特斯拉专利解析报告北京新能源汽车股份有限公司2014年7月目录1特斯拉专利简介 (5)1.1特斯拉公司简介 (5)1.2特斯拉专利总体介绍 (5)1.3专利初步筛选分析 (6)1.4重点专利介绍 (9)1.5重点专利分布统计 (9)1.6重点专利的专利所有权 (10)2锂离子电池 (12)2.1电池热管理系统 (12)2.1.1冷却系统结构优化 (13)2.1.2温度控制的结构 (16)2.1.3温度控制的控制策略 (19)2.1.4热失控的检测 (22)2.1.5防止或抑制热失控蔓延的措施 (27)2.1.6小结 (45)2.2电池系统充电控制策略 (45)2.2.1不同充电倍率的控制策略 (45)2.2.2基于工况确定充电SOC阈值的控制策略 (53)2.2.3充电控制器 (53)2.2.4过充保护系统 (55)2.2.5小结 (56)2.318650电池单体结构改进报告 (56)2.3.1针对电池端盖的改进 (57)2.3.2针对电池外壳的改进 (59)2.3.3针对电池中心销的改进 (62)2.3.4小结 (63)2.4电池箱密封 (63)2.4.1电池包外用密封胶方法及装置 (63)2.4.2密封的电池包壳体 (65)2.4.3小结 (66)2.5冷却液泄露的检测和处理方法 (66)2.5.1高压电解与低压电解简介 (67)2.5.2低压电解的监测与响应 (68)2.5.3高压电解的监测与响应 (69)2.5.4小结 (69)2.6动力电池安全性检测技术 (69)2.6.1电池箱安全防护措施 (69)2.6.2安全性辅助评估技术 (75)2.6.3小结 (76)3电机部分 (77)3.1电机电压超调估计反馈 (77)3.1.1电机电压超调控制流程 (77)3.1.2电机空间矢量调节SVM (79)3.2基于电机转子组件温度估计的矢量控制 (79)3.2.1电机转子关键温度组件的替代物 (79)3.2.2电机关键温度组件替代物温度的测量 (80)3.2.3基于温度的电机转矩控制 (81)3.3电机低速和高速加权控制 (81)3.3.1整个速度范围电机磁通估计 (82)3.4低温下电机发热控制模式 (83)3.4.1低温电机发热系统 (83)3.4.2低温电机供热多通道系统 (84)3.5总结 (85)4整车部分 (86)4.1驱动系统 (86)4.1.1电动车辆双电机驱动控制系统 (86)4.1.2全驱电动车辆控制系统 (91)4.2整车碰撞防护结构 (94)4.2.1电池系统防护结构 (95)4.2.2碰撞防护装置 (100)4.2.3与国内专利比较 (105)4.3总结 (106)5界面控制系统 (108)5.1界面控制系统介绍 (108)5.1.1控制系统模块化 (108)5.1.2控制界面个性化 (109)5.1.3控制界面自适应化 (111)5.1.4听觉反馈控制系统 (114)5.1.5接近激活系统 (114)5.1.6触摸屏在车内的安装位置 (115)5.2总结 (115)参考专利 (116)1特斯拉专利简介1.1特斯拉公司简介特斯拉(Tesla)汽车公司成立于2003年，总部设在美国加州的硅谷地带，以生产和销售电动汽车为主要业务，2010年6月29日，特斯拉在纳斯达克上市，其旗下的车型包括MODEL S、ROADSTER，以及即将上市的MODEL X。
2014年6月12日，特斯拉电动汽车公司创始人兼CEO伊隆·马斯克在其博客上发布文章，宣布“特斯拉将不会对任何处于善意使用我们技术的人发起专利诉讼”免费公开其所有专利。
对于特斯拉公司公开专利举动，业内存在不同的观点：(1)降低电动汽车零部件供应商成本，推动更多电动汽车基础设施的发展，使电动车更具吸引力、更便宜，这些最终都有利于特斯拉；(2)吸引其他汽车制造商使用特斯拉标准，当涉及电池和部分特种电动车时，选择特斯拉作为供应商；(3)利用特斯拉的曝光度引发深入对话，这可能最终带来专利体系改革，但当前美国三大汽车制造商(通用、克莱斯勒、福特汽车)并没有合作的意象；(4)仅仅是一种特斯拉宣传手段，特斯拉并没有以任何方式切断未来诉讼的可能。
不论特斯拉公司基于哪种考虑公开专利，特斯拉在电动汽车销售和技术集成方面的优越性，伴随着ROADSTER和MODEL S的上市变得越来越明显。
借此特斯拉公司公开专利契机，开展对特斯拉专利的分析和对标比较，对于促进自身技术的完善和提升，具有重要的价值和意义。
针对特斯拉电动汽车专利公开事宜，北京汽车新能源汽车有限公司和北京理工大学合作，对特斯拉的专利进行了梳理和分析。
1.2特斯拉专利总体介绍对特斯拉汽车公司在世界范围内的专利，进行了查询和整理，截止2014年共计671项专利，其中特斯拉公司在美国本土申请了绝不大部分的专利，其他少部分申请记录分布在欧洲、日本和其他地区，具体分布和各区域数量，如图1-1示：图 1-1特斯拉世界范围内专利申请分布1.3 专利初步筛选分析针对上述专利671项专利，除去：(1)和美国本土申请专利内容一致的其他区域的的专利；(2)美国本土外观设计类等非重点专利中内容一致(权利要求不一致)的专利。
经筛选后还有360项申请记录，并对这360项专利进行了初步分析。
（1）年专利申请量下图是特斯拉申请专利的时间分布，可以看出，申请专利数量主要集中在2010年~2013年，且以2013年居多。
