陳川 夏麗娜 康澤軍 冉純嘉 姜澤磊

摘 要：近年來，中國新能源汽車市場蓬勃發(fā)展，已成為全球最大的新能源汽車產(chǎn)銷市場。根據(jù)工業(yè)和信息化部要求，自2017年1月1日起，企業(yè)需按要求采集新能源汽車運行數(shù)據(jù)并上傳至國家監(jiān)測平臺。海量新能源監(jiān)控數(shù)據(jù)蘊含了豐富的信息，可用于分析新能源車輛的技術(shù)、安全預(yù)警、基礎(chǔ)設(shè)施管理等內(nèi)容，以助力新能源汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。本文基于新能源汽車監(jiān)控數(shù)據(jù)應(yīng)用現(xiàn)狀，總結(jié)了新能源汽車監(jiān)控數(shù)據(jù)典型應(yīng)用場景，并對新能源汽車監(jiān)控數(shù)據(jù)未來應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：監(jiān)控數(shù)據(jù) 應(yīng)用場景 分析模型 未來前景

1 前言

2014年5月24日，習(xí)近平總書記在上海汽車集團(tuán)考察時強(qiáng)調(diào)，發(fā)展新能源汽車是我國從汽車大國邁向汽車強(qiáng)國的必由之路，要加大研發(fā)力度，認(rèn)真研究市場，用好用活政策，開發(fā)適應(yīng)各種需求的產(chǎn)品，使之成為一個強(qiáng)勁的增長點[1]。近年來，在政策激勵、技術(shù)發(fā)展、用戶逐步認(rèn)可等背景下，中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，自主企業(yè)數(shù)量不斷增長。當(dāng)前，中國已成為全球最大的新能源汽車產(chǎn)銷市場。根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，2021年1～11月，中國新能源汽車產(chǎn)銷量分別達(dá)到302.3萬輛和299萬輛[2]，產(chǎn)銷形勢持續(xù)向好。

為提高新能源汽車推廣應(yīng)用中的安全性，維護(hù)新能源汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展大局，工業(yè)和信息化部要求，自2017年1月1日起，企業(yè)要通過監(jiān)測平臺按照GB/T 32960采集整車及關(guān)鍵系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，并上傳至國家監(jiān)測平臺。根據(jù)新能源汽車國家大數(shù)據(jù)聯(lián)盟數(shù)據(jù)，2021年1～11月，新能源汽車?yán)塾嬓旭偫锍?06.12億公里[3]。2017年至今，新能源汽車在運行中已積累海量的數(shù)據(jù)資源，多家企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)均已相繼開展新能源監(jiān)控數(shù)據(jù)的挖掘開發(fā)，用于分析新能源車輛的技術(shù)、安全預(yù)警、基礎(chǔ)設(shè)施管理等內(nèi)容，以提升汽車運行質(zhì)量。本文通過分析當(dāng)前新能源汽車監(jiān)控數(shù)據(jù)應(yīng)用現(xiàn)狀及外部環(huán)境，總結(jié)了新能源汽車監(jiān)控數(shù)據(jù)的主要應(yīng)用場景及其模型，對新能源汽車監(jiān)控數(shù)據(jù)未來應(yīng)用前景進(jìn)行展望。

2 當(dāng)前應(yīng)用場景

根據(jù)GB/T 32960要求[4]，新能源汽車監(jiān)控數(shù)據(jù)上報時間間隔不超過30s，故障時1s。實時數(shù)據(jù)采集項包含驅(qū)動電機(jī)數(shù)據(jù)10項、整車數(shù)據(jù)11項、極值數(shù)據(jù)12項、報警數(shù)據(jù)10項、車輛位置數(shù)據(jù)3項、發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)3項，發(fā)生故障情況下應(yīng)采集單體溫度數(shù)據(jù)4項、單體電壓數(shù)據(jù)8項。對于燃料電池汽車而言，需按要求采集燃料電池數(shù)據(jù)。除滿足GB/T 32960要求外，企業(yè)可根據(jù)自身安全監(jiān)測需求，進(jìn)行數(shù)據(jù)字段擴(kuò)展和頻率提高。

