電動車電池管理重細節 路「搖」才知真電力

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指導單位：經濟部技術處
協辦單位：金屬工業研究發展中心
5 V% N# s0 I* I承辦單位：拓墣產業研究所
活動時間：2012/11/30(五) 09:30-12:00
2 Z8 Q/ b( J) k0 e" i2 e/ c# K& z! T活動地點：台大醫院國際會議中心4樓402室（台北市中正區徐州路2號4樓）
# i3 k0 k( `! Z) W活動網頁：http://vip.topology.com.tw/images/1011130EDM.htm
活動議程：
09:30　引言
( ^+ S" p8 b  l% J09:40　從電動二輪車使用情境探討電池管理系統未來發展趨勢／拓墣產業研究所 雷德灝 研究員
10:10　電動二輪車鋰電池管理系統設計重點與技術趨勢／統達能源 周裕福 技術長
$ x$ ^/ k/ x9 d8 [) {, N11:00　電動車電池管理技術新解／中山科學研究院
( U% t1 a0 b1 E11:30　動力電池管理系統研發願景／金屬工業研究發展中心 劉文鈞 執行長特助
4 Y" H( Q9 J9 c6 ]) x& c1 h11:45　Ｑ＆Ａ
12:00　圓滿結束

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環顧全球電動車市場推動現況，近年來企業在車款上雖積極推陳出新，但銷售成績和預期仍存有落差。檢討箇中原因，不外乎是價格、續航距離、以及充電不便等問題讓消費者望之卻步。拓墣產業研究所研究員雷德灝表示，欲加速電動車市場起飛，在技術面向，除電池整體效能需再提升外，電池管理系統亦扮演關鍵角色，但因目前尚為客製化，泛用型產品從缺，對技術發展產生瓶頸，廠商必須持續精進；至於市場推動上，從設計符合電動車運行環境的電池組、提升使用品質與安全性以及由電動機車著手切入系統開發，循序漸進朝電動四輪車發展，不失為台灣相關業者跨入電動車產業的一大竅門。
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行駛路況難掌握  即時監控最可靠
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一個好的電池管理系統（Battery Management System；BMS）產品可讓電動車以最少的電力行駛最長的距離，以及保護電池組，然而，從現階段產品發展來看，BMS要落實產品概念的初衷，仍有許多需要廠商持續探索精進之處。雖然電池特性不同，對BMS需求亦不同，但幾乎都需要監測（Monitor）功能、其次為具備保護（Protect）、平衡（Balance）及估算（Gauge）功能，甚至延伸至安全監控。

以鋰電池為例，過去在消費電子產品上的應用已屬成熟，但隨著使用場域轉換至電動車，電池數量不同，也使電池管理變得複雜。由於電動車在戶外行走必須接受嚴苛的天候考驗，加上面臨各式路況震動衝擊，由化學物質組成的動力電池，不穩定係數快速攀高。而電池產品最棘手的是，任何具有電壓差異接點之間的輕微接觸，都有可能造成短路，引發安全問題，因此電池組內部設計排列皆須注意，且須有良好絕緣空間和材料，避免部分電池芯損壞引起連鎖反應。電池組外部支撐機構也有學問，為承受行駛中的震動，一方面與車體連接的設計必須穩固，另外，也得避免過多會造成電池阻抗升高的配線或接點設計。
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; C0 S. b0 y& B9 m拓墣指出，電動車的電池產業發展，過去著重在電池芯檢測，現今則為電池芯監控與充電平衡，但對電池組層面的保護未有足夠涉獵，未來在國際大廠持續改良監控系統下，為提升電池安全性，針對電池組的監測將是產業發展重心。

