簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 陳蓉賢
Jung-Hsien Chen
論文名稱: 以模糊控制為基礎之鋰離子電池模組充電技術開發
Development of a Fuzzy-Control-Based Battery Charging Technique for Li-ion Battery Module
指導教授: 蕭弘清
Horng-Ching Hsiao
劉益華
Yi-Hua Liu
口試委員: 羅有綱
Yu-Kang Lo
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: 2012
畢業學年度: 100
語文別: 中文
論文頁數: 75
中文關鍵詞: 電動車鋰離子電池模糊控制充電機電量估測
外文關鍵詞: Electric Vehicle, Li-ion Battery, Fuzzy Control, Battery Charger, State of Charge
相關次數: 點閱:246下載:2
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報

隨著今日環保意識的抬頭及電池技術的發展,為降低噪音、空氣污染及石化燃油消耗,使得以電動車全面汰換油汽車的風潮順勢而起。由於鋰離子電池具有高能量密度、易維護、高開路電壓、低自放電率及沒有記憶效應等優勢,遂成為今日電動車的電源首選,然而鋰離子電池的性能及壽命卻與充電的方法與充電器品質息息相關。
針對目前市售之輕型電動車用電池模組,本論文提出以模糊控制為基礎之鋰離子電池模組充電器(Fuzzy-Control-Based Battery Charger, FCBBC),本文提出之FCBBC可以一般筆記型電腦常用之適配器電源為輸入,並依照電池組之化性需求而即時改變充電電流。
本文所實現之充電器採用升壓式轉換器架構及溫度取樣電路,並使用Microchip公司之dsPIC33FJ16GS502為控制核心,其中軟體包含數位補償器、數位濾波器及模糊控制器。所實現之FCBBC以電池組溫差及電池容量狀態為輸入變數,經模糊控制來適應性改變鋰電池組之充電電流;由實驗結果顯示所提出之充電技術可提升鋰電池組之充電效能與壽命,達成實用之目的。


Today’s concerns about the environment, particularly noise and exhaust emissions, coupled with new developments in batteries make electric vehicles (EV) favorable. Lithium-ion (Li-ion) batteries have emerged as the major power source for today’s EV because they can offer advantages such as high energy density, low maintenance requirement, high open circuit voltage (OCV), low self-discharge rate and lack of memory effect. The performance and lifespan of Li-ion batteries are closely related to the quality of their charger. In this thesis, a fuzzy-control-based battery charger (FCBBC) which can be embedded into the Li-ion battery pack for light electric vehicles is proposed. The proposed embedded battery charger can charge the Li-ion battery pack using the commercially available adaptor as the power source, and charge the battery according to the chemical requirement. The hardware and firmware parts of the proposed system are described in detail. In this thesis, the power stage is implemented using the boost converter and a temperature sensing circuit. The software consists of a digital compensator, a digital filter and a fuzzy controller, and is realized using the dsPIC33FJ16GS502 microcontroller from Microchip Corp. The proposed FCBBC takes the temperature and state of charge (SOC) information into account and adjusts the charging current accordingly. According to the experimental results, the performance of the proposed charger can be improved.

誌謝………………………………………………………………………..I 中文摘要…………………………………………………………………..II ABSTRACT……………………………………………………………... III 目錄……………………………………………………………………….IV 圖目錄…………………………………………………………………...VII 表目錄……………………………………………………………………..X 第一章 緒論……………………………………………………………….1 1.1 研究背景…………………………………………………………..1 1.2 動機與方法………………………………………………………..2 1.3 內容大綱…………………………………………………………..3 第二章 二次電池與二次電池充電法介紹………………………………4 2.1 二次電池介紹……………………………………………………..4 2.2 二次電池構造及化學反應………………………………………..4 2.2.1 鉛酸電池………………………………………………………..4 2.2.2 鎳鎘電池………………………………………………………..6 2.2.3 鎳氫電池………………………………………………………..7 2.2.4 鋰電池…………………………………………………………..8 2.3 二次電池性能比較………………………………………………10 2.4 二次電池充電技術概說…………………………………………12 2.4.1 定電壓(CV)充電法……………………………………………12 2.4.2 定電流(CC)充電法……………………………………………13 2.4.3 定電流切換定電壓(CC-CV)充電法………………………….13 2.4.4 脈衝式充電法…………………………………………………14 2.4.5 ReflexTM充電法……………………………………………….15 2.4.6 五階段定電流充電法…………………………………………16 第三章 充電機硬體架構………………………………………………...17 3.1 升壓式轉換器(Boost Converter)架構介紹……………………...17 3.2 升壓式轉換器之動作分析………………………………………18 3.2.1 開關導通時……………………………………………………19 3.2.2 開關截止時……………………………………………………19 3.3 設計實例…………………………………………………………22 3.4 溫度量測電路……………..……………………………………..23 3.5 通用非同步接收傳輸通訊(UART)介面………………………..25 第四章 充電機韌體架構………………………………………………...26 4.1 控制核心簡介……………………………………………………26 4.2 程式設計流程介紹………………………………………………28 4.3 數位PID控制……………………………………………………29 4.3.1 PID控制器原理.………………………………………………29 4.3.2 數位PID控制器………………………………………………31 4.4 模糊理論與模糊控制器簡介……………………………………33 4.4.1 模糊理論簡介…………………………………………………33 4.4.2 模糊控制器簡介……………………………………………....34 4.4.3 模糊控制器設計………………………………………………35 4.4.4 模糊控制器程式流程…………………………………………45 第五章 實驗結果與討論………………………………………………...46 5.1 升壓式轉換器實體電路及實驗波形……………………………46 5.2 模糊充電機之充電解空間比較…………………………………57 第六章 結論與未來展望………………………………………………...61 6.1 結論………………………………………………………………61 6.2 未來展望…………………………………………………………61 參考文獻…………………………………………………………….……63

