電動(dòng)汽車動(dòng)力電池SOC估計(jì)專利技術(shù)綜述

黃金霞（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣州 510530）

電動(dòng)汽車動(dòng)力電池SOC估計(jì)專利技術(shù)綜述

黃金霞
（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣州 510530）

電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的荷電狀態(tài)（State of Charge，SOC）直接反映了電池組剩余容量的多少，目前SOC的估計(jì)方法主要有：開(kāi)路電壓法、電流積分法、電池內(nèi)阻法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和卡爾曼濾波法。本文主要對(duì)目前有關(guān)電池電動(dòng)汽車動(dòng)力電池SOC估計(jì)的專利申請(qǐng)進(jìn)行了分析。

電池；荷電狀態(tài)（SOC）；SOC

1　電動(dòng)汽車動(dòng)力電池SOC估計(jì)技術(shù)概述

動(dòng)力電池組的荷電狀態(tài)（State of Charge，SOC）直接反映了電池組剩余容量的多少，為電池組的使用和維護(hù)提供重要依據(jù)。對(duì)于純電動(dòng)車輛SOC數(shù)據(jù)是防止電池過(guò)充和過(guò)放的主要依據(jù)；對(duì)于混合動(dòng)力車輛，電池組SOC數(shù)據(jù)是整車控制策略的主要依據(jù)。

目前常用的SOC估計(jì)方法是通過(guò)測(cè)量電池組的外特性來(lái)對(duì)SOC進(jìn)行估計(jì)。EKF方法對(duì)SOC的初始誤差有較強(qiáng)的修正作用。 Plett［1］在簡(jiǎn)化電化學(xué)模型的基礎(chǔ)上提出組合模型。Bhangu等提出RC電路等效模型。Lee等在RC電路模型的基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)OCV-SOC關(guān)系模型。

2　電動(dòng)汽車動(dòng)力電池SOC估計(jì)方法

目前常用的有開(kāi)路電壓法、電流積分法、電池內(nèi)阻法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和卡爾曼濾波法。開(kāi)路電壓法（OCV）簡(jiǎn)單易行，但對(duì)電流波動(dòng)比較大的場(chǎng)合不適用。電流積分法由于電流測(cè)量誤差將造成積累誤差。因此需要校正，將電池組充滿電，SOC將重新標(biāo)定至100%。電池內(nèi)阻法同開(kāi)路電壓法一樣，用電池的內(nèi)阻預(yù)測(cè)SOC值。但內(nèi)阻測(cè)量誤差較大，所以靠?jī)?nèi)阻來(lái)判斷電池組的SOC準(zhǔn)確性很差。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的優(yōu)勢(shì)在于不需要精確的數(shù)學(xué)模型。但神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在建立較好的網(wǎng)絡(luò)模型的前提下，需要依靠大量的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，才能得到較好的精度?？柭鼮V波法適用于各種電池，尤其適合于電流波動(dòng)比較劇烈的混合動(dòng)力汽車電池SOC的估計(jì)。但其估計(jì)的精度依賴于建立的電池模型的準(zhǔn)確性，且運(yùn)算量較大。

3　專利技術(shù)現(xiàn)狀分析

電動(dòng)汽車動(dòng)力電池SOC估計(jì)的國(guó)際分類號(hào)為G01R31/36，為了對(duì)動(dòng)汽車動(dòng)力電池SOC估計(jì)的專利申請(qǐng)進(jìn)行分析，在英文專利摘要數(shù)據(jù)庫(kù)和中文專利摘要數(shù)據(jù)庫(kù)以分類號(hào)結(jié)合關(guān)鍵詞（放電、充電、電量、容量、SOC、State of charge、power、capacity）進(jìn)行檢索，得到如下專利文獻(xiàn)：CNABS的文獻(xiàn)量為3830、SIPOABS的文獻(xiàn)量為26025。

