鉛酸電池之快速充電技術研究

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李明駿(Ming-Chun Lee) 查詢紙本館藏

畢業系所

電機工程學系

論文名稱

鉛酸電池之快速充電技術研究
(The Research of Rapid Charging Technology Use in Lead-Acid Battery)

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摘要(中)

本論文設計一個以Microchip-PIC單晶片為基礎的鉛酸電池快速充電器，並且採用正負脈衝的充電方式。為快速有效進行充電，有別以往固定脈衝充電時間之方式，本論文則根據電池內部的內阻變化來調整充電脈衝的時間長短，將可使得充電過程更有效率。因此本論文提出內阻的估測方法，在適當的時機進行放電，避免電池充電時的溫昇現象。另外為評估電池所有之電量，則利用模糊理論設計一個估測器，在放電過程中由電池放電時的電壓變化，精確估測出電池的殘電量變化。
為了便於觀測實驗結果，本論文以Visual Basic設計一視窗程式進行監控，並顯示電池的電流、電壓與溫度變化。

摘要(英)

This thesis presents a PIC-based rapid charger of a Lead-Acid battery. The charger uses Reflex method. However, different form existing methods with fixed charging interval, this thesis proposes a more flexible design with variable charging time according to the internal resistance of the battery. Therefore, this thesis firstly proposes an estimating method of the internal resistance of Lead-Acid battery. To prevent the battery from temperature rising when charging, the charger will discharge when the internal resistance reaches a threshold value. Moreover, for estimating the remaining Coulomb, a fuzzy estimator is
proposed by observing the voltage variation of the battery.
For the purpose of observing the experimental process, a window display, which shows current, voltage, remaining Coulomb, and
temperature, is designed by using Visual Basic.

關鍵字(中)

★ 內阻
★ 正負脈衝充電法
★ 鉛酸電池
★ 殘電量

關鍵字(英)

★ Remaining Coulomb
★ Internal Resistance
★ Reflex Charging Method
★ Lead-Acid Battery

