智能車載系統帶來的EV創新行動管理技術與服務

上海交通大學先進產業技術研究院(AITRI)，致力於引領新興產業發展的高新技術前瞻性佈局，整合創新力量與關鍵技術。AITRI與美國智能維護中心(IMS)合作，導入許多智能電池的電壓？電流？駕駛模式等模型推估與演算法則，結合電動車前端資料採集、預測失效模式，來進化電動車的能源管理、智能充電路由、導航路線建議，與最近充電站等雲端服務訊息，使電動車能進一步智能化。

AITRI與IMS中美合作 建造智能車載系統

上海交通大學先進產業研究院(AITRI)暨美國智能系統維護中心(IMS)博士研究員黃亦翔，先介紹關於上海交通大學先進產業技術研究院(產研院AITRI)於2009年12月13日成立，結合大學研究機構的基礎研究，以及將技術轉化推廣到產業界與科技園區促成應用發展，致力於引領新興產業發展的高新技術前瞻性佈局；從新興技術的技術研發、測試，到主控技術智財(IP)的專利佈局，接著從政府、企業界與社會引入資金，進而形成新興產業。

而美國智慧維護中心(Center for Intelligent Maintenance Systems；IMS)由俄亥俄州辛辛那堤州立大學、密西根大學與密蘇里理工大學三個大學院校於2000年合作設立，並有TOYOTA、東芝、GE、BOSCH、GM、Ford、DAIMLER CHRYSLER、Samsung、研華、P&G寶喬、台灣工研院(ITRI)等全球汽車、車用電子、工控、化工、ICT資通訊大廠、研究機構等加入成為會員，在全球各地與超過75家產業夥伴與26家學術研究機構合作。

IMS起初創建的宗旨，就是將設備看作跟人一樣的生命個體，不希望它會出現意外、失效的模式。他提到AITRI加入一個電動車的研究，希望通過對設備本身的性能參數的採集，進行初步挖掘分析，對其性能進行評估與預測其何時失效。

AITRI與IMS開發了預測演算法工具箱，分為信號處理及特徵提取、健康評估、健康診斷與性能預測四大類。對電動車來說，是以電池為主要研究、預測與評估的關鍵物件。美國IMS與大陸AITRI、產業界三方相互合作模式，導入IMS前瞻核心技術，並且與產業界進行技術驗證及測試集群合作。

電動車的節能優勢與當前擔憂關鍵

黃亦翔提到，由於大陸汽車排氣污染量隨購車消費增長不斷加重，對環境生態壓力日益凸顯，世界各國無不加緊開發電動車來解決這個環保污染的問題。

眾所皆知電動車所具備的節能優勢，充6個小時電能跑220~240公里，平均百公里耗電只有12~14度，相當於約人民幣7元，同時具備零排放的環保優勢。但是電動車目前仍面對電能續航問題，以及大眾對其安全性的質疑。世界各國均大力研製高性能車載電池及電池管理系統，並給予政策扶持。具備電量密度高、重量輕、迴圈充電次數多、無記憶效應的鋰離子電池，以及其中適合大功率應用的磷酸鋰鐵電池，有可能成為車載電池主流。

大眾對電動車的憂慮還屬於冰山一角，海平面下的一大塊潛藏議題，有行動力管理系統、電池壽命週期及服務創新兩大方向，並可再細分為材料、製造、監控、維護、管理與行動力六類。AITRI針對行動力與維護做專利檢索，有關電動車電池與路況導航車輛的專利數分別有7,598、3,608件，對電池監控與路況及雲端信息的專利比較少。

智慧電池技術對產業的影響，涵蓋充電站、資通訊、電動車製造商、配件製造商、行車交通配套、電池配套企業與電池製造商等，電動車使用電池動態使用管理、性能跟蹤及預測、智慧充電維護以及雲端服務，將為電動車服務增值，開拓產業價值。AITRI在上海建立了電池試驗台及電動車車載相關等實驗。

智能電池技術的預測與健康管理

黃亦翔提到，以充電量是否滿載來衡量電池的健康狀態，藉由資料獲取、數學建模、特徵提取與選擇、預測技術，來做電池的健康評估與壽命預測。電池在實驗室進行電壓、電流與溫度的資料擷取，經實驗室長期充放電實驗，失效定義為電池容量降低到宣稱容量的20%~30%；並針對充電時的電壓上升速率、電流變化率、電壓上升時的電池溫度變化、電流減弱時的電池溫度變化、充電過程中的最大電池溫度、放電過程的最大電池溫度、電池內阻與容量等特徵提取與健康評估。

