| 姓名 |
陳俊元(Jun-Yuan Chen)
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機械工程學系 |
| 論文名稱 |
鋰離子電池之步階式殘電量測系統
(Stepping state of charge measuring system for Li-ion Battery)
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| 摘要(中) |
論文題目：鋰離子電池之步階式殘電量測系統
頁數：114頁
畢業時間及提要別：九十三年度第二學期碩士論文提要
研究生：陳俊元 指導教授：江士標
論文提要內容：
本研究提出一個新的殘電量測方式，其分析方法是對電池系統輸入一個Step Input，擷取電池系統的Step Response，並使用低通濾波器來濾除雜訊與Least-Square Algorithm來鑑別電池在不同殘電量下的系統參數，並討論系統參數與電池殘電量的關係。
為了分析電池的系統參數，本文架設了一套『步階式電池殘電量測系統』，其中硬體包含硬體模擬負載板的設計、電池衝擊試驗板的設計，軟韌體包含PC端的人機介面、MUC板的控制程式與後處理分析程式，後處理分析程式包含Parks-McClellan Algorithm數位濾波器、Least-Square Algorithm、環境因素補償處理等等。 |
| 關鍵字(中) |
★ 殘電量測
★ 步階響應
★ 系統鑑別 |
關鍵字(英) |
★ Step Response
★ SOC
★ System Identification |
| 論文目次 |
論文摘要 I
致謝 II
目錄 III
圖目 IX
表目 XIII
第一章 緒論 1
1.1 背景知識 1
1.2 文獻回顧 4
1.3 研究方法 6
1.4 論文組織架構 7
第二章 電池殘電量測的原理 8
2.1 電池的等效模型 8
2.2 步階式電池殘電量測法 10
2.2.1步階式電池殘電量測法簡介 10
2.2.2理想的量測系統 11
2.2.3實際的量測等效電路 14
2.3 數位濾波器 16
2.3.1 數位濾波器的簡介 16
2.3.2 Parks-McClellan Algorithm低通濾波器的設計 17
2.4 系統鑑別(Least-Square Algorithm) 21
2.5 環境因素補償 23
2.5.1環境因素補償簡介 23
2.5.2 環境因素補償法 23
第三章 電池殘電量測系統架構設計 27
3.1 電池殘電量測系統功能方塊組成: 27
3.2 電池殘電量測系統各部幾何關係 29
3.2.1 PC端人機介面 29
3.2.2 MCU控制程式 29
3.2.3 波形擷取器 30
3.2.4 硬體模擬負載板 30
3.2.5 RS-232光隔離器 31
3.2.6 電池衝擊試驗板 32
3.3 電池殘電量量測系統之動作分解說明 32
第四章 軟體與韌體設計 35
4.1 PC端人機介面說明 35
4.1.1 PC端人機介面程式功能說明 35
4.1.2 PC端人機介面程式操作流程說明 43
4.2 MCU端控制程式說明 44
4.2.1 MCU端介面程式功能說明 44
4.2.2 MCU端介面程式運作流程說明 46
第五章 電路硬體設計 47
5.1 電池衝擊試驗板 47
5.1.1電池衝擊試驗板設計原理說明 47
5.1.2電池衝擊試驗板功能說明 47
5.1.3 電池衝擊試驗板功能方塊說明 48
5.2 硬體模擬負載板 50
5.2.1硬體模擬負載板設計原理說明 50
5.2.2硬體模擬負載板功能說明 51
5.2.3硬體模擬負載板功能方塊說明 51
5.3 MCU板 54
5.3.1 MCU板規格說明 54
5.3.2 MCU板功能原理說明 54
5.3.3 MCU板功能方塊說明 55
5.4 RS-232光隔離器 58
5.4.1 RS-232光隔離器規格說明 58
5.4.2 RS-232光隔離器功能原理說明 58
5.4.3 RS-232光隔離器功能方塊說明 59
第六章 數位濾波器與系統鑑別 61
6.1設計FIR濾波器的步驟與結果 61
6.2 系統鑑別 66
第七章 實驗數據與討論 70
7.1 鋰離子電池說明 70
