智能车载系统带来的EV创新移动管理技术与服务

上海交通大学先进产业技术研究院(AITRI)，致力于引领新兴产业发展的高新技术前瞻性布局，整合创新力量与关键技术。AITRI与美国智能维护中心(IMS)合作，导入许多智能电池的电压？电流？驾驶模式等模型推估与演算法则，结合电动车前端数据采集、预测失效模式，来进化电动车的能源管理、智能充电路由、导航路线建议，与最近充电站等云端服务信息，使电动车能进一步智能化。

AITRI与IMS中美合作 建造智能车载系统

上海交通大学先进产业研究院(AITRI)暨美国智能系统维护中心(IMS)博士研究员黄亦翔，先介绍关于上海交通大学先进产业技术研究院(产研院AITRI)于2009年12月13日成立，结合大学研究机构的基础研究，以及将技术转化推广到产业界与科技园区促成应用发展，致力于引领新兴产业发展的高新技术前瞻性布局；从新兴技术的技术研发、测试，到主控技术智财(IP)的专利布局，接着从政府、企业界与社会引入资金，进而形成新兴产业。

而美国智能维护中心(Center for Intelligent Maintenance Systems；IMS)由俄亥俄州辛辛那堤州立大学、密歇根大学与密苏里理工大学三个大学院校于2000年合作设立，并有TOYOTA、东芝、GE、BOSCH、GM、Ford、DAIMLER CHRYSLER、Samsung、研华、P&G宝乔、台湾工研院(ITRI)等全球汽车、车用电子、工控、化工、ICT资通讯大厂、研究机构等加入成为会员，在全球各地与超过75家产业夥伴与26家学术研究机构合作。

IMS起初创建的宗旨，就是将设备看作跟人一样的生命个体，不希望它会出现意外、失效的模式。他提到AITRI加入一个电动车的研究，希望通过对设备本身的性能参数的采集，进行初步挖掘分析，对其性能进行评估与预测其何时失效。

AITRI与IMS开发了预测演算法工具箱，分为信号处理及特徵提取、健康评估、健康诊断与性能预测四大类。对电动车来说，是以电池为主要研究、预测与评估的关键物件。美国IMS与大陆AITRI、产业界三方相互合作模式，导入IMS前瞻核心技术，并且与产业界进行技术验证及测试集群合作。

电动车的节能优势与当前担忧关键

黄亦翔提到，由于大陆汽车排气污染量随购车消费增长不断加重，对环境生态压力日益凸显，世界各国无不加紧开发电动车来解决这个环保污染的问题。

众所皆知电动车所具备的节能优势，充6个小时电能跑220~240公里，平均百公里耗电只有12~14度，相当于约人民币7元，同时具备零排放的环保优势。但是电动车目前仍面对电能续航问题，以及大众对其安全性的质疑。世界各国均大力研制高性能车载电池及电池管理系统，并给予政策扶持。具备电量密度高、重量轻、循环充电次数多、无记忆效应的锂离子电池，以及其中适合大功率应用的磷酸锂铁电池，有可能成为车载电池主流。

大众对电动车的忧虑还属于冰山一角，海平面下的一大块潜藏议题，有移动力管理系统、电池寿命周期及服务创新两大方向，并可再细分为材料、制造、监控、维护、管理与移动力六类。AITRI针对移动力与维护做专利检索，有关电动车电池与路况导航车辆的专利数分别有7,598、3,608件，对电池监控与路况及云端信息的专利比较少。

智能电池技术对产业的影响，涵盖充电站、资通讯、电动车制造商、配件制造商、行车交通配套、电池配套企业与电池制造商等，电动车使用电池动态使用管理、性能跟踪及预测、智能充电维护以及云端服务，将为电动车服务增值，开拓产业价值。AITRI在上海建立了电池试验台及电动车车载相关等实验。

智能电池技术的预测与健康管理

黄亦翔提到，以充电量是否满载来衡量电池的健康状态，藉由数据获取、数学建模、特徵提取与选择、预测技术，来做电池的健康评估与寿命预测。电池在实验室进行电压、电流与温度的数据撷取，经实验室长期充放电实验，失效定义为电池容量降低到宣称容量的20%~30%；并针对充电时的电压上升速率、电流变化率、电压上升时的电池温度变化、电流减弱时的电池温度变化、充电过程中的最大电池温度、放电过程的最大电池温度、电池内阻与容量等特徵提取与健康评估。

