摘要：對(duì)新能源動(dòng)力電池配組技術(shù)的專利進(jìn)行檢索、分類、總結(jié)，并針對(duì)國(guó)內(nèi)新能源動(dòng)力電池配組技術(shù)的發(fā)展情況、技術(shù)分支發(fā)展趨勢(shì)以及重要發(fā)明人專利布局情況進(jìn)行介紹、分析。研究結(jié)論有助于國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人對(duì)新能源動(dòng)力電池配組技術(shù)發(fā)展進(jìn)行全面的了解。

關(guān)鍵詞：動(dòng)力電池；配組；一致性；動(dòng)態(tài)特性；專利分析

中圖分類號(hào)：U469.7? 收稿日期：2024-01-20

DOI：1019999/jcnki1004-0226202405018

1 前言

新能源汽車以其靜音性好、使用成本低和近乎無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)日漸獲得人們青睞，其市場(chǎng)需求也在迅速攀升。據(jù)公安部數(shù)據(jù)顯示，截至2023年底，我國(guó)新能源汽車保有量達(dá)2 041萬(wàn)輛，2023年1-12月份，新能源汽車銷量達(dá)到9495萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)379%。

動(dòng)力電池是新能源汽車的動(dòng)力來源，是新能源汽車的核心部件，動(dòng)力電池的技術(shù)發(fā)展日新月異，生產(chǎn)更大容量和更長(zhǎng)使用壽命的動(dòng)力電池成了各大電池廠商的主要目標(biāo)。配組工藝作為動(dòng)力電池生產(chǎn)過程中必不可少的步驟，對(duì)于電池一致性的提升有著直接的影響。作為動(dòng)力電池生產(chǎn)的頭部企業(yè)都開展其在動(dòng)力電池相關(guān)技術(shù)的專利布局，專利在技術(shù)創(chuàng)新分析和評(píng)價(jià)中占據(jù)著舉足輕重的作用。本文從不同角度運(yùn)用專利數(shù)據(jù)分析方法來研究動(dòng)力電池配組技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展情況。

2 動(dòng)力電池配組技術(shù)專利情況概況

本文以“動(dòng)力電池配組”為基本檢索要素，結(jié)合“一致性”“分檔”“篩選”“測(cè)試”“電池”“電芯”“配組”等相關(guān)關(guān)鍵詞，同時(shí)輔以國(guó)際專利分類號(hào)，在中國(guó)專利全文數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行檢索，排除不相關(guān)的申請(qǐng)，獲得2004—2023年動(dòng)力電池配組技術(shù)相關(guān)的2 254篇中國(guó)的專利申請(qǐng)情況。

21 動(dòng)力電池配組技術(shù)專利申請(qǐng)量

根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，動(dòng)力電池配組技術(shù)相關(guān)的2 254篇中實(shí)用新型專利申請(qǐng)為576篇，其余均是發(fā)明專利申請(qǐng)，圖1可以看出相關(guān)專利申請(qǐng)趨勢(shì)。第1個(gè)關(guān)于動(dòng)力電池配組的專利申請(qǐng)為2004年9月3日深圳市創(chuàng)明電池技術(shù)有限公司申請(qǐng)的CN 1588673A（提高產(chǎn)品一致性和循環(huán)壽命的液態(tài)鋰離子電池制造方法），隨后比亞迪股份有限公司在2005-2007年連續(xù)申請(qǐng)了4件關(guān)于電池一致性檢測(cè)的專利申請(qǐng)CN 1963553A、CN 201110889Y、CN 101515022A、CN 101614793A，天津力神電池股份有限公司也在2007-2008年也連續(xù)申請(qǐng)了4件關(guān)于鋰電池配組的相關(guān)專利CN 201066707Y、CN 201303024Y、CN 201340451Y、CN 101458310A。

同時(shí)伴隨著新能源汽車的發(fā)展，動(dòng)力電池配組技術(shù)相關(guān)的專利申請(qǐng)量逐年增加，在2020-2022年三年中申請(qǐng)量分別達(dá)到257、332、324件，這既有政策的扶持也有市場(chǎng)的需要，促使各大企業(yè)與科研院校都投身于電池行業(yè)進(jìn)行研究和創(chuàng)新，加入到動(dòng)力電池研發(fā)、制造的行列來。