論文目次

中文摘要................................................ Ⅰ
英文摘要................................................ Ⅱ
目錄................................................ Ⅲ
圖目錄................................................ Ⅵ
表目錄................................................ Ⅸ
第一章緒論............................................ 1
1.1研究動機......................................... 1
1.2研究目標......................................... 2
1.3內容大綱......................................... 3
第二章鉛酸電池的構造及特性............................ 4
2.1鉛酸電池的組成結構............................... 4
2.2鉛酸電池的基本原理............................... 7
2.2.1壽命特性................................... 9
2.2.2充電特性................................... 10
2.2.3放電特性................................... 12
2.3鉛酸電池的等效電路............................... 14
2.4鉛酸電池的保存方式............................... 16
第三章鉛酸電池的充電方式.............................. 17
3.1定電流(C.C.)充電法............................... 17
3.2定電壓(C.V.)充電法............................... 18
3.3混合型(C.C./C.V.)充電法.......................... 19
3.4半定電流充電法................................... 20
3.5脈衝充電法....................................... 20
3.6正負脈衝充電法................................... 21
第四章鉛酸電池的狀態估測.............................. 23
4.1內阻的估測方式................................... 23
4.1.1電壓求取法................................. 23
4.1.2定電壓源求取法............................. 24
4.1.3定電流源求取法............................. 25
4.1.4類似定電流源求取法......................... 26
4.1.5等效內阻求取法............................. 26
4.2殘電量的估測方法................................. 27
4.2.1內阻測定法................................. 28
4.2.2比重計法................................... 28
4.2.3開路電壓法................................. 29
4.2.4庫倫量測法................................. 29
4.2.5模糊量測法................................. 30
第五章充電系統的設計與規劃............................ 40
5.1交換式電源供應器................................. 41
5.1.1連續導通模式之穩態分析..................... 43
5.1.2連續導通模式與不連續導通模式之邊界條件..... 45
5.1.3不連續導通模式之穩態分析................... 46
5.2高頻變壓器設計................................... 48
5.3量測與介面電路................................... 52
5.3.1電壓量測電路............................... 52
5.3.2電流量測電路............................... 52
5.3.3溫度量測電路............................... 53
5.3.4 RS-232介面電路............................ 54
5.4控制架構......................................... 56
第六章實驗結果........................................ 62
6.1程式流程......................................... 62
6.2充電波型......................................... 64
第七章結論與未來研究方向.............................. 68
參考文獻................................................ 70
作者簡介................................................ 73
圖目錄
圖1.1 鉛酸電池適用範圍 2
圖2.1 CSB電池產品圖 4
圖2.2 密閉原理圖 8
圖2.3 循環使用壽命 9
圖2.4 浮充使用壽命 10
圖2.5 定電壓14.7V(2.45V/Cell)下循環使用的充電特性 11
圖2.6 定電壓13.65V(2.275V/Cell)下浮充使用的充電特性 12
圖2.7 不同放電率下放電特性 13
圖2.8 過放電及靜置放電後之充電特性 14
圖2.9 鉛酸電池等效電路 15
圖2.10 鉛酸電池等效簡化電路 15
圖2.11 容量保持特性、補充電和儲存條件 16
圖3.1 定電流充電特性 18
圖3.2 兩階段式充電特性 19
圖3.3 半定電流充電特性 20
圖3.4 脈衝充電法波形 21
圖3.5 正負脈衝充電波型 21
圖4.1 電壓求取法 24
圖4.2 定電壓源求取法 25
圖4.3 定電流源求取法 25
圖4.4 類似定電流求取法 26
圖4.5 等效內阻求取法 27
圖4.6 開路電壓與剩餘容量關係圖 29
圖4.7 殘電量100%時放電電壓波形 31
圖4.8 殘電量80%時放電電壓波形 32
圖4.9 殘電量60%時放電電壓波形 32
圖4.10 殘電量40%時放電電壓波形 33
圖4.11 殘電量20%時放電電壓波形 33
圖4.12 模糊殘電量估測器 34
圖4.13 電壓歸屬函數 35
圖4.14 電壓變化率歸屬函數 35
圖4.15 殘電量歸屬函數 35
圖4.16 觸發之模糊規則與適合度 38
圖4.17 模糊集合 38
圖5.1 實驗架構圖 40
圖5.2 返馳式電源轉換器 41
圖5.3 返馳式轉換器之導通等效圖 42
圖5.4 返馳式轉換器之截止等效圖 42
圖5.5 連續導通模式/不連續導通模式邊界情況之電流波形 45
圖5.6 不連續導通模式狀態與電流波型 46
圖5.7 電壓量測電路 52
圖5.8 電流量測電路 53
圖5.9 溫度量測電路 54
圖5.10 RS-232介面電路圖 55
圖5.11 控制程式視窗 55
圖5.12 控制架構圖 56
圖5.13 殘電量20%定功率充電電壓與電流 57
圖5.14 殘電量20%充電的等效內阻變化曲線 57
圖5.15 殘電量40%定功率充電電壓與電流 58
圖5.16 殘電量40%充電的等效內阻變化曲線 58
圖5.17 殘電量60%定功率充電電壓與電流 59
圖5.18 殘電量60%充電的等效內阻變化曲線 59
圖5.19 殘電量80%定功率充電電壓與電流 60
圖5.20 殘電量80%充電的等效內阻變化曲線 60
圖6.1 程式流程圖 63
圖6.2 定電流充電法波型 64
圖6.3 定電壓充電法波型 64
圖6.4 定功率充電法波型 65
圖6.5 殘電量20%快速充電波型 66
圖6.6 殘電量40%快速充電波型 66
圖6.7 殘電量60%快速充電波型 67
圖6.8 殘電量80%快速充電波型 67
圖7.1 應用於太陽能與燃料電池之電量調節器 69
表目錄
表2-1 最大充電電壓及最大充電電流 11
表2-2 放電電流與放電終止電壓限制 13
表2-3 儲存溫度與建議補充電間隔 16
表4-1 模糊規則表 37

參考文獻

參考文獻
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指導教授

徐國鎧(Kuo-Kai Shyu)

審核日期

2003-7-1

推文