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研究生: 藍鴻明
Hong-ming Lan
論文名稱: 混合燃料電池及鋰電池供電系統研製
Development of Fuel Cell and Lithium Battery Hybrid Power Systems
指導教授: 黃仲欽
Jonq-Chin Hwang
口試委員: 葉勝年
Sheng-Nian Yeh
吳瑞南
Ruay-Nan Wu
賴炎生
Yen-Shin Lai
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 83
中文關鍵詞: 直接甲醇燃料電池鋰電池雙臂式直流-直流功率轉換器交錯式脈波寬調變無刷直流電動機變頻器混合供電系統
外文關鍵詞: direct methanol fuel cell, lithium battery, two-leg dc-dc converter, phase-interleaved pulse-width modulation, brushless dc motor, inverter, hybrid power systems
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  • 本文主旨在設計及製作以數位訊號處理器為基礎之混合燃料電池及鋰電池供電系統。文中採用雙臂式昇壓型直流-直流功率轉換器可以減小直接甲醇燃料電池輸出電流漣波,並提高燃料電池使用壽命,也可穩定昇壓至直流鏈電壓並提供能量給負載使用;本文負載為無刷直流電動機,採用三相直流-交流功率轉換器搭配六步方波轉速閉迴路控制以驅動無刷直流電動機;鋰電池方面採用之雙臂式昇/降壓型直流-直流功率轉換器搭配能量管理作充放電控制,作能量補償、供應與儲存,也可以提高直接甲醇燃料電池的使用效益,即可使本混合供電系統成為不斷電之系統。
    本文之系統採用運算速度快、成本低的32位元之數位訊號處理器DSP TMS320F 2808為控制核心,系統之功率轉換器控制及能量管理策略皆由軟體程式完成,不但減少硬體電路元件,並增加了系統運轉可靠度。本文使用之燃料電池其額定功率為40W,輸出電壓8~16V,鋰電池之規格為24V,10Ah。本文已完成三相變頻器驅動無刷直流電動機作為負載之混合供電系統,總輸出功率為30W,直流鏈電壓為36V,燃料電池端轉換效率為93%,鋰電池端轉換效率90%,其中燃料輸出電池漣波因素小於5.5%。最後,由實驗驗證理論分析。


    This thesis is concerned with the design and implementation of a digital signal processor based fuel cell and lithium battery hybrid power system. In fuel cell system, a two-leg boost converter which is not only designed to reduce the output current ripple and increase the life time of fuel cell but also provide stable dc-link and energy to load. The load of system is brushless dc motor (BLDCM) with six-step square wave control strategy. The battery system uses two-leg boost/buck converter. It can not only compensate, supply and store energy by charging and discharging with power management, but also improve the efficiency of fuel cell. Thus this hybrid power system can serve as uninterruptible power supply.
    In this system, the high-speed, low-cost, 32-bit digital signal processor TMS320LF2808 is used as the control core. The control of power converter and the method of power balance control are accomplished by software. It can not only reduce the hardware cost but also improve the system reliability. The rated power of fuel cell is 40W and output voltage range is between 8V and 16V. The capacity of lithium battery is 10Ah and normal output voltage is 24V. The load of hybrid power system is BLDCM, which is driven by three- phase inverter. A prototype of 30W and 36V dc-link voltage hybrid power system is built. Moreover, the experimental data show that the efficiency of fuel cell system reaches 93%, the efficiency of the lithium battery system reaches 90% and the output current ripple factor of fuel-cell is less than 5.5%. Thus experimental results justify the analysis.

    中文摘要 I 英文摘要 II 誌 謝 III 目 錄 Ⅳ 符號索引 VI 圖表索引 X 第一章 緒論 1 1.1 研究動機及目的 1 1.2 文獻探討 2 1.3 系統架構及本文特色 4 1.4 本文大綱 5 第二章 燃料電池簡介 8 2.1 前言 8 2.2 燃料電池種類與應用 8 2.3 直接甲醇燃料電池特性與分析 10 2.4 燃料電池之保護 13 2.4.1 燃料電池之電壓過低保護 13 2.4.2 燃料電池之電流漣波保護 13 2.5 結語 14 第三章 雙臂式昇壓型直流-直流功率轉換器之分析及控制 15 3.1 前言 15 3.2 雙臂式昇壓型直流-直流功率轉換器之架構分析 15 3.2.1 雙臂式昇壓型直流-直流功率轉換器之數學模型 16 3.3 雙臂式昇壓型直流-直流功率轉換器之控制 18 3.3.1 交錯式之脈波寬調變控制 18 3.4 電感值之決定 22 3.4.1 雙臂式昇壓型直流-直流功率轉換器電感值之決定 22 3.4.2 雙臂式昇/降壓型直流-直流功率轉換器電感值之決定 24 3.5 結語 25 第四章 鋰電池充放電及系統能量管理 26 4.1 前言 26 4.2 鋰電池簡介 26 4.2.1 鋰離子電池構造及原理 26 4.3 鋰電池充放電系統架構及分析 30 4.3.1 交錯式之脈波寬調變控制 30 4.3.2 雙臂式昇/降壓型直流-直流功率轉換器升壓模式 30 4.3.3 鋰電池放電模式之控制 32 4.3.4 雙臂式昇/降壓型直流-直流功率轉換器降壓模式 35 4.3.5 鋰電池充電模式之控制 36 4.4 能量管理模式 39 4.5 結語 43 第五章 實體製作與規劃結果 44 5.1 前言 44 5.2 硬體電路 44 5.2.1 數位訊號處理器簡介及介面電路 45 5.2.2 電壓回授電路 48 5.2.3 電流回授電路 48 5.2.4 功率電晶體閘極驅動電路 49 5.3 軟體規劃 50 5.3.1 主程式規劃 50 5.3.2 中斷副程式規劃 52 5.3.3 系統能量管理操作程式規劃 53 5.3.4 雙臂式昇壓型直流-直流功率轉換器程式規劃 54 5.3.5 鋰電池放電狀態之電壓電流閉迴路控制 55 5.3.6 雙臂式昇/降壓型直流-直流功率轉換器充電模式程式規劃 56 5.4 實測結果 58 5.5 結語 69 第六章 結論與建議 70 6.1 結論 70 6.2 建議 71 參考文獻 72 附 錄 A 混合供電系統之規格 76 附 錄 B 無刷直流電動機規格與參數 77 附 錄 C 無刷直流電動機分析與控制 78 作者簡介 83

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    無法下載圖示 全文公開日期 2015/07/27 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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