22 動(dòng)力電池配組技術(shù)分類號(hào)及技術(shù)領(lǐng)域

通過對(duì)2 254篇國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池配組技術(shù)相關(guān)專利的IPC主分類號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，IPC主分類號(hào)絕大部分都分布在G01R（占41%）、H01M（占22%）、B07C（占10%）、G01N（占6%）。

同時(shí)對(duì)申請(qǐng)量大的小組分類也進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)（圖2），并在IPC國(guó)際分類表[1]中查詢分類號(hào)的含義如下：

大組G01R 31/00（其含義為電性能的測(cè)試裝置；電故障的探測(cè)裝置；以所進(jìn)行的測(cè)試在其他位置未提供為特征的電測(cè)試裝置）下面與動(dòng)力電池配組技術(shù)相關(guān)的小組包括：G01R 31/36，含義為用于測(cè)試、測(cè)量或監(jiān)測(cè)蓄電池或電池的電氣狀況的設(shè)備；G01R 31/367，含義為其軟件；G01R 31/378，含義為特別適用的電池或蓄電池類型；G01R 31/385，含義為測(cè)量電池或蓄電池變量的裝置；G01R31/388，含義為基于電壓測(cè)量；G01R 31/389，含義為測(cè)量電池內(nèi)部的阻抗、電導(dǎo)或相關(guān)變量；G01R 31/392，含義為確定電池老化或退化；G01R 31/396，含義為獲取或處理用于測(cè)試或監(jiān)測(cè)電池內(nèi)單個(gè)電池或電池組的數(shù)據(jù)。

大組H01M 10/00（其含義為二次電池）下，制造面與動(dòng)力電池配組技術(shù)相關(guān)的小組包括：H01M 10/42，含義為使用或維護(hù)二次電池或二次半電池的方法及裝置；H01M 10/44，含義為充電或放電的方法；H01M 10/058，含義為構(gòu)造或制造。

大組B07C 5/00（其含義為按照物品或材料的特性或特點(diǎn)分選）下面與動(dòng)力電池配組技術(shù)相關(guān)的小組包括：B07C 5/344，其含義為根據(jù)電或電磁性質(zhì)。

從上述分類號(hào)釋義也能夠看出技術(shù)分支情況。

3 國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池配組技術(shù)關(guān)鍵申請(qǐng)人

本文同時(shí)還對(duì)國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池配組技術(shù)申請(qǐng)專利的主要申請(qǐng)人進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（圖3）?？梢钥闯?，合肥國(guó)軒高科（將合肥國(guó)軒高科動(dòng)力能源有限公司的91件和合肥國(guó)軒高科動(dòng)力能源股份公司的15件進(jìn)行了合并統(tǒng)計(jì)）為一支獨(dú)大，申請(qǐng)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

可見合肥國(guó)軒高科對(duì)專利布局的重視以及該項(xiàng)技術(shù)的創(chuàng)新水平，而其他申請(qǐng)人如天津力神電池、國(guó)家電網(wǎng)、蜂巢能源科技（將蜂巢能源科技有限公司和其無(wú)錫分公司以及蜂巢能源科技股份有限公司的申請(qǐng)量合并）、寧德時(shí)代、清華大學(xué)、湖北億緯動(dòng)力等申請(qǐng)量比較均衡。雖然比亞迪是2005—2007對(duì)該技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行最早專利布局的企業(yè)之一，但隨著它的發(fā)展壯大以及技術(shù)領(lǐng)域的擴(kuò)大，其研發(fā)重點(diǎn)逐漸變化，其在動(dòng)力電池配組技術(shù)上的專利申請(qǐng)量并不是很多，截至2023年12月22日僅為8件。

電池的一致性是限制電池包（PACK）使用壽命的關(guān)鍵要素[2]，同時(shí)也是限制眾多電池企業(yè)成本降低的關(guān)鍵。動(dòng)力電池配組技術(shù)主要分為單參數(shù)配組法、多參數(shù)配組法和動(dòng)態(tài)特性配組法。