新能源汽車監(jiān)控數(shù)據(jù)由企業(yè)自用戶側(cè)采集，上傳至地方和國家監(jiān)測平臺，在國家層面、地方層面、企業(yè)層面具有多個應(yīng)用場景，成為連接國家、地方、企業(yè)和用戶多個層面的紐帶。從國家層面而言，新能源監(jiān)控數(shù)據(jù)可用于節(jié)能減排核算、效益和補(bǔ)貼清算、安全與質(zhì)量監(jiān)管及技術(shù)評價等;從地方層面而言，新能源監(jiān)控數(shù)據(jù)可用于安全監(jiān)管、節(jié)能減排、有序應(yīng)用、藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)等;對企業(yè)而言，新能源監(jiān)控數(shù)據(jù)可用于產(chǎn)品規(guī)劃、用戶服務(wù)、安全管控、精準(zhǔn)營銷等;而對于用戶，新能源監(jiān)控數(shù)據(jù)則可用于分析用戶里程焦慮、充電便利性、安全性顧慮等問題，幫助用戶進(jìn)行產(chǎn)品選擇。新能源監(jiān)控數(shù)據(jù)可在新能源汽車產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)、銷售、售后及運營使用等多個環(huán)節(jié)發(fā)揮作用。蔚來、廣汽、比亞迪等企業(yè)均已建立新能源大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺，具備大數(shù)據(jù)存儲、清洗處理、數(shù)據(jù)可視化等功能，推動新能源監(jiān)控數(shù)據(jù)的應(yīng)用開發(fā)，實現(xiàn)車輛使用狀態(tài)的實時監(jiān)控。目前，企業(yè)對新能源監(jiān)控數(shù)據(jù)的挖掘應(yīng)用多集中在整車及動力電池故障分析、動力電池安全監(jiān)控、電池健康度評估，以及用戶在充電和出行方面的使用特征等方面。

2.1 車輛出行特征分析

新能源汽車監(jiān)控數(shù)據(jù)中，整車數(shù)據(jù)記錄了車輛運行時間戳、累計里程、運行狀態(tài)、車速、荷電狀態(tài)SOC（state of charge）等信息，可從中提取出車輛出行特征參數(shù)，如行駛時長、行駛里程、出行時刻、平均車速等[5]，用于分析車輛實際市場表現(xiàn)和用戶使用特點。

乘用車細(xì)分市場中，私家車、出租車、網(wǎng)約車和共享租賃車根據(jù)因市場屬性不同，具有不同的實際出行特征，需根據(jù)實際情況，單獨分析不同細(xì)分領(lǐng)域車輛。利用圖1所示分析模型，提取相應(yīng)特征參數(shù)，分析不同細(xì)分市場車輛實際出行特征，量化評估新能源汽車使用頻率、使用強(qiáng)度以及遠(yuǎn)行程度，可衡量新能源汽車在汽車市場中的實際應(yīng)用滲透情況。并且，通過用戶日行駛里程分布和新能源汽車標(biāo)稱續(xù)駛里程的對比，可客觀、定量分析用戶對新能源汽車?yán)m(xù)駛里程的滿意度。

2.2 用戶充電行為分析

在新能源汽車監(jiān)控數(shù)據(jù)中，與充電相關(guān)的數(shù)據(jù)字段包括充電狀態(tài)、SOC、電流、總電壓、單體電壓和溫度以及數(shù)據(jù)采集時間等。其中，與用戶充電行為密切相關(guān)的數(shù)據(jù)字段主要是充電狀態(tài)、SOC、電流。利用充電狀態(tài)、SOC和電流可分析用戶的充電方式、充電時長、充電時刻、充電起始SOC等特征[5～7]。

