電能充電系統實驗驗證

2.5.1 電能補充系統充電監控

完成電能補充站能源補充設計，接續測試快速充電系統與一般充電系統充電 停車快速充電

停車一般充電

鋰電池交換 48 V10 AH 48 V20 AH

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效能監控，以有效驗證分析，以一顆 48 V10 AH 鋰電池進行實驗驗證。首先在鋰 電池完全放電至無法提供電動車輛動力使用之下(45.1 V)(圖 2.11)，進行 a.快速充 電與 b.一般充電監控，詳細如下：

圖2.11 電池電量測試

a. 快速充電

此充電監控如圖 2.12，搭配○1 電壓轉換器：輸入端 60 V 輸出端 10 V，等比 降壓轉換，將訊號傳送至資料擷取器(TRA-20,TOHO)監控○2 電流勾表：與電腦連 結監控充電電流，圖 2.13 每 30 秒記錄一筆數據至○3 資料擷取器(TRA-20,TOHO)：

紀錄充電電壓變化每 30 秒記錄一筆數據做為○4 鋰電池：48 V10 AH 鋰電池充電 測試紀錄。

圖 2.12 快速充電電能監控 圖2.13 快速充電電腦監控電流畫面 1 2 3 4

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快速充電電壓、電流變化如圖 2.14。快速充電器起始充電電壓約 52 V、充電 電流約 9.7 A。充電電流隨著鋰電池逐漸充飽而下降而充電電壓逐漸上升，在圖 2.14 中可看到時間在 4080 秒(約 1 小時 8 分鐘)，充電電流降至 6.6 A 接著在 30 秒後降為 0 A，然而充電電壓在 4080 秒後持續上升 1 分鐘後並開始下降；由此 可知鋰電池已經完成充電，完成 48 V10 AH 鋰電池充電花費時間約 1 小時 8 分 鐘。

圖2.14 快速充電電壓、電流監控

b. 一般充電

此充電監控如圖 2.15，搭配○1 電壓轉換器：輸入端 60 V 輸出端 10 V，等比 降壓轉換，供資料擷取器(TRA-20,TOHO)作監控，充電過程使用○2 一般充電器：

對鋰電池進行充電試驗，充電過程使用○3 電流勾表：與電腦連結監控充電電流，

圖 2.16 每 30 秒記錄一筆數據至○4 資料擷取器(TRA-20,TOHO)：紀錄充電電壓變 化每 30 秒記錄一筆數據做為○5 鋰電池：48 V10 AH 鋰電池充電測試。一般充電 電壓、電流變化如圖 2.17。

6.6 A 60 s

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圖 2.15 一般充電電能監控

圖2.16 一般充電電腦監控電流畫面

圖 2.17 可以得知一般充電器起始充電電流約 5.7 A、充電電壓約 48 V，充電 電流隨著鋰電池逐漸充飽而下降，而充電電壓逐漸上升，然而時間在 7350 秒(約 2 小時 2 分鐘)，充電電流降至 1 A 接著在 30 秒後降為 0 A，接著充電電壓也開 始維持恆定；由此可知鋰電池已經完成充電。詳細電壓電流變化圖如 2.17 圖。圖 2.17 可觀察到充電電壓逐漸穩定上升，在時間 7000 秒充電電壓繼續上升然而充 電電流逐漸下降至 0 A，完成 48 V10 AH 鋰電池充電花費時間約 2 小時。

由圖 2.18 可知一般充電時間比快速充電時間長約 1 小時，比較充電電流得 知快速充電器較一般充電器高。圖 2.18，快速充電器充電起始電壓高於一般充電 器起始電壓，於充電過程中快速充電器電壓恆高於一般充電器充電電壓，直到鋰 電池電量充足後快速充電器電壓將降至約 56 V 而電流降至 0 A；一般充電器充 電電壓維持著逐漸上升直到鋰電池電量充足，圖 2.18 可看出一般充電器與快速 充電器到達鋰電池電量充飽電壓一樣。而快速充電器充電電流高於一般充電器充 電電流約 4 A，到達鋰電池充飽電量後電流降至 0 A，由此可知快速充電器採用 比一般充電器高電壓值大電流進行充電，達到快速提供鋰電池所需充電電量，以 達到電能補充之目的。

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圖2.17 一般充電電壓、電流監控

圖2.18 快速充電器與一般充電器充電電壓、電流監控 1A 維持恆定

充電電壓

充電電流

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2.6 電池電量充電耗能

由圖 2.14、2.17、2.18 可知，充足一顆 48 V10 AH 鋰電池需花費 1~2 小時。

在充電過程中快速充電器所耗之功率如圖 2.19，隨著鋰電池電量逐漸即將充飽，

充電器所需提供能量則越大，提供充電器電壓最高為 109 ACV，電流最大提供 7.08 A 可由圖 2.19 中得知。

圖2.19 快速充電器消耗能源監控

運算使用快速充電器充足一顆 48 V10 AH 鋰電池所需之能量消耗，P 為充電 器消耗功率，充電過程充電器消耗電壓 V 及充電器消耗電流 I，詳細運算公式如 下(2.1)：

𝑃 = 𝐼 × 𝑉 (2.1) 充電過程所耗電之電量採用千瓦小時(kW-h)計算。於 2.5.1 得知使用快速充 電器充足一顆 48 V10 AH 鋰電池需要 1 小時 8 分鐘，圖 2.19 所消耗之充電能量 從 0 W 至 750 W 不等，平均瓦特、電壓、電流約 665 W、102 V、6.3 A，由此可 知充足一顆 48 V10 AH 鋰電池約花費 0.7 kW-h，總消耗能量 E 詳細如下運算。

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𝐸 = ∑^𝑡=7860_𝑡=1 𝑃(𝑡) (2.2)

使用一般充電器針對 48 V10 AH 鋰電池充電，相較於快速充電器需多花費 1 小時間，一般充電器詳細充電過程所消耗能量如圖 2.20。

圖2.20 一般充電器充電過程功率變化

可看到，一般充電器充電過程最高瓦特、電壓、電流為 439 W、108 V、5.6 A，相較於快速充電器(665 W、102 V、6.3 A)均消耗較少功率及電流，以實際監 控充電時間做計算，約消耗 0.8 kW-h 電量。

𝐸 = ∑^𝑡=7860_𝑡=1 𝑃(𝑡) = 0.8kW-h (2.3)

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