單參數(shù)配組法是選取動(dòng)力電池的某個(gè)特定參數(shù)作為電池配組的依據(jù)，常見的配組依據(jù)參數(shù)主要有電池內(nèi)阻、電壓、靜態(tài)容量、自放電率等；單個(gè)參數(shù)作為配組依據(jù)存在局限性，采用電池的多個(gè)參數(shù)進(jìn)行配組能夠保證電池的一致性；多參數(shù)配組法能夠更加全面區(qū)分動(dòng)力電池特性的特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中配組效果優(yōu)于單參數(shù)配組法。

而動(dòng)力電池在實(shí)際使用中，絕大多數(shù)的實(shí)際工況不是線性的，受到多種因素的影響，因此簡(jiǎn)單單參數(shù)、多參數(shù)配組法的靜態(tài)數(shù)據(jù)并不能完整地表示電池的實(shí)際工作狀態(tài)。針對(duì)靜態(tài)配組方式的缺點(diǎn)，基于電池的動(dòng)態(tài)特性的配組方式就能根據(jù)電池的實(shí)際使用工況對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行配組，能夠更準(zhǔn)確地進(jìn)行一致性配組，更有利于保證動(dòng)力電池組的性能，但該方法相對(duì)復(fù)雜，耗費(fèi)成本相對(duì)較高。

以下對(duì)主要申請(qǐng)人的相關(guān)專利進(jìn)行分析，以申請(qǐng)量較大的合肥國(guó)軒高科、蜂巢能源科技、天津力神電池、寧德時(shí)代為例。

31 合肥國(guó)軒高科

合肥國(guó)軒高科成立于2006年5月，為中國(guó)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)最早進(jìn)入資本市場(chǎng)的民族企業(yè)，其關(guān)于動(dòng)力電池配組技術(shù)的第一件專利申請(qǐng)是于2011年1月12日申請(qǐng)的CN 102117937A（一種磷酸鐵鋰電池的自放電篩選方法），其全部106件專利中有56件處于有效狀態(tài)，其他為失效或進(jìn)審或待審狀態(tài)。其中有79件發(fā)明專利申請(qǐng)，27件實(shí)用新型專利申請(qǐng)，發(fā)明專利申請(qǐng)中絕大部分是方法權(quán)利要求，其27件實(shí)用新型專利申請(qǐng)基本都是要求保護(hù)配組工藝或測(cè)試工藝中運(yùn)用到的設(shè)備、裝置，其發(fā)明專利申請(qǐng)基本都是完整闡述一致性配組工藝的技術(shù)方案。

圖4為國(guó)軒高科動(dòng)力電池配組工藝中各技術(shù)分支的發(fā)展趨勢(shì)，可以看出，早期國(guó)軒高科進(jìn)行電池配組時(shí)多進(jìn)行單參數(shù)配組，后期更注重多參數(shù)配組，隨著技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電池配組一致性要求更高，也引入了一些其他的新參數(shù)，例如動(dòng)力學(xué)參數(shù)、燃燒性能、阻抗等。

針對(duì)單參數(shù)或多參數(shù)的靜態(tài)特性配組的局限，國(guó)軒高科動(dòng)力電池配組工藝也對(duì)基于動(dòng)態(tài)特性配組的方法進(jìn)行專利布局，發(fā)明專利申請(qǐng)有17個(gè)，占發(fā)明專利申請(qǐng)的2152%。其考慮動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行配組的專利申請(qǐng)首次出現(xiàn)在2015年11月25日申請(qǐng)的CN 105280969A（一種縮小串聯(lián)電池組之間放電壓差的磷酸鐵鋰電池配組方法），其中基于放電平均電壓壓差范圍和放電容量差范圍來進(jìn)行分檔配組。

