本計畫評估DC/DC 轉換器應用於電池電源並聯運轉的可行性，分析串聯及 並聯輸出供電架構之並聯運轉特性，並針對兩種輸出供電架構，設計升壓及降升 壓兩種電池電源模組之雛型電路，探討電源模組在獨立運轉下，放電態樣對電池 運轉效率的影響，並以動態開路電壓法估測 SOC。此外，提出一改良型庫侖電 量累積法，加入電池的充電效率與SOH 的估算，提高 SOC 估測的準確度。
計畫分3 年期執行，經電路分析、設計、實作及實驗量測，茲將所完成的成 果討論如下：
1. 建立一套包括蓄電池充放電電路、資料擷取系統和電腦紀錄分析系統，可 作為後續相關研究的測試平台。
2. 探討鉛酸電池浮充電壓充電與放電截止電壓對電槽壽命的影響。研究結果 證實，電槽壽命受浮充電壓影響遠甚於放電截止電壓，而深度放電會造成 電槽損壞，主要導因於長時間逆向充電。
3. 電池電源模組輸出端以並聯或串聯連接，都可並聯運轉。並聯輸出連接適 用於低電壓大電流之負載，而串聯輸出則適於高電壓負載。不論並聯輸出 及串聯輸出連接架構，都具有獨立運轉的優點，可個別規劃放電態樣，及 偵測開路電壓。
4. 電池電源模組並聯輸出優點如下：
(1) 電池數目不受限於負載電壓的需求，可以考慮系統的體積、重量和供電 持續能力的需要(續航力)，以達到系統最適化的設計。
(2) 電池並聯架構，由於並聯充電，不再有電量不平衡的問題。
(3) 可隔離或更換不堪使用的電池，單獨電池電能耗盡或損壞時，不致影響 系統正常運轉。
(4) 每個電池獨立放電，供電電流可單獨控制，而總放電電流可依負載需求 做最佳調配，讓個別電池以最佳的放電模式，提升可釋放之電池容量，
充分發揮電池的效能。
(5) 每個電池的電壓、電流、電量及溫度都可以個別監控及限制。因此，無 論是在充電或供電的情況，每個電池都可以操作在最佳狀況下，延長電
池使用的週期。
(6) 透過放電模式的規劃，可實現各種電池的管理策略。
5. 應用於較高電位負載時，電池電源模組並聯輸出轉換器設計困難，且效率 較差。電池電源模組串聯輸出效率較高，但僅具有並聯輸出中(4)~(6)之優 點。
6. 升壓轉換器之電池電源模組操作在DCM 時，在相同導通率下，電池電壓越 小供應的電流也越小。理論上具有自動平衡的效果。但實際上，即使是在 電池充飽時的電壓與截止電壓的狀況下，模組間平均輸入電流仍然相差不 大，導致平衡效果有限。但可透過電源模組轉換器的控制，解決電量不平 衡的問題。
7. 關於鉛酸電池進行間歇式電流放電的研究，可得結論如下：
(1) 間歇式電流放電操作於較高的頻率或較低的導通率，能釋出較多電量。
低頻時，以前段定電流、後段間歇式電流之兩段式電流放電，相較於全 程間歇式電流及定電流放電，可以釋出更多的電量。
(2) 不同電流峰對峰值之放電中，操作於低頻時，電流峰對峰值越大，釋出 電量越少；電流峰對峰值越小時，越接近定電流釋出之電量。隨著頻率 增加時，電流峰對峰值對釋出電量影響越少。
(3) 在放電後期進行間歇放電確實可釋出較大的電量；至於在放電前期則有 不同的影響，相較於定電流放電，較低的頻率會有較少的釋出電量，較 高的頻率則能釋出較大的電量。
(4) 平均電流為影響間歇式電流放電釋出電量之主要因素，相同平均電流 下，間歇式電流放電釋出電量最大值趨近於定電流放電。
8. 本研究提出縮短靜置估測時間的動態開路電壓SOC 估測法，改善傳統開路 電壓法估測電池SOC 的缺點。茲將本項研究所得結果摘要如下：
(1) 在相同電池電量下，隨著放電電流越大，停止放電瞬間的電壓越低，開 路電壓回復速度較快。在相同放電電流下，電池電量較低時，開路電壓 回復速度較慢。
(2) 電池電量較高時，開路電壓隨放電電流增加，近乎線性下降；而當電池 電量較低時，則呈非線性關係。
(3) 放電狀態下，根據靜置開路時間與先前的放電電流對開路電壓的影響，
可建立包含開路時間、開路電壓與放電電流的SOC 估測方程式。
(4) 充電時，可忽略充電電流對開路電壓的影響，得到一包含開路時間與開 路電壓的SOC 估測曲面。
(5) 動態開路電壓 SOC 估測法，適用於間歇性放電負載，或電池電源模組並 聯輸出之運轉架構。
(6) 經實驗驗證，不論電量多寡，當開路時間超過 10 分鐘時，估測誤差低於 5 %，開路時間超過 40 分鐘後，電量估測可忽略放電電流效應。在充電 狀態下，開路2 分鐘後，平均估測誤差低於 3 %。
9. 鋰離子電池由於充、放電的損失小，因此適合採用庫侖電量累積法估測電 池的SOC。本研究為更進一步降低估測誤差，提出改良型庫侖電量累積 SOC 估測方法。在電池放電至安全截止電壓時，可視為放電完畢，將SOC 估測 值重置歸零；當電池經多次充放電後，估測誤差會累增，但經再度充滿後，
可重置 SOC，將誤差歸零；電池每次完全放電後，可累計之釋出電量，重 新估SOH 算，作為電池可釋出之最大電量的基準，使電池老化時也可得到 準確估測結果。SOC 估測的流程中，加入電池的充電效率與 SOH 的估算，
估測誤差經修正後可低於 1%以下。此 SOC 估測方法，因計算簡單，可利 用各種電源產品原有的硬軟體設備，輕易地實現。
10. 鉛酸電池的效率由於受到放電電流大小影響甚大，採用庫倫電量法估測電 量必須將電流的影響及放電至截止電壓時之未釋出電量加以考慮，以提升 準確度。放電完畢之放電深渡作為評估SOH 的基準。估測誤差經修正後可 低於5 %。
11. 改良型庫侖電量累積 SOC 估測方法，評估電池 SOH 的準確度會隨充飽及 放電完畢的次數增加而提高，因此，建議採用此方法，應適時使電池操作 於無充飽或放電完畢的條件下。
本計畫執行仍有一些問題尚待克服：
1. 本計畫之並聯架構電源系統未來可將電池 SOC、電池效率及轉換器效率一併 加以考慮以獲得更高效率的運作。
2. 本計畫所進行之間歇式電流探討，只限於方波電流及有限的頻率範圍，未來 可與電力電子轉換器結合以探討更高的頻率及不同電流態樣的研究。
3. 本計畫所提出之 SOC 及 SOH 估測方法，目前只利用電子負載模擬所需負載 進行驗證，未來可實際應用於電動車及可攜式電池電源產品評估其可行性。
4. 為適用於各種不同電位與功率，電池電源模組可以串並聯(矩陣)方式連接。