磷酸鋰鐵電池之分散式充電系統研製與驗證 歐陽杰、蔡耀文
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摘 要
在現代生活中，隨著全球對綠能產業的需求日益增加，各大電池產業與車廠均致力於電動車輛的發展，其相關充電系統與 硬體設施的建構之同步發展，成為現階段電動車輛產業的成敗關鍵。電能的有效應用已成為目前最主要的探討方向。 近年 來，電動車產業蓬勃發展，同時對於電池的要求也隨之嚴苛，包括能量密度高、快速充放電、大電流輸出，以及循環次數 高。所以本文選用近年來效率最佳的磷酸鋰鐵電池作為主要研究之重點。為了達成磷酸鋰鐵電池在串聯電池組充電與放電 應用之高效能目標，必須要有電量平衡機制來維持電池電壓之均衡，以避免電池組中少數電池特性退化，甚至導致電池組 失效與損壞。 本文針對磷酸鋰鐵電池設計一個全新電路架構，將電池以矩陣的方式分類，做分散式充電與控管，完成維持 串聯電池組之電量平衡目標。另外，本文將此一分散式平衡充電設計應用於電動車輛，有效管理磷酸鋰鐵電池，其主要工 作分為三類： 1.穩態充電：在行車時的穩態充電，使得電池放電時造成的電量失衡得以減輕，並且穩定電池平均放電電壓
，避免電池弱化，提升電池組整體效能。 2.動態充電：在行車時的煞車動態充電，依據煞車能量之狀況，自動調整最佳充 電方式，提升煞車能量回充效能，並且在能量回收的同時，又可達成電池電量平衡的效果。 3.靜態充電：停車時利用市電 充電的靜態充電，彌補動態充電與穩態充電無法快速補充電池電能之不足，同時兼顧電池殘電量的平衡，避免電池弱化效 應。 最後，本文所提出以磷酸鋰鐵電池均衡充電方法，經由電路實體化加以測試與驗證，證明其效用。
關鍵詞 : 磷酸鋰鐵電池、殘電量、電動車、電能平衡
目錄
封面內頁 簽名頁 授權書iii 中文摘要iv 英文摘要vi 誌謝viii 目錄ix 表目錄xv 第一章 緒論1 1.1研究動機與背景1 1.2研究方 法1 1.3內容大綱2 第二章 充電電池之選用4 2.1一般常見的電動車用電池類型4 2.1.1鉛酸電池4 2.1.2鎳系電池7 2.1.3鋰離子 電池11 2.2鋰離子電池的特徵19 2.3A123-26650磷酸鋰鐵電池之特徵22 第三章 分散式充電26 3.1分散式充電前言26 3.2分 散式充電電源32 3.3分散式充電電路與電池相對架構33 3.4分散式充電之充電時序36 第四章 分散式充電系統硬體電路架 構40 4.1充電系統硬體電路架構40 4.2隔離電路之主要元件46 第五章 基於TI DSP 320LF2407A系統軟體架構49 5.1TI DSP 320LF2407A 介紹49 5.2一般功能I／O介紹53 5.3中斷介紹54 5.4事件管理者介紹55 5.4.1一般功能（GP）計時器55 5.4.2比較 單元58 5.4.3脈波寬度調變58 5.5類比／數位轉換器（ADC）介紹61 5.6基於DSP 2407A之充電驅動器控制系統實現62 5.6.1 充電指示燈64 5.6.2SSR開關元件切換65 5.6.3脈波寬度調變（PWM）的使用67 5.6.4類比／數位轉換器(ADC)的應用69 5.7電 池驅動器控制系統程式流程圖70 第六章 實驗平台與數據73 6.1分散式充電之實驗平台73 6.2分散式充電之實驗方式與實 驗數據77 第七章 結論與未來展望81 7.1實驗結論81 7.2未來展望82 參考文獻83
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