不同乘用車細(xì)分市場的車輛因出行特征各異，對于充電的需求勢必有差別，故用戶充電行為存在差異，需對不同細(xì)分市場分別分析。根據(jù)圖2所示用戶充電行為分析模型，分別提取不同細(xì)分市場用戶次充電特征、日充電特征和月充電特征，可挖掘用戶的充電需求、充電高峰期、私人充電樁擁有率等。

2.3 故障分析及預(yù)警

新能源監(jiān)控數(shù)據(jù)采集最重要的目的是促使整車企業(yè)實時監(jiān)測新能源汽車及關(guān)鍵系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，通過設(shè)置合理的整車及動力電池安全閾值參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)存在安全隱患的車輛，并采取有效措施消除隱患，提高車輛安全性，促進(jìn)中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)安全可持續(xù)發(fā)展。因此，故障分析及預(yù)警也是新能源監(jiān)控數(shù)據(jù)最重要的應(yīng)用場景之一。

新能源汽車監(jiān)控數(shù)據(jù)中，與故障相關(guān)的數(shù)據(jù)字段主要是報警數(shù)據(jù)、極值數(shù)據(jù)、故障時單體電壓和單體溫度以及整車運行數(shù)據(jù)，其中影響故障的關(guān)鍵參數(shù)主要是動力電池的電壓（包括總電壓、電壓極值和單體電壓）、溫度（包括溫度極值和單體溫度）和絕緣電阻數(shù)據(jù)。如圖3所示，利用電池數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)和整車數(shù)據(jù)，分析故障發(fā)生的頻率、趨勢和相關(guān)性，探索不同零部件發(fā)生故障的頻次，為改善整車性能提供支撐，并在已發(fā)生故障基礎(chǔ)上，提前預(yù)測潛在的異常。

2.4 電池健康狀態(tài)評估

除了動力電池安全問題，影響消費者購買新能源汽車意愿的另一個重要原因是動力電池壽命問題。在實際運行過程中，動力電池的容量和內(nèi)阻會隨著使用強(qiáng)度和使用時間發(fā)生變化，性能逐漸衰減。動力電池健康狀態(tài)SOH（State of Health）作為一個反映動力電池實際狀態(tài)的變量，表示動力電池與其新鮮狀態(tài)相比性能差異程度，可用于預(yù)測電池的使用壽命。SOH的評估是動力電池壽命預(yù)測中的重要環(huán)節(jié)，可避免由于電池壽命問題造成的系統(tǒng)意外中斷等危險事件。

目前，動力電池SOH評估的方法主要有實驗測量法和數(shù)據(jù)驅(qū)動法[8]。其中，數(shù)據(jù)驅(qū)動法即為利用新能源監(jiān)控數(shù)據(jù)建立SOH評估模型，如圖4所示。動力電池SOH可利用電池當(dāng)前實際容量與初始容量計算，具體表示為

其中，Cactual是指電池當(dāng)前實際容量，Cinitial是指電池初始容量。

如圖4所示，利用新能源汽車監(jiān)控數(shù)據(jù)中采集時間、電壓、電流等數(shù)據(jù)計算電池實際容量，結(jié)合使用年限、循環(huán)次數(shù)、行駛里程等數(shù)據(jù)，采用多元回歸、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法擬合動力電池容量衰減曲線，從而估算出SOH。

2.5 電動汽車減排性評估

汽車碳排放大部分來自汽車運行使用階段消耗的汽柴油等化石能源。電動汽車在使用階段可視為零排放，其碳排放來源于發(fā)電端。由于電動汽車的能量來源可能是風(fēng)能、水能、太陽能等可再生能源，發(fā)電過程不釋放二氧化碳，對化石能源的依賴度大大降低，可減少溫室氣體的排放。因此，電動汽車的碳排放僅需重點考慮火力發(fā)電生產(chǎn)過程中的排放量。

