原创：特斯拉重要专利技术分析

上期小编结合特斯拉的发展历史对特斯拉的专利布局情况进行了宏观的分析，本期小编将从特斯拉新能源汽车电池热管理系统重要专利出发，结合特斯拉电动汽车产品的上市时间，浅析纯电动汽车电池管理系统的重要技术和未来发展趋势。

1、特斯拉电池热管理技术发展路线电池管理系统（Battery Management System, BMS）的主要任务是保证电池组工作在安全区间内，提供车辆控制所需的必需信息，在出现异常时及时响应处理，并根据环境温度、电池状态及车辆需求等决定电池的充放电功率等。BMS的主要功能有电池参数监测、电池状态估计、在线故障诊断、充电控制、自动均衡、热管理等。市场上纯电动汽车的电池组主要采用两种电池，一种是层叠式锂离子电池，日产LEAF电动车和通用Volt电动车均采用层叠式锂离子电池；另外一种则是使用单体锂离子电池，例如特斯拉使用的18650电池。相对于层叠式锂离子电池，使用单体锂离子电池的电池组必然会导致冷却管（Coolant pipe）设计异常复杂。图1是特斯拉电池热管理技术发展路线，从图中可以看到特斯拉最早的关于电池热管理技术的专利是在2007年递交的（US7923144），即Tesla Roadster问世的前一年。同年，特斯拉还申请了一件关于减少多节电池组中热失控传播的专利（US7433794）。在这一阶段Tesla的研发主要致力于通过切断电池组之间的热失控传播来实现电池热管理。Tesla在2009年又递交了多件关于电池热管理技术的专利申请，在这一阶段特斯拉不但对原有的技术做了进一步优化，还致力于热障元件和电池组冷却系统的研发，其中2009年申请的专利（US909376）、(US8541126)等专利，均是为了热失控热障元件以及缓解系统的研发，表明，在电池热管理技术中，如何管理电池的热失控事件是研发的重点，此后特斯拉又多次对其技术进行优化，如2012年申请的专利（US8481191），其实为了最大限度减小热失控传播。

图1特斯拉电池热管理技术发展路线

2重要专利分析

US7923144

2007年3月31日，特斯拉申请了一件标题为“Tunable frangible battery pack system（可调谐易碎电池组系统）”的专利（US7923144）。该专利公开了一种用于电动车辆或工业设备的改进的易碎电池组系统或电池组导体，其能够制成各种宽度并通过超声波楔焊接工艺连接，在预定的力或预定的热参数下实现电池组与电动车辆或工业设备断开，该电池组系统低成本且易于制造的方法和装置。该专利及其同族在全球范围内共被引用256次，是电动汽车电池热管理领域的重要专利。

图2专利US7923144附图

US7433794

特斯拉公司于2007年7月18日递交了一件关于减轻电动汽车热失控的专利（US7433794），该专利公开了减少多节电池组中热失控传播的方法和系统，所述方法包括识别能量存储系统和多个电池内的热源的步骤。所述方法还包括控制能量存储系统和多个电池的温度，同时还检测能量存储系统中的预定条件。当检测到预定条件之一时，执行预定动作，以确保过热单元不会传播到相邻单元，从而产生热失控事件和/或电池组或电池的质量故障。该系统可包括多个部件以抵消这种过热，例如主动和被动的冷却系统，布置在能量存储系统内的多个传感器以及电池监控电压装置和当前装置，以确定任意一个电池是否即将发生过热。该专利及其同族在全球范围内共被引用54次，在电动汽车领域具有较高的专利价值。