預測方式分Adaptive Neural Network(AdNN自適應神經網絡)，與Autoregressive Moving Average(ArMA自回歸移動平均線)，來預測電池的剩餘壽命；而整個預測模型還可追加環境溫度與充放電倍率(C-Rate)等參數來動態修正。最後再輔以電動車實際車載實驗，最後修正預測的演算法，來針對駕駛人行為與剩餘電量、壽命的推估，來計算行動力，也就是可續航的里程。

智慧電池及行動力管理系統，從電池類型、負載狀況、道路狀況(斜坡？速限？交通擁擠程度)、環境狀況(溫濕度)與電池充電狀況做綜合考量，同時要蒐集駕駛習慣模型與使用模式，列出駕駛者經濟能耗模式或高能耗駕駛模式。

AITRI利用一部單人三輪的電動車，搭配IMS在iPad上開發的行動力管理與雲服務系統(Battery Mobility Advisor)，跟電動車監控系統連線，可以隨時監控電動車電流、電壓與行進速度，同時藉由行動網際網路連線擷取目前天候資訊，以及搭配Google Map導航情況下的交通擁塞情況，行駛路線的坡度等資訊，最後做路況電能消耗資訊分析，看路況是顛簸、普通公路或高速公路，做好智慧電池管理。甚至列舉出要行進到哪一個路線？位置，需要採用什麼駕駛模式才能到達的駕控建議等等。

接下來將這套系統轉移到比較大型的四輪電動車上進行車載測試，從電動車傳感資料獲取、剩餘電量計算、駕駛行為分析，視駕駛人為高能耗模式、一般能耗模式或低能耗模式，來推估電池剩餘電量、剩餘時間的預測，並計算出剩餘可行動距離，最後為電動車做健康與安全評估。

黃亦翔提到，自第一屆清潔能源大會於2010年7月在華盛頓召開，大陸、美國、法國、德國、日本、西班牙、瑞典、丹麥等14國，以及國際能源署積極回應電動汽車倡議，這些國家的汽車持有量占世界汽車持有量的80%。接下來2012年4月AITRI與上海國際汽車城SIAC的合作，將配置智慧電池行動力管理系統的原型電動轎車做展示。

AITRI希望到2012年底，實現千輛安裝智能電池？行動力管理系統的電動車數據的採集，並完成相關樣本報告。接下來將建置、安裝多達2萬輛具備即時資料採集的電動實驗車，以全面性的雲端數據採集，進一步將這種智慧電池？車載系統，搭配雲端導航服務的服務模式，做全面性的驗證，從即時監控電動車的電壓、電流、溫度、交通狀況與駕駛者的能耗模式，來計算並回報各種能耗模式下，可以繼續行駛的距離與路線選擇等等。

電動車智能電池再一步進化

黃亦翔提到，傳統智能電池？電池包？電池組，是整合電壓、電流監控的SoC晶片，僅能做到電壓與電流的監控，回傳這些有限的監控資料到汽車中控電腦，來計算剩餘電量以及剩餘駕駛距離。

由IMS預測演算法？技術導入的新一代智能電池，將針對電壓、電流、溫度、駕駛行為、道路狀況做綜合評估，更精準的計算剩餘電量以及剩餘駕駛距離。對電池健康狀態而言，傳統僅監控電壓與電流；新的技術將監控電壓、電流、溫度、駕駛行為，計算出剩餘有用壽命以及安全評估，同時駕駛行為也可藉由電壓、電流、駕駛、道路、溫度來評估其能耗模式，而道路狀況也可藉由監控電壓、電流、道路、溫度、交通狀況來評估。

黃亦翔最後提到AITRI/IMS，會針對智慧電池、行動力管理等驗證技術去申請相關專利。像是電動車行動力管理系統、快速電池剩餘電量估計方法、充電站電池安全與健康評估系統、由電池資料提取行車交通資訊的方法，與電動車備用電池管理系統等，做好相關專利佈局。同時也在美國與大陸等地，去申請Battery-to-Business，Smart Mobility Advisor的使用商標註冊。

而AITRI/IMS也將藉由吸引會員繳會費入會、立項合作研發，與直接專利授權三階段，建立Smart Battery Systems智慧電池系統的專利IP，並授權給有入會的公司會員，在一到一年半的時間內，讓相關智慧電池、行動力管理的技術能夠進一步推廣與應用，並成為電動汽車產業中另一項重要的關鍵技術。