臺灣博碩士論文加值系統

本論文主要是利用模糊理論為基礎，探討一種電池動態放電後的殘電量預估方法。首先對電池以動態電子負載分別進行方波、鋸齒波、正弦波等動態電流波形放電以及定電流放電的實驗，觀察其電壓與電壓變化率的特性，設計出模糊理論預估方法。之後再以不同頻率的方波、鋸齒波、正弦波等波形對模糊理論預估方法進行驗證，以探討模糊理論預估方法在動態放電方面的準確性。事實上，一般的電能消耗是隨使用者的需要在變動；而與固定負載的放電情形相比較下，動態負載的電池量測會比較複雜且難以預料。目前國內外對於動態放電方面的研究仍然只在少數，所以本論文著重在探討電池動態放電的部分，而本論文最後所設計出來的模糊理論預估方法，在經過動態放電的驗證之後，誤差的結果為 ± 7 %。

A method of predicting state of charge (SOC) of dynamic loading battery by using fuzzy theory is introduced in this thesis. Three kinds of well-known current waveforms, sine, square, and saw-tooth, will be considered as dynamic loadings. The idea comes from the real energy consumption of an automobile battery is dynamic also.
At first, some loading conditions, such as constant-current and the three well-known dynamic loadings were used in experiments where voltages and voltage variations of batteries were recorded as reference data. Base on the reference data, a fuzzy SOC predicting method was organized. Then, the method was verified by using other dynamic conditions with different frequencies.
Actually, the SOC predicting for dynamic loadings is very complicated and not many researchers touched on this topic. After a lot of efforts have been done, we find the best accuracy of our SOC predicting method for dynamic loading experiments in this thesis is approaches 93%.

中文摘要……………………………………………………………………………… i
英文摘要……………………………………………………………………………… ii
誌謝…………………………………………………………………………………… iii
目錄…………………………………………………………………………………… iv
表目錄………………………………………………………………………………… vi
圖目錄………………………………………………………………………………… vii
符號說明……………………………………………………………………………… x
第一章 緒論…………………………………………………………………………… 1
1.1 研究動機……………………………………………………………………… 1
1.2 研究目標……………………………………………………………………… 3
1.3 章節概述……………………………………………………………………… 4
第二章 鉛酸電池介紹………………………………………………………………… 5
2.1電池結構……………………………………………………………………… 5
2.1.1電池內部結構………………………………………………………… 5
2.1.2電池放電原理………………………………………………………… 6
2.2電池特性……………………………………………………………………… 6
2.2.1電池容量……………………………………………………………… 6
2.2.2開路電壓……………………………………………………………… 7
2.2.3電池自放電…………………………………………………………… 8
2.2.4電池壽命……………………………………………………………… 9
2.3保養與維護…………………………………………………………………… 15
2.3.1循環使用的充電方式………………………………………………… 15
2.3.2待機使用的充電方式………………………………………………… 17
2.3.3放電截止電壓………………………………………………………… 17
2.3.4電池的貯存維護……………………………………………………… 17
第三章 殘電量預估方法……………………………………………………………… 19
3.1電解液比重法………………………………………………………………… 19
3.2開路電壓法…………………………………………………………………… 19
3.3內阻測定法…………………………………………………………………… 20
3.4負載電壓法…………………………………………………………………… 23
3.5庫倫量測法…………………………………………………………………… 24
3.6改良後的庫倫量測法………………………………………………………… 27
第四章 模糊理論量測法……………………………………………………………… 29
4.1模糊化與歸屬函數…………………………………………………………… 30
4.2模糊規則庫與模糊推論工廠………………………………………………… 32
4.3解模糊化……………………………………………………………………… 34
第五章 實驗方法與架構……………………………………………………………… 36
5.1實驗架構……………………………………………………………………… 36
5.1.1廣隆鉛酸電池…………………………………………………………… 36
5.1.2動態電子負載…………………………………………………………… 37
5.1.3友聲USB資料擷取盒………………………………………………… 39
5.1.4 MATLAB程式語言…………………………………………………… 42
5.2實驗方法……………………………………………………………………… 47
5.3實驗流程圖…………………………………………………………………… 49
第六章 實驗成果與驗證……………………………………………………………… 50
6.1實驗成果……………………………………………………………………… 50
6.2結果驗證……………………………………………………………………… 63
第七章 結論…………………………………………………………………………… 75
參考文獻……………………………………………………………………………… 76
簡歷…………………………………………………………………………………… 79

