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研究生:郭志銘
研究生(外文):Chih-Ming Kuo
論文名稱:鉛酸電池充電/放電均壓器之研製
論文名稱(外文):The Study and Implementation of Charging / Discharging Voltage Equalizer for the Lead-Acid Battery
指導教授:周 宏 亮
指導教授(外文):Hurng-Liahng Jou
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:電機工程系博碩士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:65
中文關鍵詞:循環壽命均壓器鉛酸電池
外文關鍵詞:systemcycle lifevoltage equalizerlead-acid batterysystem
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由於單一顆電池所能提供的電壓有所限制,在很多的場合下要以串聯連接來提供設備所需的電壓,但由於每一顆電池的特性皆不同,導致串接之電池組中每一顆電池之電壓易發生不均衡之現象,因而降低電池組的循環壽命。為延長電池的壽命、提高系統的穩定性與降低電池成本,串聯電池組均衡充電∕放電技術在電池的充電∕放電管理中極為重要。均衡充電∕放電可減小電池組在串聯的的充電∕放電下各個電池間之電壓差異,因而可避免各別電池發生過度充電與過度放電的問題。
本論文為實際了解充電∕放電均壓器之功能,將研製一種半橋式架構之鉛酸電池充電∕放電均壓器,該電池均壓器可使串聯連接之鉛酸電池不論於充電或放電過程中,串接之電池組中之每一顆電池電壓皆能維持均衡。最後將驗証所研製之鉛酸電池均壓器之性能,經實驗証明本論文所研製之電池充電∕放電均壓器可達預期之效果。
Battery units are serially connected for different applications due to the limitation of the rated voltage of singular battery unit. Because the characteristic of each battery is different, this results in the unbalanced voltage of battery units in the same string. The unbalanced charging/discharging voltage between the battery units will degrade the life of the batteries in the same string. In order to extend the battery life, improve the system reliability and reduce the cost, the charging/discharging technology is very important in the battery management. The charging/discharging voltage equalizer can maintain the voltage of the battery unit to be the same in a string of battery units. Hence, the problems of over-charge and over-discharge of singular battery unit in a string of battery units can be avoided.
In this thesis, a voltage equalizer configured by a half-bridge is implemented for equalizing the voltage of lead-acid battery. This voltage equalizer can maintain the voltage of each battery unit in the same string battery units to be the same while charging and discharging. The experimental results show that the performance of the developed battery voltage equalizer is as expected.
中 文 摘 要 I
ABSTRACT II
誌 謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 VIII
符 號 說 明 IX
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目標 1
1.3 論文架構 2
第二章 鉛酸電池及充電法則介紹 3
2.1 電池的簡介 3
2.2 鉛酸電池介紹 4
2.2.1 鉛酸電池內部的結構 5
2.2.2 鉛酸電池的化學原理 8
2.2.3 鉛酸電池内CELL的連接方式 11
2.2.4 電池之等效模型 12
2.2.5 電池的容量估算 14
2.2.6 鉛酸電池的老化 14
