電動車交換電池系統之研製

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姓名	徐享(Hsu Hsiang) 查詢紙本館藏	畢業系所	電機工程學系
論文名稱	電動車交換電池系統之研製 (Design of Battery Exchange System for Electric Vehicles)
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摘要(中)	本論文針對傳統電動車的充電冗長問題下提出了改進方案，傳統電動車在電力不足時須耗費相當漫長的時間等待充電，因而限制了使用的方便性與行車範圍。本文提出之電動車交換電池系統，希望能解決傳統電動車充電不便利的問題，首先完成一套可供電池交換的使用者人機介面，使用了RFID 技術的非接觸式智慧卡付款系統，為了隨時監控各模組電池狀態以及控制各閘門馬達和警示燈的主控制板，接下來採用降壓型轉換器硬體架構、同步整流技術和混合型充電方法去完成充電器模組，對於整體系統資料傳輸，將以上硬軟體用RS232 和I2C 傳輸協定技術連結，並整合成一套無人快速自動化交換電池設備，此設備不僅可以一分鐘快速交換電池、自我檢測故障問題，還可以通過人機介面的無線網路功能來傳輸設備錯誤訊息給控制中心的控制人員，讓控制人員得知錯誤訊息後能夠快速維修，讓電動車的使用者可以更可靠的使用，並且克服傳統電動車充電冗長的問題。
摘要(英)	This thesis provides an improvement to solve the charging problem on conventional electric vehicles. Traditionally, users have to wait for a long time to charge the battery when it is in low capacity which restricts its convenience and range to drive. Here the new battery exchange system was presented to solve the problem. First of all, we utilized a RFID contactless smart card and a human-machine interface to build a controlling unit. Modulated chargers with synchronous rectifiable buck converters are used to charge the batters on constant current (C.C.) and constant voltage (C.V.) mode. A motherboard which was linked to computer and chargers was used to monitor chargers and control the whole exchanging procedures. The automatic battery exchange system can be operated without porter by automatic error examine and wireless report. The users can use this exchanger to change their used battery within one minute which can totally solve energy problems in electric vehicles.
關鍵字(中)	★ 電動車 ★ RFID ★ I2C ★ 降壓型轉換器 ★ 同步整流 ★ 混合型充電器	關鍵字(英)	★ CC/CV charging ★ Electric vehicles (EV) ★ I2C ★ RFID ★ Buck converter ★ Synchronous rectification
論文目次	中文摘要 .......................................................................................................................... i 英文摘要 ......................................................................................................................... ii 誌謝 ....................................................................................................................... iii 目錄 ........................................................................................................................ iv 圖目錄 ....................................................................................................................... vii 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 .............................................................................................. 4 第二章鋰電池介紹與充電方法 ............................................................................... 5 2.1 鋰電池介紹 .......................................................................................... 5 2.1.1 鋰電池系列比較 ........................................................................ 5 2.1.2 電池的基本原理與特性 ............................................................ 7 2.1.3 電池的充放電特性 .................................................................... 9 2.1.4 電池的等效電路 ...................................................................... 11 2.1.5 電池的壽命特性 ...................................................................... 12 2.2 電池的充電方法 ................................................................................ 13 2.2.1 定電壓（Constant Voltage，C.V.）充電法 ........................... 14 2.2.2 定電流（Constant Current，C.C.）充電法 ........................... 15 2.2.3 混合型（C.C./C.V.）充電法 .................................................. 16 第三章系統電路理論研究與原理操作 ................................................................. 17 3.1 系統電路架構 .................................................................................... 17 v 3.2 鋰電池充電電路理論設計 ................................................................ 18 3.2.1 降壓型轉換器（Buck Converter） ........................................ 19 3.2.2 降壓型轉換器CCM/DCM 之邊界條件 ................................ 21 3.2.3 同步整流技術（Synchronous Rectification） ....................... 23 3.2.4 緩衝電路 .................................................................................. 24 3.2.5 回授電路 .................................................................................. 25 3.3 系統資料傳輸 .................................................................................... 26 3.3.1 I2C 簡介 .................................................................................... 27 3.3.2 I2C 傳輸協定 ............................................................................ 29 3.3.3 I2C 設計考量性 ........................................................................ 32 3.3.4 I2C 硬體特性 ............................................................................ 32 第四章電動車交換電池系統設計與實現 ............................................................. 35 4.1 無人自動化電池交換系統 ................................................................ 35 4.1.1 電池交換使用者人機介面設計.............................................. 35 4.1.2 電池交換主控制板 .................................................................. 40 4.1.3 電池交換充電器模組 .............................................................. 44 4.2 網路傳輸錯誤維修系統 .................................................................... 48 4.2.1 網路程式設計與實現 ............................................................... 49 第五章模擬與實驗結果 ......................................................................................... 52 5.1 前言 .................................................................................................... 52 5.2 充電電路 ............................................................................................ 53 5.2.1 電路模擬 .................................................................................. 53 5.2.2 電路實驗 .................................................................................. 55 5.3 充電實驗 ............................................................................................ 58 第六章結論 ............................................................................................................. 59 參考文獻 ..................................................................................................................... 61 vi 附錄A ..................................................................................................................... 63 作者簡介 ..................................................................................................................... 64
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指導教授	徐享(Hsu Hsiang)	審核日期	2009-7-23
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