1.王文俊，認識Fuzzy，全華科技圖書，台北，民國八十六年。
2.行政院環保署，「中華民國電動機車推廣現況」，民國八十六年。
3.李世興，電池活用手冊，全華科技圖書，台北，民國八十五年。
4.李明駿，「鉛酸電池之快速充電技術研究」，國立中央大學，碩士論文，民國九十二年。
5.何文隆，「電動車輛變動負載之電池殘電量研究」，私立大葉大學，碩士論文，民國九十三年。
6.林頂立，「類神經網路於鉛酸電池殘電量偵測之應用」，第二十七屆電力工程研討會論文，OB7.6頁，新竹，民國九十五年十二月二十二日。
7.段人豪，「一種改良式庫倫量測法於鉛酸電池殘電量偵測」，第二十六屆電力工程研討會論文，2474~2478頁，中壢，民國九十四年十二月十日。
8.張永昌，「鉛酸電池殘量預測及壽命分析之研究」，國立彰化師範大學，碩士論文，民國九十二年。
9.黃聖欽，「具準確電量估測之鉛酸電池快速充電系統」，國立中央大學，碩士論文，民國九十三年。
10.楊銘基，「電動車的密閉式鉛酸電池施於ReflexTM充電法時之模糊電量估測器設計」，第二十七屆電力工程研討會論文，OE5.2頁，新竹，民國九十五年十二月二十三日。
11.廣隆光電科技股份有限公司，「廣隆電池技術手冊1.3版」。
12.蔡家豪，「智慧型電動機車殘餘電池容量估測之研製」，國立台灣大學，碩士論文，民國九十二年。
13.鄭錦聰、莊鎮嘉，MATLAB進階 含Simulink，全華科技圖書，台北，民國八十六年。
14.J. H. Aylor, A. Thieme and B. W. Johnson, “A battery state-of-charge indicator for electric wheelchairs”, IEEE Industrial Electronics, vol. 39, 1992, pp. 398-409.
15.A.H. Anbuky, P.E. Pascoe, “VRLA Battery State-of-Charge Estimation in Telecommunication Power Systems”, IEEE Industrial Electronics, vol. 47, 2000, pp. 565-573.
16.G. E. M. D. C. Bandara, R. Ivanov and S. Gishin, “Intelligent fuzzy controller for a lead-acid battery charger”, IEEE Systems, Man, and Cybernetics, vol. 6, 1999, pp185-189.
17.Armenta-Deu. C. , Andres. M.C.de and Doria J. , “Determination of the diffusion coefficient for sulfuric acid in lead-acid batteries：influence of the diffusion phenomenon on low-rate operation”,Electrochemical Society Journal, vol.137, No.4, 1990, pp.1030-1035.
18.A. Kaswamura, T. Yanagihara, “State of charge estimation of sealed lead-acid batteries used for electric vehicles”, IEEE Power Electronics Specialists Conference, vol. 1, 1998, pp.583-587.
19.E.h. Mamdani, B.R. Gaines, “Fuzzy reasoning and with its applications”, Academic, 1981.
20.S. Pang, J. Farrell, J. Du and M. Barth, “Battery state-of-charge estimation”, Proc. American Control Conf, vol. 2, 2001, pp.1644-1649.
21.Phillip E. Pascoe, Adnan H. Anbuky, “VRLA Battery Capacity Estimation Using Soft Computing Analysis of the Coup de Fouet Region”, Invensys Energy Systems NZ Ltd 39 Princess street, PO Box 11-188 Christchurch, New Zealand, 2000.
22.Phillip E. Pascoe, Adnan H. Anbuky, “The behaviour of the coup de fouet of valve-regulated lead-acid batteries”, Invensys Energy Systems NZ Limited, 39 Princess Street, PO. Box 11-188, Chhristchurch S030, New Zealand Received 12 March 2002; received in revised form 26 March 2002; accepted 30 May 2002.
23.T.J. Ross, “Fuzzy logic with engineering applications”, McGraw-Hill, Inc., 1997.
24.P. Singh, Fennie C. Jr, D.E. Reisner and A.J. Salkind, “Fuzzy logic-enhanced electrochemical impedance spectroscopy (FLEEIS) to determine battery state-of-charge”, Battery Conference on Applications and Advances, 2000. The Fifteenth Annual ,1999, pp.199-204.
25.Takahiro Yanagihara, Atsuo Kawamura,“Residual capacity estimation of sealed lead-acid batteries for electric vehicles”, IEEE Power Engineering, 1997, pp.943-946..
26.“LabJack U12 Quickstart Guide-Revision 1.09”, LabJack Coration, 2003.
27.工研院機械所，http://www.mirl.itri.org.tw/mirl-inter/index.asp
28.台灣電動機車產業發展與競爭策略之分析，http://www.moea.gov.tw/~ecobook/season/sag/sag21.htm
29.行政院環境保護署，http://www.epa.gov.tw/main/index.asp
30.廣隆光電科技股份有限公司，http://www.klb.com.tw/chinese/main.htm