图3专利US7433794附图

2009年9月12日特斯拉在US7433794的技术方案上进行了进一步的改进，递交了标题为一种用于电池组的主动式热失控缓解系统的发明专利申请（专利号：US9093726，授权日：2015年7月28日）。该专利提供的热失控缓解系统包括电池组外壳，包含在外壳内的多个电池，以及至少一个含有流体的导管，其位于多个电池的至少一个子集附近。导管包括靠近电池子集的多个裂口点，其中每个裂口点在低于导管熔化温度的预设温度下形成裂口，所述预设温度为热失控事件或热失控事件的前兆。一旦形成裂口，管道内包含的流体就通过裂口排出。裂口点可以由变薄的导管壁区域组成；或者，在导管孔和塞子中，塞子具有与预设温度相对应的熔化温度；或者，导管孔和孔内的塞子之间设中第二材料层，其中第二材料具有对应于预设温度的熔化温度。导管内的流体可由液体，气体或膨胀的阻燃泡沫构成。

图4专利US9093726附图

US85411262009年特斯拉开始进行用于控制电池组内热失控传播的热障元件的研发。2009年8月31日特斯拉递交了一件标题为“Thermal barrier structure for containing thermal runaway propagation within a battery pack”的专利申请（专利号US8541126，授权日：2013年09月24日）。该专利记载了一种电池组，包括外壳，设置在外壳内的多个电池，以及至少一个将电池组分为多个“电池组”（每个划分后的“电池组”至少包括两个电池）的热障元件。所述热障元件防止一组电池中的热失控事件在相邻的另一组电池中引发第二个热失控事件。该专利及其同族在全球范围内共被引用55次，具有较高的创造性和专利价值。

图5专利US8541126附图

US8117857

特斯拉在2009年2月20日申请了一件标题为“Intelligent temperature control system for extending battery pack life”的专利（US8117857），该专利记载了一种用于电动车辆智能热管理系统，该系统包括ESS（电动汽车能量存储系统）、与ESS热连通的冷却系统，包括冷却剂回路内的冷却剂和冷却剂泵，以及温度控制系统耦合到冷却系统并提供对冷却系统的控制。温度控制系统包括用于监控车辆的开/关状态的车辆状态监视器，以及至少一个ESS热连通的温度传感器，用于将ESS的温度与预设温度进行比较的比较器电路，以及冷却系统控制器，用于根据比较器电路的输出向冷却系统提供控制信号。预设温度可以包括一系列温度，并且冷却系统控制器可以激活一种冷却技术，例如，如果ESS温度在预设温度范围内，则冷却剂泵送通过冷却剂回路，并且激活替代技术，例如冷却剂。如果ESS温度高于预设温度范围，则泵送和制冷系统运行。该专利及其同族在全球范围内共被引用79次。

图6专利US8117857附图

在US8117857的基础上特斯拉继续进行优化改进，并于2011年10月3日递交了一件通过控制系统温度以延长电池组使用寿命的方法（公开号：US8899492），公开了一种控制耦合到电动车辆的电动动力总成的ESS温度的方法，该方法包括步骤：a）监控车辆的操作状况，如果车辆在关闭状态下，继续采用以下步骤：b）确定当前ESS温度，c）将当前ESS温度与预设温度进行比较，d）如果当前ESS温度高于预设温度，则激活ESS冷却系统，e）如果当前ESS温度低于预设温度，则停用ESS冷却系统;和f）重复步骤b）至e），直到当前ESS温度低于预设温度。该专利于2014年12月2日获得授权，具有较好的应用前景。

图7专利US8899492附图

US8481191

2012年特斯拉公司在电池热管理技术方面有了新的研发突破并申请量一件关于刚性电池隔膜的专利（US8481191）。该发明提供一种用于电池组中的电池安装支架的间隔件组件，由一个或多个间隔件组成，在热事件期间以及电池安装支架由于与热事件相关的升高的温度而失去结构完整性之后保持电池在电池组内的位置。通过使电池在电池组内的预定位置保持热失控，达到保持电池之间的最小间隔的效果，从而有助于最小化对相邻电池的热效应，同时确保冷却系统（如果使用的话）不受损害，降低热失控传播的风险。该专利于2013年7月9日获得授权，目前该专利及其同族在全球范围内共被引用27次，具有较好的应用前景。

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