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研究生: 林哲綱
Che-Kang Lin
論文名稱: 以模型預測控制為基礎之鋰離子電池充電演算法
A Charging Algorithm for Lithium-ion Batteries Based on Model Predictive Control
指導教授: 劉益華
Yi-Hua Liu
口試委員: 楊宗銘
Chung-Ming Young
鄧人豪
Jen-Hao Teng
王順忠
Shun-Chung Wang
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: 2019
畢業學年度: 107
語文別: 中文
論文頁數: 55
中文關鍵詞: 模型預測控制鋰離子電池電池溫升定電流定電壓充電法
外文關鍵詞: Model Predictive Control, Li-ion Battery, Battery Temperature Rise, Constant Current-Constant Voltage Charging
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鋰離子電池已被大量使用在電能儲存的方案上,例如:3C電子產品、航空、電動車以及再生能源之儲能裝置。由於充電方法會影響鋰離子電池的效能及壽命,因此設計出高品質的充電器是必須的,一個高品質的充電器需要具備充電效率高,充電時間短且能延長電池循環壽命。
本文提出一種基於模型預測控制之電池充電演算法,此法主要目標為縮短充電時間同時降低電池在充電過程中的溫升,本文利用隨時更新之電池一階電阻電容電路模型來計算下一步之充電電流,並透過限制條件來改善鋰離子電池充電時的溫升。與傳統定電流定電壓充電法(Constant Current-Constant Voltage Charging,CC-CV)相比,本文充電法之充電時間比1.05C CC-CV改善0.13%,平均溫升改善5.2%,最高溫升改善22.3%,充電效率改善0.03%。


Lithium-ion (Li-ion) batteries play an important role in energy storage solutions for applications such as 3C electronics, aerospace, electric vehicles and renewable energy systems. For Li-ion batteries, designing a high-quality battery charger is essential since charging method has significant influences on the performance and lifetime of Li-ion batteries. The objectives of a high-quality charger include higher charging efficiency, shorter charging time and prolonged cycle life.
In this thesis, a model predictive control based charging algorithm which simultaneously factoring in the charging time and the temperature rise during charging is proposed. In this study, the first-order RC (resistor-capacitor) model of lithium-ion battery is utilized to calculate the required charging current, and the temperature rise is taken into account by adding an inequality equation constraint. Comparing with 1.05C CC-CV method, the charging time, the average temperature,maximum temperature rise and the charging efficiency rise can be improved by 0.13% , 5.2 % , 22.3% and 0.03% , respectively.

摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VI 表目錄 IX 第一章 緒論 1 1.1研究背景 1 1.2文獻探討 1 1.3研究動機與目標 3 1.4論文大綱 4 第二章 二次電池與二次電池充電技術介紹 5 2.1二次電池專有名詞介紹 5 2.2二次電池種類 7 2.2.1鉛酸電池 7 2.2.2鎳氫電池 7 2.2.3鋰離子電池 7 2.2.4二次電池特性比較 8 2.3本文選用之電池介紹 8 2.4二次電池充電技術介紹 9 2.4.1定電壓充電法 10 2.4.2定電流充電法 11 2.4.3定電流定電壓充電法 11 2.4.4定電流-定電壓衍生型充電法 12 2.4.5多階段定電流充電法 14 2.4.6 脈衝充電法 16 第三章 模型預測控制與鋰電池等效電路模型介紹 18 3.1模型預測控制基本概念 18 3.2傳統模型預測控制 18 3.2.1模型預測控制介紹 18 3.2.2數學模型建立 19 3.2.3模型預測控制 21 3.3鋰電池等效電路模型 24 3.3.1理想電池等效電路模型 24 3.3.2線性電池等效電路模型 25 3.3.3戴維寧電池等效電路模型 26 第四章 模型預測控制結合電池等效電路模型 27 4.1鋰電池之交流阻抗分析 27 4.1.1交流阻抗分析之恆電位偵測(Potentio Electrochemistry Impedance Spectroscopy, PEIS) 27 4.1.2交流阻抗分析之實驗規劃 28 4.1.3 交流阻抗之資料分析 33 4.2模型預測控制結合鋰電池等效電路模型推導 38 4.3以LabView實現模型預測控制鋰電池充電演算法 41 4.3.1 模型預測控制鋰電池充電演算法架構 41 4.3.3 LabView簡介 42 4.3.4 人機介面程式 42 第五章 實驗結果及討論 44 6.1結論 50 6.2未來展望 50 參考文獻 51

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無法下載圖示 全文公開日期 2024/06/26 (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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