隨后對(duì)動(dòng)態(tài)特性配組逐漸重視起來，僅在2021—2023年3年內(nèi)就申請(qǐng)了11件基于動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行配組的專利申請(qǐng)，其中專利申請(qǐng)CN 108511815A通過增加電池在低溫下的交流阻抗測(cè)試，用以改善電池在常溫條件下電性能一致性較好，而在低溫條件下一致性較差的問題。CN 114879063A中同時(shí)考慮靜態(tài)壓差和動(dòng)態(tài)壓差，以及通過對(duì)庫(kù)存風(fēng)險(xiǎn)電池分容后電池自放電K值、V4電壓檢測(cè)、高溫老化以及配組后電池包的循環(huán)測(cè)試，剔除風(fēng)險(xiǎn)電池。CN 114035066A中將動(dòng)態(tài)及靜態(tài)測(cè)試相結(jié)合，根據(jù)鋰電池特性，實(shí)行寬溫度范圍針對(duì)性的測(cè)試，能更全面評(píng)估電池在不同使用場(chǎng)景下的一致性特性。

32 蜂巢能源科技

蜂巢能源成立于2018年，主要針對(duì)新能源汽車動(dòng)力電池及儲(chǔ)能電池系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，雖然該公司成立較晚，但其對(duì)專利布局尤為重視，從2018年開始陸續(xù)申請(qǐng)了39件有關(guān)動(dòng)力電池配組技術(shù)相關(guān)的專利。

第一篇專利是2018年12月26日申請(qǐng)的CN 109663756A，公開了一種基于自放電速率的電芯篩選方法加強(qiáng)了電芯自放電篩選強(qiáng)度，通過以某一電芯的微分差容曲線中的波谷位作為截止電壓并對(duì)該電芯的其他同體系各電芯進(jìn)行預(yù)充，然后測(cè)定一段時(shí)間后各電芯的電壓，并結(jié)合預(yù)充的截止電壓計(jì)算各電芯的自放電速率k值，從而篩選出符合質(zhì)量等級(jí)的電芯。

CN 110221226A公開了一種電池包容量一致性的測(cè)試方法及測(cè)試系統(tǒng)，基于各個(gè)電芯的充放電電壓，分別計(jì)算電池包的充電截止電壓偏移和放電截止電壓偏移，在充放電截止電壓偏移均屬于預(yù)設(shè)不良率范圍的情況下，確定電池包的容量一致性合格。

CN 113109727A公開了一種疊片式鋰電池電芯內(nèi)阻一致性分析方法及分析系統(tǒng)，通過對(duì)相鄰的每組正極片和負(fù)極片進(jìn)行充電，采集電阻值，再通過比較、判斷采集的電阻值是否超出預(yù)設(shè)阻值范圍，獲得電芯內(nèi)阻的一致性。

CN 113589174A公開了一種鋰離子動(dòng)力電池系統(tǒng)電芯一致性預(yù)測(cè)方法及裝置，基于預(yù)設(shè)工況及最高容量單體電池和最低容量單體電池對(duì)應(yīng)的充放電曲線，計(jì)算最高容量單體電池和最低容量單體電池在待測(cè)時(shí)間周期對(duì)應(yīng)的充電和放電末期壓差，以此確定待測(cè)鋰離子動(dòng)力電池系統(tǒng)在待測(cè)時(shí)間周期的電芯一致性預(yù)測(cè)結(jié)果。

CN 114284543A公開了一種電芯配組方法及采用該方法配組的電池模組，通過將再次篩選可減小由于中間電芯溫升引起的容量電壓不一致，改變電芯的布置，利用電池模組兩側(cè)散熱性能優(yōu)于中間位置的特點(diǎn)，解決電池模組充放電容量及電壓不一致的問題。

33 天津力神電池

天津力神電池成立于1997年，專業(yè)從事鋰離子蓄電池以及動(dòng)力電池的技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)，其專利布局較早，2008年就有針對(duì)動(dòng)力電池配組的相關(guān)專利，其中比較重要的專利如下：

CN 101458310A公開了一種電池一致性的評(píng)價(jià)方法，將評(píng)價(jià)使用性的一致性指標(biāo)和評(píng)價(jià)儲(chǔ)存性的一致性指標(biāo)作為電池的一致性指標(biāo)。

CN 101907688A公開了一種鋰離子電池電性能一致性的檢測(cè)方法，先進(jìn)行容量分擋，然后進(jìn)行低溫直流內(nèi)阻測(cè)試，按照電池直流內(nèi)阻值再分擋，可保證鋰離子電池在低溫下電性能一致性。

