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
3 N6 o9 k8 ~) s3 A$ a7 y" p協辦單位：金屬工業研究發展中心
承辦單位：拓墣產業研究所
活動時間：2012/11/30(五) 09:30-12:00
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）
7 L+ D$ j  }2 q- N4 H活動網頁：http://vip.topology.com.tw/images/1011130EDM.htm
活動議程：
09:30　引言
/ t4 J, W+ ~* G) e09:40　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
  n! a" l/ I# J11:00　電動車電池管理技術新解／中山科學研究院
11:30　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
( S. x; e' w3 R8 L: e! [11:45　Ｑ＆Ａ
& n2 V) l( o6 a, w12:00　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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: k. H: h0 o3 F# A0 z. \# R行駛路況難掌握  即時監控最可靠

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。
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! g& `! _8 V7 A( j1 u5 k/ |  q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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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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  ~) |1 ~4 a4 V7 K; }5 ]8 X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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/ w  U4 U- |+ w5 e& X" P5 m% n電動機車  關鍵系統練兵好所在
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1 ?5 C0 s+ z' v& i' L& `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。

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。