2.3 電池的充電法則 15
2.3.1 電池充電法簡介 15
2.3.2 定電壓充電法 15
2.3.3 定電流充電法 16
2.3.4 混合定電流∕定電壓充電法 17
2.3.5 脈衝電流充電 18
2.3.6 REFLEX充電法 19
2.4 電池充電之控制方式 20
2.4.1 電壓模式控制 20
2.4.2 電流模式控制 20
第三章 串聯電池組之均壓充電與放電介紹 22
3.1 串聯電池組之均壓充電與放電簡介 22
3.2 串聯電池組之均壓充電與放電技術介紹 22
3.2.1 消耗型均衡充電技術 23
3.2.2 非消耗型均衡充電技術 24
第四章 半橋式電池充∕放電均壓技術 35
4.1 電路架構與基本工作原理 35
4.1.1 電路架構 35
4.1.2 基本工作原理 36
4.1.3 二組均壓器動作原理 40
4.2 控制電路 40
4.2.1 脈衝寬度調變電路 41
4.2.2 電池電壓偵測電路 42
4.2.3 驅動電路 43
4.2.4 功率切換元件 44
4.3 電容器均壓器特性之模擬 44
4.3.1 電容器均壓器特性實測結果 47
4.4 鉛酸電池充電/放電均壓實測結果 48
4.4.1 實驗條件定義如下 49
4.4.1.1 A組電池實驗 49
4.4.1.2 B組電池實驗 52
4.4.1.3 C組電池實驗 55
4.4.2 結果分析 58
第五章 結論與未來研究方向 60
5.1 結論 60
5.2 未來研究方向 60
參考文獻 61








圖目錄
圖2-1 電池分類樹狀圖 4
圖2-2 鉛酸電池內部結構 5
圖2-3 隔離板腐蝕程度與正極板電壓關係圖 7
圖2-4 鉛酸蓄電池構造及放電示意圖 8
圖2-5 鉛酸電池内部反應電位圖 9
圖2-6 密閉式鉛酸電池充電之極化電變化圖 10
圖2-7 鉛酸電池理想模型 12
圖2-8 鉛酸電池線性模型 13
圖2-9 鉛酸電池戴維寧模型 13
圖2-10 鉛酸電池線性電子模型 14
圖2-11 定電壓充電法曲線圖 16
圖2-12 定電流充電法曲線圖 17
圖2-13 定電流/定電壓(CC/CV)充電法曲線圖 18
圖2-14 脈衝充電法充電電流曲線圖 19
圖2-15 REFLEX 充電法充電電流曲線圖 19
圖2-16 電壓模式控制 20
圖2-17 電流模式控制 21
圖3-1 三顆電池之串聯充電情形 22
圖3-2 並聯電阻之電池均化(方法1) 23
圖3-3 電池過壓放電之均化法(方法2) 24
圖3-4 電池均化技術(方法3) 25
圖3-5 電池均化技術(方法4) 26
圖3-6 電池均化技術(方法5) 27
圖3-7 電池均化技術(方法6) 28
圖3-8 三繞組同軸變壓器 28
圖3-9 電池均化技術(方法7) 29
圖3-10 電池均化技術(方法8) 30
圖3-11 電池均化技術(方法9) 31
圖3-12 多繞組變壓之馳返型轉換器之多工控制器 31
圖3-13 電池均化技術(方法10) 32
圖3-14 電池均化技術(方法11) 33
圖3-15 電池均化技術(方法12) 33
圖4-1 半橋式電池均壓充電∕放電架構圖 36
圖4-2 (A)Q1導通,Q2截止(B)Q1、Q2截止,D2導通(C)開關狀態 37
圖4-3 (A)Q1截止,Q2導通(B)Q1、Q2截止,D1導通(C)開關狀態 39
圖 4-4 二組模組均壓模組之架構圖 40
圖4-5 半橋式電池均壓充電∕放電控制方塊圖 41
圖4-6 KA3843 内部方塊圖 42
圖4-7 積體電路PWM KA3843接線圖 42
圖4-8 電池電壓偵測電路方塊圖 43
圖4-9 閘極驅動電路方塊圖 43
圖4-10 TLP250閘極驅動電路接線圖 44
圖4-11 串聯兩個電容之均壓充電∕放電架構 45
圖4-12 C1>C2 電容均壓充電電壓波形 45
圖4-13 C1<C2 電容器均壓充電電壓波形 46
圖4-14 串聯三個電容器之均壓充電∕放電架構圖 46
圖4-15 C1>C3>C2電容器均壓充電電壓波形 47
圖4-16 C1>C2 電容器均壓充電電壓實測波形 47
圖4-17 C1<C2 電容器均壓充電電壓實測波形 48
圖4-18 C3>C1>C2 電容器均壓充電電壓實測波形 48
圖4-19 A組電池未加均器之充電電壓曲線圖 50
圖4-20 A組電池加均壓器之充電電壓曲線圖 50
圖4-21 A組電池加未均壓器之放電電壓曲線圖 51
圖4-22 A組電池加均壓器之放電電壓曲線圖 51
圖4-23 B組電池未加均壓器之充電電壓曲線圖 53
圖4-24 B組電池加均壓器之充電電壓曲線圖 53
圖4-25 B組電池加未均壓器之放電電壓曲線圖 54
圖4-26 B組電池加均壓器之放電電壓曲線圖 54
圖4-27 C組電池未加均壓器之充電電壓曲線圖 56
圖4-28 C組電池加均壓器之充電電壓曲線圖 56
圖4-29 C組電池未加均壓器之放電電壓曲線圖 57
圖4-30 C組電池加均壓器之放電電壓曲線圖 57
圖4-31 本論文所提出電容充電∕放電均壓器硬體實作圖 58
圖4-32 本論所提出鉛酸電池充電∕放電硬體實作圖 59



表目錄
表2-1 電池性能以及價格比較 4
表3-1 電池均化技術比較表 34
[1]Carlous Martiznez,「利用電池均衡技術提高鋰電電池組的容量(上)」,電子工程專輯,2004。
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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