利申請如CN101431245A。

通過對充電時電池的端電壓檢測實現保護方向在技術思路上是成熟的。縱觀這一技術方向的發展，是隨著電壓檢測裝置和器件的發展而發展的，如從最原始的電阻到超級電容器，再到光電隔離器件。
依據非電壓參數方法方向發展很快，技術方案繁雜。建議相關廠商能夠從下面所列舉的代表性專利中得到啟示：CN101214797A、CN101085604A和CN101264734A。

（四）電池控制系統及方法

檢索得到電池控制系統及方法技術方向申請專利共21 篇。該技術方向進一步分為側重控制原理的技術方案（占62%）、側重對電路結構和系統組成方面的技術方案（占38%）兩個子方向。代表性專利申請如CN1474759A。
電池控制系統及方法主要涉及對電動汽車電池的電性參數（例如電壓、電流等）、環境參數（例如溫度）和剩余電量（SOC）等參數進行控制，以保證電動汽車的正常供電、穩定供電或優化供電。側重控制原理的技術方案的專利數量小于側重對電路結構和系統組成方面的技術方案的專利數量，這正說明了從原理到真正實施這一過程需要付出巨大勞動和成本。基于我國電動汽車行業方興未艾的現狀，本文建議我國電動汽車電池管理系統的相關企業將注意力集中在電路結構和系統組成的研發和生產方面，依靠成本優勢搶占國內外訂單。

（五）電池放電方法和裝置

檢索得到電池放電方法和裝置技術方向申請專利共8 篇。代表性專利申請如CN1556417A。
電池放電方法和裝置在電動汽車中保證電池能夠被有效地充電和健康地使用。鑒于我國目前電動汽車電池技術發展速度限制了電池放電技術的試驗和實施，本文建議我國電動汽車電池管理系統的研發生產者如果不具備自行或聯合研發電動汽車電池的技術實力，暫緩對這一技術方向的投入。

（六）電池管理系統的異常與報警

檢索得到電池管理系統的異常與報警技術方向申請專利共12 篇。代表性專利申請如CN1614951A。
電池管理系統的異常與報警是電動汽車消費者直接接觸的一個環節。這個環節所需要的技術并不復雜，完全可以借鑒其他電子產品的異常和報警處理方案。因此，不論是以前還是將來，這一技術方向都不會成為具有競爭力的研發或生產方向。

（七）電池管理系統通信技術

檢索得到電池管理系統通信技術方向申請專利共26 篇。該技術方向進一步分為CAN 總線（占65%）和其他總線（占35%）兩個子方向。其中， 采用CAN 總線進行通信的電池管理技術占絕對主流，研發熱情也最高。代表性專利申請如CN1555996A。

目前，電池管理系統通信技術是電池管理系統內部各組件之間、電池管理系統與電動汽車其他控制和監測單元之間進行交互的重要媒介。可以預見，隨著通信技術的日益發展，電池管理系統通信技術在電動汽車電池管理系統的應用中是大有可為的。

（八）對電池狀態進行監控技術

檢索得到對電池狀態進行監控技術方向申請專利共109 篇。分為對單一電池參數的監控（占21%）、對多個電池參數的監控（占9%）、剩余容量估計（SOC 估計）（占33%）、SOH/異常狀態與SOF（占10%）、對電池輸出功率或能量的監控（占13%）以及電池的其他指標（占14%）六個子方向。代表性專利如CN1290418A。

對電池狀態進行監控的技術是整個電動汽車電池管理系統的核心技術。電動汽車電池狀態一般包括有電壓、電流、溫度、功率、剩余容量等，對這些狀態參數的快速、準確地監測和控制是衡量電動汽車電池管理系統研發生產者實力的最直接的指標。其中，剩余容量估計技術占絕對主流，研發熱情也最高。

在剩余容量估計技術分支中，又包括基于測量得到的電池參數計算電池SOC 和基于電池模型或狀態函數計算電池SOC 兩個子方向。

在電池的其他指標技術分支中，又包括對溫度的監控方向以及壽命、老化程度判斷兩個子方向。

（九）在電池管理系統中對電池進行測試

檢索得到在電池管理系統中對電池進行測試技術方向申請專利共4 篇。代表性專利如專利申請CN101187696A。
這一技術方向主要對電池參數（例如電壓、電流、溫度和內阻）等進行在線監測，并給出專業性的結論和建議，科技含量較高，是電動汽車電池管理系統今后發展的一個重要方向。

（十）電動汽車充電站

檢索得到電動汽車充電站技術方向申請專利共6 篇。代表性專利如專利申請CN2821999Y。

超級電動汽車及復合電源電動汽車可以用于城市公交車及其他短距離運輸，對節能減排、提高城市運輸運力能起到重要作用。在我國當前大規模城市化進程中，隨著以電動公交車為首的電動汽車普及，電動汽車充電站是相關行業立足國內的一個很好的切入點。

（十一）電池管理系統與車輛管理系統的耦合

檢索得到電池管理系統與車輛管理系統的耦合技術方向申請專利共26 篇。該技術方向可分為與車輛控制系統緊耦合的電池管理系統（占58%）和與車輛控制系統松耦合的電池管理系統（占42%）兩個子方向，它們幾乎并列發展。代表性專利申請如CN1933283A。

目前，電池管理系統與車輛管理系統的耦合技術在國內和國外都是研究熱點，對電動汽車的整車安全性能有相當大的影響，因此建議我國的電動汽車電池管理系統從業者能夠引起足夠的重視，盡早地研發出符合自己品牌汽車特點的耦合技術方案。

（十二）電池管理系統的模擬測試、建模和預測

檢索得到電池管理系統的模擬測試、建模和預測技術方向申請專利共10 篇。代表性專利申請如CN101504443A。
該方向技術是對電池的電池參數、電池管理系統的通信能力等進行測試、模擬、仿真和預測的技術。雖然其變化不會很大，發展也不快，但是由于每一家電動汽車生產廠家都需要這個環節，所以市場前景廣闊。建議行業內有意從事此方面研究和制造的單位能夠堅持下去，擁有自主知識產權。