3.1申請(qǐng)量年份分布

電動(dòng)汽車動(dòng)力電池SOC估計(jì)在國(guó)外80年代以前開(kāi)始發(fā)展，到21世紀(jì)初已經(jīng)進(jìn)入平穩(wěn)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。我國(guó)關(guān)于電動(dòng)汽車的研究始于20世紀(jì)60年代，到90年代達(dá)到高潮。而電動(dòng)汽車動(dòng)力電池SOC估計(jì)90年代之前開(kāi)始發(fā)展，之后該技術(shù)專利申請(qǐng)量一直呈快速上升趨勢(shì)。

3.2國(guó)家和地區(qū)分布

目前關(guān)于電動(dòng)汽車動(dòng)力電池SOC估計(jì)專利申請(qǐng)量在各個(gè)國(guó)家和地區(qū)占比為：日本29%、中國(guó)17%、美國(guó)13%、歐洲10%、WO PCT6%、德國(guó)6%、韓國(guó)5%、英國(guó)3%、臺(tái)灣2%、加拿大2%、法國(guó)2%、澳大利亞1%和其他國(guó)家或地區(qū)4%。早期SOC估算所申請(qǐng)的專利主要集中在日本，當(dāng)前日本的申請(qǐng)量居世界首位（7603件）。中國(guó)的申請(qǐng)量位居第二，占世界專利申請(qǐng)總量的17%。

3.3申請(qǐng)人分析

關(guān)于電動(dòng)汽車動(dòng)力電池SOC估計(jì)專利申請(qǐng)量前22位申請(qǐng)人為：TOYOTA MOTOR、MATSUSHITA ELECTRIC IND CO LTD、SONY CORP、SANYO ELECTRIC CO、BOSCH GMBH ROBERT、NISSAN MOTOR、LG CHEMICAL LTD、YAZAKI CORP、SAMSUNG SDI CO LTD、HONDA MOTOR CO LTD、DENSO CORP、CANON KK、HITACHI LTD、PANASONIC CORP、NEC CORP、MIDTRONICS INC、FURUKAWA ELECTRIC、DURACELL INC、MATSUSHITA ELECTRIC WORKS LTD、FURUKAWA LTD、SEIKO EPSON CORP以及GM GLOBAL TECH OPERATIONS INC。

SOC估算的專利申請(qǐng)量前22位的申請(qǐng)人中日本申請(qǐng)人就有16個(gè)，而典型的代表為豐田和本田公司。豐田汽車公司關(guān)于SOC估算的世界專利申請(qǐng)量位居首位（888件），而本田公司的專利申請(qǐng)量為281件。

3.4中國(guó)專利申請(qǐng)人分析

在中國(guó)專利申請(qǐng)量前10位申請(qǐng)人為：豐田自動(dòng)車株式會(huì)社、松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社、三星SDI株式會(huì)社、三星SDI株式會(huì)社、索尼株式會(huì)社、三洋電機(jī)株式會(huì)社、國(guó)家電網(wǎng)公司、通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限公司、比亞迪股份有限公司、羅伯特.博世有限公司以及惠州市億能電子有限公司。而在華申請(qǐng)的前10位申請(qǐng)人中屬于國(guó)內(nèi)企業(yè)的申請(qǐng)人僅3個(gè)。

在華申請(qǐng)并屬于中國(guó)的專利申請(qǐng)量前10位申請(qǐng)人為：國(guó)家電網(wǎng)公司、比亞迪股份有限公司、惠州市億能電子有限公司、中興通訊股份有限公司、哈爾濱智木科技有限公司、鴻海精密工業(yè)股份有限公司（臺(tái)灣）、奇瑞汽車股份有限公司、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)以及天津力神電池股份有限公司。

4　前景分析

眾多SOC估算方法中，單一方法均各有利弊，安時(shí)法、電壓測(cè)量法和內(nèi)阻法均存在明顯的缺陷，這些方法適合于結(jié)合其他方法使用。結(jié)合目前形勢(shì)與實(shí)際要求，卡爾曼濾波法有很大的發(fā)展?jié)摿?，但仍需不斷研究?shí)踐。

［1］Plett G L. Ex tended Kalman filtering fo r battery ma nag eme nt sy stems of LiPB-ba sed H EV ba tte ry packs［J］.J o f Pow er So urces， 2004， 134（02）：277-292.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.044