预测方式分Adaptive Neural Network(AdNN自适应神经网络)，与Autoregressive Moving Average(ArMA自回归移动平均线)，来预测电池的剩余寿命；而整个预测模型还可追加环境温度与充放电倍率(C-Rate)等参数来动态修正。最后再辅以电动车实际车载实验，最后修正预测的演算法，来针对驾驶人行为与剩余电量、寿命的推估，来计算移动力，也就是可续航的里程。

智能电池及移动力管理系统，从电池类型、负载状况、道路状况(斜坡？速限？交通拥挤程度)、环境状况(温湿度)与电池充电状况做综合考量，同时要蒐集驾驶习惯模型与使用模式，列出驾驶者经济能耗模式或高能耗驾驶模式。

AITRI利用一部单人三轮的电动车，搭配IMS在iPad上开发的移动力管理与云服务系统(Battery Mobility Advisor)，跟电动车监控系统连线，可以随时监控电动车电流、电压与行进速度，同时藉由移动网际网络连线撷取目前天候信息，以及搭配Google Map导航情况下的交通拥塞情况，行驶路线的坡度等信息，最后做路况电能消耗信息分析，看路况是颠簸、普通公路或高速公路，做好智能电池管理。甚至列举出要行进到哪一个路线？位置，需要采用什麽驾驶模式才能到达的驾控建议等等。

接下来将这套系统转移到比较大型的四轮电动车上进行车载测试，从电动车传感数据获取、剩余电量计算、驾驶行为分析，视驾驶人为高能耗模式、一般能耗模式或低能耗模式，来推估电池剩余电量、剩余时间的预测，并计算出剩余可移动距离，最后为电动车做健康与安全评估。

黄亦翔提到，自第一届清洁能源大会于2010年7月在华盛顿召开，大陆、美国、法国、德国、日本、西班牙、瑞典、丹麦等14国，以及国际能源署积极回应电动汽车倡议，这些国家的汽车持有量占世界汽车持有量的80%。接下来2012年4月AITRI与上海国际汽车城SIAC的合作，将配置智能电池移动力管理系统的原型电动轿车做展示。

AITRI希望到2012年底，实现千辆安装智能电池？移动力管理系统的电动车数据的采集，并完成相关样本报告。接下来将建置、安装多达2万辆具备实时数据采集的电动实验车，以全面性的云端数据采集，进一步将这种智能电池？车载系统，搭配云端导航服务的服务模式，做全面性的验证，从实时监控电动车的电压、电流、温度、交通状况与驾驶者的能耗模式，来计算并回报各种能耗模式下，可以继续行驶的距离与路线选择等等。

电动车智能电池再一步进化

黄亦翔提到，传统智能电池？电池包？电池组，是整合电压、电流监控的SoC芯片，仅能做到电压与电流的监控，回传这些有限的监控数据到汽车中控电脑，来计算剩余电量以及剩余驾驶距离。

由IMS预测演算法？技术导入的新一代智能电池，将针对电压、电流、温度、驾驶行为、道路状况做综合评估，更精准的计算剩余电量以及剩余驾驶距离。对电池健康状态而言，传统仅监控电压与电流；新的技术将监控电压、电流、温度、驾驶行为，计算出剩余有用寿命以及安全评估，同时驾驶行为也可藉由电压、电流、驾驶、道路、温度来评估其能耗模式，而道路状况也可藉由监控电压、电流、道路、温度、交通状况来评估。

黄亦翔最后提到AITRI/IMS，会针对智能电池、移动力管理等验证技术去申请相关专利。像是电动车移动力管理系统、快速电池剩余电量估计方法、充电站电池安全与健康评估系统、由电池数据提取行车交通信息的方法，与电动车备用电池管理系统等，做好相关专利布局。同时也在美国与大陆等地，去申请Battery-to-Business，Smart Mobility Advisor的使用商标注册。

而AITRI/IMS也将藉由吸引会员缴会费入会、立项合作研发，与直接专利授权三阶段，建立Smart Battery Systems智能电池系统的专利IP，并授权给有入会的公司会员，在一到一年半的时间内，让相关智能电池、移动力管理的技术能够进一步推广与应用，并成为电动汽车产业中另一项重要的关键技术。