7.1.1 受測電池規格 70
7.1.2 鋰離子電池實體圖 70
7.1.3 受測電池實驗前的注意事項 72
7.1.4 實驗硬體連接方式 73
7.2 實驗一 MOSFET元件對步階響應的影響 74
7.2.1實驗目的 74
7.2.2硬體連接方式說明 74
7.2.3其他相關設定 74
7.2.4實驗步驟 75
7.2.5結果與討論 75
7.3 實驗二 取樣頻率對系統參數的影響 78
7.3.1 實驗目的 78
7.3.2硬體連接方式 78
7.3.3 其他相關設定 78
7.3.4 實驗步驟 79
7.3.5 結果與討論 79
7.4 實驗三 低通濾波器的設計規格對系統鑑別的影響 82
7.4.1實驗目的 82
7.4.2硬體連接方式 82
7.4.3其他相關設定 82
7.4.4實驗步驟 83
7.4.5結果與討論 84
7.5 實驗四 20歐姆固定負載放電下電池系統參數的變化 86
7.5.1實驗目的 86
7.5.2硬體連接方式 86
7.5.3其他相關設定 86
7.5.4實驗步驟 87
7.5.5結果與討論 87
7.6 實驗五 偏移量的原因討論與環境因素補償說明 89
7.6.1實驗目的 89
7.6.2 實驗結果與討論 89
7.7 實驗六 30歐姆固定負載放電下電池系統參數的變化 97
7.7.1實驗目的 97
7.7.2硬體連接方式 97
7.7.3 其他相關設定 97
7.7.4實驗步驟 98
7.7.5結果與討論 98
7.8 實驗七 43歐姆固定負載放電下電池系統參數的變化 101
7.8.1實驗目的 101
7.8.2硬體連接方式 101
7.8.3 其他相關設定 101
7.8.4實驗步驟 102
7.8.5結果與討論 102
7.9 實驗八 50歐姆固定負載放電下電池系統參數的變化 105
7.9.1實驗目的 105
7.9.2硬體連接方式 105
7.9.3 其他相關設定 105
7.9.4實驗步驟 106
7.9.5結果與討論 106
7.10 實驗九 比較電池在不同固定負載放電下的系統參數 109
7.10.1實驗目的 109
7.10.2結果與討論 109
第八章 結論與未來展望 112
8-1結論 112
8-2未來展望 113
參考文獻 114 |
| 參考文獻 |
[1]David Linden，Handbook of Battery ，1995，Second Edition，USA，McGraw-Hill, Inc.，13-1 ~ 13-20。
[2]David Linden，Handbook of Battery & Fuel Cells，1984，First Edition，USA，McGraw-Hill, Inc.，30-2 ~ 30-6。
[3]何文隆(民93)，電動車輛變動負載之電池殘電量研究，大葉大學
車輛工程學系碩士班碩士論文，未出版，台灣彰化。
[4]楊詠宜(民89)，智慧型電動機車電池充殘電器之研製，國立中山大學電機工程學系碩士班碩士論文，未出版，台灣高雄。
[5]Sanjit K.Mitra，Digital Signal Processing，2002，Second Edition，UAS，McGraw-Hill, Inc.，CH6、CH7。
[6]Alan V. Oppenhenim，Ronald W. Schafer and John R. Buck，Discrete-Time-Signal Processing，2003，Second Edition，USA，
全華，CH5、CH6、CH7。
[7]江士標，System ID，未出版手稿，國立中央大學 光機電工程研究所，2004。
[8]Walt Kester and Joe Buxton，SECTION 5 BATTERY CHARGERS ，unpublished manuscript，Analog Devices。 |
| 指導教授 |
江士標(Shyh-Biau Jiang)
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審核日期 |
2005-7-20 |
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