[1] 紀仕秦,「用於電池充電器之數位控制相移全橋轉換器之設計與實現」,國立台灣科技大學電子工程系碩士學位論文,民國一百年一月。
[2] 劉彥余,「最佳化鋰電池充電法則研究與充電電路之實現」,國立台灣科技大學電子工程系碩士學位論文,民國九十七年一月。
[3] 李孜賾,「以模糊控制為基礎之五階段鋰電池充電機」,國立台灣科技大學電子工程系碩士學位論文,民國九十八年六月。
[4] 羅一峰,「鋰電池最佳化充電之研究」,國立台灣科技大學電機工程系博士學位論文,民國九十九年七月。
[5] G. C. Hsieh, L. R. Chen and K. S. Huang, “Fuzzy-Controlled Li-ion Battery Charge System with Active State-of-Charge Controller,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 48, No. 3, June 2001, pp. 585-593.
[6] L. R. Chen, “A Design of an Optimal Battery Pulse Charge System by Frequency-Varied Technique,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 54, No. 1, February 2007, pp.398- 405.
[7] Liang-Rui Chen, Chuan-Sheng Liu, Jin-Jia Chen, “Improving Phase-Locked Battery Charger Speed by Using Resistance-Compensated Technique,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 56 , Issue: 4 , 2009, pp. 1205 - 1211
[8] Liang-Rui Chen, Jin-Jia Chen, Neng-Yi Chu, Gia-Yo Han, “Current-Pumped Battery Charger,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 55, Issue:6, 2008, pp. 2482 - 2488
[9] Liang-Rui Chen, Roy Chaoming Hsu, Chuan-Sheng Liu, “A Design of a Grey-Predicted Li-Ion Battery Charge System,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 55, Issue: 10, 2008, pp. 3692- 3701
[10] Sihua Wen, “Cell Balancing Buys Extra Run Time and Battery Life” Texas Instruments, Analog Applications Journal, October, 2009
[11] 屠海令編譯, 「先進電池:電化學電源導論」,冶金工業出版社,民國九十五年五月。
[12] 孫清華編譯,「最新可充式電池技術大全」,全華科技,民國九十二年九月
[13] 李世興,「電池活用手冊」,全華科技圖書,民國八十五年一月。
[14] 洪芳州,「各類電池使用指南」,全華科技圖書,民國八十三年十月。
[15] 王順忠譯,「電力電子學」,東華書局,民國八十七年三月。
[16] 江炫樟,「電力電子學」第三版,全華圖書,民國九十四年八月。
[17] 曾百由,「數位訊號控制器原理與應用」,宏友圖書開發股份有限公司,民國九十六年十一月。
[18] Microchip Technology Inc., ”dsPIC33FJ06GS101/X02 and dsPIC33FJ16GSX02/X04”, Available: http://www.microchip.com.
[19] 劉金琨,「先進PID控制-MATLAB仿真」,電子工業出版社,民國九十六年五月。
[20] 李允中、王小璠、蘇木春,「模糊理論及其應用」,全華科技圖書,民國九十三年二月。
[21] 林季鋒,「應用模糊控制於正負脈衝充電法之快速充電器」,國立中央大學電機工程研究所碩士學位論文,民國九十一年六月。
[22] 王進德、蕭大全,「類神經網路與模糊控制理論入門」,全華科技圖書,民國九十二年九月。
[23] 王文俊,「認識Fuzzy」第二版,全華科技圖書,民國九十二年十月。

無法下載圖示 全文公開日期 2017/07/27 (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)
QR CODE