CN 102476104A公開了一種通過放電電壓變化篩選內(nèi)阻不良電池的方法，利用電池在高倍率放電狀態(tài)下電壓下降一致性衡量電池的動(dòng)態(tài)內(nèi)阻，剔除動(dòng)態(tài)內(nèi)阻不良品。

CN 109254249A公開了一種鋰離子電池組一致性的篩選方法，結(jié)合電池的靜態(tài)變化（容量，自放電率，內(nèi)阻）和動(dòng)態(tài)變化（脈沖放電V-T曲線）進(jìn)行篩選。

CN 111987378A公開了一種提高鋰離子電池OCV一致性的充放電方法，有效提高鋰離子電池開路電壓OCV的一致性。

CN 112068007A公開了一種電池極組一致性的檢測(cè)方法，綜合多個(gè)電池極組的滿電時(shí)間分布分析和電壓降的分布分析，進(jìn)行微短路自放電的分析，進(jìn)行極組的一致性篩選。

34 寧德時(shí)代新能源

寧德時(shí)代成立于2011年，是國(guó)內(nèi)率先具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的動(dòng)力電池制造商之一，其關(guān)于動(dòng)力電池配組技術(shù)的專利布局開始于2016年。其中比較重要的專利如下：

CN 107617582A公開了一種動(dòng)力電芯梯次利用篩選成組方法，在保證電芯容量一致的同時(shí)保證成組后電芯的自放電、倍率性能的一致性。

CN 115808632A公開了一種電池一致性檢測(cè)方法，根據(jù)接收到的電池狀態(tài)數(shù)據(jù)，選取預(yù)定工況下的第一電池狀態(tài)數(shù)據(jù)來計(jì)算電池中不同電池單體之間的當(dāng)次一致性差異。

CN 115840151A公開了一種電池容量一致性的分析方法，根據(jù)第一剩余電量差異值和所述第二剩余電量差異值，對(duì)電池組的容量一致性進(jìn)行分析，解決電池容量一致性分析復(fù)雜的問題。

35 專利關(guān)鍵申請(qǐng)人比較分析

通過對(duì)各公司的相關(guān)專利技術(shù)的分析，可以看出，合肥國(guó)軒高科作為老牌的民族企業(yè)，其專利布局延伸到了多個(gè)技術(shù)分支，近年來的研究不僅限于傳統(tǒng)的單參數(shù)、多參數(shù)的配組方法，發(fā)展出多參數(shù)、新參數(shù)、靜動(dòng)態(tài)等多種因素融合的配組方法，技術(shù)根基牢固；另一老牌企業(yè)天津力神對(duì)動(dòng)力電池配組技術(shù)的專利布局相對(duì)而言較為欠缺，但其配組方法也考慮到多參數(shù)和靜動(dòng)態(tài)結(jié)合的方式；從新興企業(yè)蜂巢能源和寧德時(shí)代的專利申請(qǐng)量來看，企業(yè)對(duì)專利布局的重視程度很高，且其技術(shù)發(fā)展站在前人的肩膀上不再僅考慮單參數(shù)或幾個(gè)參數(shù)的簡(jiǎn)單組合，而是結(jié)合多種實(shí)際應(yīng)用工況，考慮溫度等實(shí)際因素的影響，能夠得到更實(shí)用的配組方法。

4 結(jié)語(yǔ)

本文梳理了動(dòng)力電池配組技術(shù)的專利情況，從專利分布、重要技術(shù)分支、關(guān)鍵申請(qǐng)人進(jìn)行歸納和總結(jié)，詳細(xì)分析了動(dòng)力電池配組技術(shù)的專利申請(qǐng)狀況以及發(fā)展趨勢(shì)。通過對(duì)動(dòng)力電池配組技術(shù)的專利分析，為技術(shù)人員提供參考，更好地把握該領(lǐng)域的技術(shù)實(shí)質(zhì)，為企業(yè)在研發(fā)和生產(chǎn)過程中可以排除相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)，提前做好產(chǎn)品布局。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

龍?bào)銜?，女?987生，助理研究員，研究方向電池制造設(shè)備、測(cè)試、分類。