申请数量逐年增加，2014年专利数量减少，可能由于两种原因：(1)2014年申请的专利有较多还未进行第一次公示；(2)2014年特斯拉公司未处于新车型开发期。
图 1-2各年申请量（2） 专利分类统计初步筛选后的360项专利的总体结构如图 1-3所示：图1-3总体分类结构外观设计类主要包括整车、车门和轮毂三个子类。
其中整车部分包括：触摸屏设计、座椅安装、车身外形设计、天窗控制；车门部分包括：车门的密封，车门的控制，车门的设计；轮毂部分包括：轮毂的外形设计。
金属电池相关专利共有6项，主要包括：金属空气电池和非金属空气电池的复合使用，金属空气的充电管理和金属空气电池的安全管理。
金属电池的优点是能量密度高，但金属电池供氧要求高、放电率低、可循环次数少。
常见的有铝空气电池、锌空气电池、锂空气电池和铁空气电池。
锂离子电池包括六个部分：(1)动力电池热管理系统，其包括a)热管理系统结构；b)热管理的控制策略；c) 热失控的防护措施。
(2)电池系统充电控制。
(3)电池系统集成方法，其包括a)总体系统布置与装配；b)排气系统；c)电池箱密封。
(4)电池安全监测或改进。
(5)单体电池结构优化。
(6)电池其他方面的改进，主要包括电池的容错性设计，电池的绝缘电阻测量，电池箱的干燥等。
电机相关专利包括：(1)电机控制，其主要包括电机的驱动管理。
(2)电机的结构改进或制造，包括a)转子制造；b)电机绕组制造方法；c)转子的冷却。
；(3)电机其他方面的改进，主要包括转子温度估计和电机连接件整车部分的专利包括：(1)整车驱动系统，主要包括a)双电机驱动模式；b)全驱动模式；(2)结构优化，主要包括碰撞吸能结构；(3)整车其他方面，主要包括整车热管理和空气悬架控制系统；在初步分析的专利中，未归类的其他类专利主要包括：发电系统，充电站管理、出风口设计。
特斯拉公司在整车轻量化部分，没有专利申请的记录，其原因可能如下：(1)整车轻量化不是特斯拉公司的核心技术，在整车轻量化技术方面，特斯拉公司不如其他汽车厂商；(2)特斯拉电动汽车的车身参照了其他汽车企业的设计(例如莲花、菲斯克)。
（3） 专利分类分布情况在初步筛选后的360项专利中，各部分专利的数目和在总体内所占的比例如图 1-4所示。
图 1-4总体分类的分布可以看出锂离子电池系统方面的专利占总体专利的50%以上(184项)，是特斯拉公司专利战略的重点，也是该公司历年来研究工作的重点。
特斯拉公司在宣传中多次提及自身独特的动力电池系统技术，在专利保护战略中可以看出与宣传是一致的。
同时，特斯拉汽车独特的18650小容量电池成组技术虽在电动汽车业界存在不同的声音，但现阶段看，在商业应用上是成功的。
（4） 专利所有权初步筛选的360项专利中，特斯拉公司原申请了很多专利，并引进了一部分专利；但目前很大一部分专利做了抵押。
其分布情况如图 1-5所示：51%6%10%12%2%19%专利分类分布锂离子电池电机整车外观设计类金属电池其他图 1-5初步筛选专利所有权特斯拉公司在锂离子电池部分做了很重要的专利布局，申请了大量有关锂离子电池的专利，并引进了一部分专利；目前作为特斯拉公司战略重点的锂离子电池部分的专利，很大一部分做了抵押。
其具体情况如图 1-6所示。
图 1-6锂离子电池部分专利所有权由上可知，特斯拉公司已经失去了包括核心锂离子电池技术方面的大部分专利的所有权，至于其宣称专利公开，并不能完全消除侵权的可能性。
1.4 重点专利介绍针对上述初步筛选的360个专利，进行了进一步的分析，进一步筛选出75项专利，作为重点专利，进行了创新点的整理。
1.5 重点专利分布统计作为重点的专利，主要包括锂离子电池部分(58项)、电机部分(4项)、整车部分(6项)和界面控制系统(7项)，其具体分类和分布情况如图 1-7和图 1-8所示：85%15%原有专利引进专利62%38%抵押专利现持专利90%10%原有专利引进专利71%29%抵押专利现持专利图1-7重点专利分类明细8%10%5%77%锂离子电池电机整车界面控制系统图1-8重点专利分类分布在重点专利分析中，主要是对特斯拉核心技术—锂离子电池部分做了详细的专利解读，并分析了电机部分、整车部分的比较新颖的结构或控制和界面控制系统的组成。
1.6重点专利的专利所有权75项重点专利中，基本上都是特斯拉专利原有的专利，只有很少一部分是引进的。
重点专利部分的所有权和重点专利中锂离子电池部分的专利所有权如图1-9和图1-10所示。
图 1-9重点专利所有权 图 1-10锂离子电池部分专利所有权由图 1-9和图 1-10中可知，重点分析的75项专利中，有绝大部分专利做了抵押，其中特斯拉核心专利—锂离子电池部分，也绝大部分都做了抵押。
经咨询，多数专家认为，特斯拉此举在战略上是整合社会资源的一部分。
84%16%抵押专利现持专利91%9%抵押专利现持专利2锂离子电池2.1电池热管理系统当前，锂离子电池是电动汽车动力电池应用的主体，其充放电性能、使用寿命等均受到温度的影响，如图2-1~图2-3[1]。
电池在放电过程中，要放出一定的热量，动力电池箱在狭小的空间中集中大量的锂离子电池（特斯拉汽车使用了近8000块电池单体），快速有效的散热冷却系统是必不可少的。