中國火力發(fā)電的主要來源是煤電和小部分天然氣發(fā)電。如圖5所示，考慮中國電力結(jié)構(gòu)中火電比例及火電類型占比，利用新能源汽車監(jiān)控大數(shù)據(jù)測算電動汽車百公里電耗，進(jìn)而計算電動汽車的碳排放水平。同樣，考慮化石能源生產(chǎn)端和使用端的碳排放，測算燃油車的碳排放水平。電動汽車減排性可通過電動汽車碳排放水平相對同級別燃油車的碳排放水平來表示。

3 應(yīng)用前景展望

2020年，大數(shù)據(jù)中心被納入新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)七大領(lǐng)域之一，進(jìn)一步明確了大數(shù)據(jù)的重要性，對新能源汽車監(jiān)控大數(shù)據(jù)的應(yīng)用場景探索起到了助推作用。根據(jù)當(dāng)前政策背景和宏觀背景，未來新能源汽車監(jiān)控大數(shù)據(jù)有望在以下領(lǐng)域進(jìn)一步拓展應(yīng)用。

（1）新能源汽車國家監(jiān)測平臺在建立之初的最重要目的是進(jìn)行新能源汽車的安全監(jiān)管，未來利用新能源汽車監(jiān)控大數(shù)據(jù)進(jìn)行新能源汽車質(zhì)量安全管理、產(chǎn)品缺陷調(diào)查、安全狀態(tài)監(jiān)測和維修保養(yǎng)檢測的力度將繼續(xù)提升。

（2）未來新能源汽車監(jiān)控大數(shù)據(jù)有望應(yīng)用于智慧交通、智慧物流領(lǐng)域。通過加快新能源汽車在分時租賃、城市公交、出租汽車、場地用車、城市配送、港口作業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用，不斷累積新能源汽車監(jiān)控數(shù)據(jù)，幫助打造一體化智慧出行服務(wù)平臺，構(gòu)建智能物流運輸服務(wù)體系。

（3）新能源監(jiān)控大數(shù)據(jù)實時監(jiān)控新能源汽車充放電狀態(tài)和電量情況，可為實現(xiàn)新能源汽車充放電、電力調(diào)度需求統(tǒng)籌提供數(shù)據(jù)支撐，能夠助推V2G發(fā)展，幫助實現(xiàn)新能源汽車與電網(wǎng)能量高效互動。

（4）2020年9月，中國銀保監(jiān)會發(fā)布《關(guān)于實施車險綜合改革的指導(dǎo)意見》，提到要探索新能源汽車UBI車險等創(chuàng)新產(chǎn)品。UBI車險是基于駕駛行為以及車輛使用相關(guān)數(shù)據(jù)的可量化的保險，保費取決于車主實際行駛里程、駕駛時間、行駛地點、具體駕駛行為等指標(biāo)。新能源監(jiān)控大數(shù)據(jù)記錄了UBI車險所需的數(shù)據(jù)信息，可助力UBI車險在新能源汽車行業(yè)的探索推廣。

4 結(jié)論

近年來，我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，積累了海量新能源汽車監(jiān)控數(shù)據(jù)，車企和研究機(jī)構(gòu)利用新能源監(jiān)控大數(shù)據(jù)相繼開展了大量應(yīng)用研究。目前，新能源汽車監(jiān)控大數(shù)據(jù)主要應(yīng)用領(lǐng)域為整車及動力電池故障預(yù)警、動力電池健康度評估、用戶出行及充電行為特征分析、電動汽車減排性評價以及重點零部件性能分析等。隨著新能源監(jiān)控數(shù)據(jù)的不斷積累，加上國家政策、宏觀環(huán)境的影響，未來新能源汽車監(jiān)控數(shù)據(jù)有望在智慧交通、智慧物流、UBI車險、V2G等領(lǐng)域發(fā)揮作用，應(yīng)用場景得到進(jìn)一步拓展。

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