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提高殘電量估測精確度  產品價值才能發揮

BMS功能大致可區分為量測、保護、平衡及運算分析等四項，其中殘電量估測（State of Charge；SOC）技術可同時發揮量測和運算分析兩項功能，並可化解使用者里程焦慮問題，是BMS系統中的核心功能。然而，SOC並非是全新技術，過去在消費電子產品上的應用允許誤差範圍大，且電池耗盡後只是造成電子產品關機而已；相對的，如果量測及行駛里程預估問題發生在電動車，恐將造成車輛拋錨，因此，SOC的精確度對電動車而言，重要性遠超過消費電子產品。
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/ z) b# Y. w/ }# T4 W3 J提升SOC的精確度可從兩個層面著手。首先為量測估算技術的準確度，為獲得精確的剩餘電量，必須將所有變數納入演算邏輯中，其中的困難除了演算複雜外，量測的技術不論是時機、位置或方法，廠商皆有需持續精進之處。另一層面則是SOC提供使用者辨讀之資料形式，目前電動機車的殘電量多以5格刻度顯示，意謂允許誤差範圍約20%，以平均40km的續航力來看，尚符合使用需求，但若能提高顯示精密度，駕駛對行車資訊的掌控亦能更明瞭，此即產品價值所在。拓墣表示，殘電量估測的顯示方式在量測技術精進下，未來將朝高精密刻度發展，最終走向數位化顯示。
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電動機車  關鍵系統練兵好所在
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四輪純電動車的電池達數千顆，在大量串聯及併聯下，影響電池及電動車系統運作的變數太多，也因此大幅提升BMS產品設計的難度。反觀二輪電動車，僅有約數十至百顆的電池使用量，在電池管理系統設計上相對單純許多。因此，在BMS技術尚未達成熟階段前，拓墣建議業者可循序漸進，由電池串併數量較少之產品打好基礎，再逐步向上發展。而且以台灣的用車環境來看，由於電動機車較電動汽車更容易為消費者所接受，短期可預期市場規模亦較大，建議產業鏈上相關零組件廠商，尤其是電池和電池相關系統廠，可將電動機車視為練兵場所。
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& J, X6 G8 l) A5 P8 d* z為協助國內業者精進BMS產品成熟度，金屬工業研究發展中心協同拓墣產業研究所將於2012年11月30日上午於臺大醫院國際會議中心共同舉辦「電動未來，電池管理技術新趨勢研討會」，由拓墣產業研究所、統達能源、中山科學研究院、金屬工業研究發展中心等發表演講，剖析BMS技術設計和現有系統研發能量，並探討未來使用情境和發展新趨勢，歡迎產業先進蒞臨指導。而為了解決目前電動車在電池相關問題，金屬工業研究發展中心除在政府科專計畫投入研發外，亦與中山科學研究院資通所合作，建置電池系統檢測平台，未來將協助業界針對電池組特性及功能等進行測試，並提出建議修正方案，明年度也規劃成立研發設計聯盟，有興趣的業者可共同參與。

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UL、台灣大電力、致茂電子合力啟動 全球首家電動車充電技術評測實驗室

2012年12月3日，台北訊 –國際產品安全測試及認證領導機構 UL (Underwriters Laboratories) 頒發全球第一張以SAE J1772標準為依據的電動車充電技術評測實驗室認可證書予財團法人台灣大電力研究試驗中心，以及全球第一張SAE J1772評測系統認可證書予致茂電子。透過國際公信UL的評估認證，這個全球首家執行電動車充電技術驗證的第三方檢測實驗室，可望啟動台灣在電動車充電介面的技術專業與測試能量，並幫助台灣業者發展同時兼顧國內與全球市場規格的產品，與世界接軌。

目前台灣電動車充電技術的國家標準尚未定案，但為確保電動車在各縣市的示範運行能成功推動，國內先以國際充電介面技術標準SAE J1772 通信協定作為評測的依據。SAE J1772是國際標準訂定組織 - 美國自動機工程學會 (Society of Automotive Engineer, SAE) 於2001年提出並持續修訂的技術規格，其詳訂了低電壓傳導式的充電介面規格，包含硬體的機械與電力要求，以及充電系統與電動車之間的通信協定。
0 v+ R4 u. s  q9 x, l. @SAE J1772標準先獲得了美國加州政府的採用，作為州內電動車運行補助方案的統一介面規格，後來變成北美地區的共同標準介面，接著更獲得國際IEC標準的採用，成為IEC會員國的統一介面。今年10月，SAE J1772增修針對直流快速充電系統的標準規格，獲得國際上多數國家的認可，成為未來電動車快充與複合介面(Combo) 的國際通用標準之一。
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UL台灣總經理湯家德表示：「目前歐美國家皆以SAE J1772為主要的電動車充電介面規格標準，雖有明訂規格，但在檢測及驗證上的實務做法仍未統一。現階段每家車廠為了確保自家車輛與不同充電站之間的相容性，必須將每種充電模組與不同的充電站模組進行一對一的配對測試；同樣地，充電系統業者也必須進行自家充電站與不同車廠及車款的配對測試。這樣的做法，不但無法確保測試結果的代表性，測試時間與花費也會隨著車款的不同，以及充電站款式的增加而不斷攀升。」

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政府為解決介面相容性的問題，決定採用SAE J1772做為台灣電動車示範運行的技術標準介面，並於去年底委託台灣大電力研究試驗中心作為本土的示範驗證中心，同時邀請國際認證單位UL依據SAE J1772的標準精神建立一套標準化的驗證程序，再加上由致茂電子設計的SAE J1772自動化評測系統，最終於今年10月由UL完成所有的功能評鑑，成為全球第一個第三方檢測實驗室。
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未來，台灣除有能力可自行依照SAE J1772通訊協定進行介面相容性的評測外，由於充電系統涉及高電壓大電流的安全議題，在安全性上將可透由UL進行安全上的評估。SAE J1772內即明訂的充電狀態與技術規格等要求，均採用UL 2231 (人員防護)、UL 2202 (直流充電系統)、UL 2594 (交流充電系統) 與UL 2251 (耦合介面) 等標準來評估檢驗。

# _% D, i9 s3 Y% s; I8 O) M2 a湯家德強調：「結合UL在安全科學上的國際經驗與專業，以及與SAE的合作網路與全球驗證資源，再加上國內先進充沛的SAE J1772介面標準實驗室能量，不僅能滿足台灣內需市場，更能為台灣電動充電零組件的外銷產品，提供更為完整的產品測試平台，強化產品安全與功能一體化的認證，穩固台灣產業的國際競爭力。」