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研究生:林孟令
論文名稱:磷酸鋰鐵與氧化鋰鐵磷電池充放電特性之研究
論文名稱(外文):Study of Characteristics for LiFePO4 and LiFexMyPOz Batteries
指導教授:阮昱霖博士陳財榮博士
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
系所名稱:電機工程學系
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:63
中文關鍵詞:磷酸鋰鐵氧化鋰鐵磷電池定電流定電壓兩段式充電法
外文關鍵詞:LiFePO4LiFexMyPOzCC/CV charging
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摘要
本文主要探討磷酸鋰鐵電池與氧化鋰鐵電池在定電流定電壓兩段式充電
法下的充電特性,利用個人電腦、電源供應器、電子負載及數位電表構成之
鋰鐵電池充放電測試平台進行量測與紀錄,實驗係採不同充電電流進行多次
充放電實驗,並將實驗量測所得的電池各項參數如溫度、容量與能量變化訊
息,利用個人電腦進行充放電資料搜集,並加以分析與探討。由實驗結果顯
示氧化鋰鐵電池以0.1 C 充放電,其充放電效率可達96 %,且在高充放電時
其充放電效率還可以達到55.9 %和47.3 %,高於磷酸鋰鐵電池。然而較高的
充電電流雖然可以減少充電時間,但是電池溫度也會上升。
ABSTRACT
The main object of this thesis is to study the characteristics of LiFePO4 and
LiFexMyPOz batteries with constant voltage / constant current charging strategy.
Several experiments with different charging currents are carried out and
corresponding information of temperature, stored charge and stored energy
variations are all measured and recorded by a testing platform composed of a
personal computer, a power supply, an electrical load and a digital meter. From
the experimental results, it is seen that LiFexMyPOz batteries has highest 96 %
energy efficiency with 0.1 C charging and also can store 55.9 % charge (Ah) and
47.3 % energy (Wh) higher than LiFePO4 batteries. Although the charging time
can be reduced with higher charging current, the temperature would also become
higher.
目 錄
中文摘要.....................................................................................................................i
英文摘要................................................................................................................... ii
謝 誌...................................................................................................................... iii
目 錄.......................................................................................................................iv
圖目錄.......................................................................................................................vi
表目錄.......................................................................................................................ix
第一章 緒論..............................................................................................................1
1.1 研究動機......................................................................................................1
1.2 研究目的......................................................................................................2
1.3 論文架構......................................................................................................3
第二章 文獻探討......................................................................................................4
2.1 電池基本原理..............................................................................................4
2.2 電池單位之定義..........................................................................................8
2.3 充放電方法探討........................................................................................13
第三章 實驗設計....................................................................................................18
3.1 實驗規劃....................................................................................................18
3.2 實驗設備與實驗用二次電池介紹............................................................22
v
3.3 實驗設計.....................................................................................................34
第四章 定電流定電壓充電實驗結果與分析.......................................................40
4.1 磷酸鋰鐵定電流定電壓兩段式充電法實驗結果....................................40
4.2 氧化鋰鐵磷電池定電流定電壓兩段式充電法實驗結果........................48
4.3 3C 快速充電實驗結果..............................................................................55
第五章 結論與未來研究方向...............................................................................59
5.1 結論............................................................................................................59
5.2 未來研究方向............................................................................................61
參考文獻..................................................................................................................62
vi
圖目錄
圖2-1 鉛酸電池架構..............................................................................................6
圖2-2 鋰鐵電池之結構圖......................................................................................7
圖2-3 市售AA 3 號電池外觀................................................................................9
圖2-4 電池充電容量示意圖................................................................................10
圖2-5 電池放電容量示意圖................................................................................10
圖2-6 電池容量表示圖........................................................................................12
圖2-7 電池充放電能量示意圖............................................................................12
圖2-8 定電壓充電法之充電曲線示意圖............................................................13
圖2-9 定電流充放電法曲線................................................................................14
圖2-10 定電流定電壓兩段式充放電曲線............................................................15
圖2-11 脈衝充電法之充放電曲線........................................................................15
圖2-12 REFLEX 充電法之充放電曲線..................................................................16
圖3-1 電池充電量測架構示意圖........................................................................19
圖3-2 電池充電流程圖........................................................................................19
圖3-3 電池放電架構............................................................................................20
圖3-4 電池放電流程圖........................................................................................21
圖3-5 磷酸鋰鐵電池............................................................................................22
vii
圖3-6 氧化鋰鐵磷電池........................................................................................23
圖3-7 本文使用之電力計實體圖........................................................................25
圖3-8 本文使用之溫度量測器實體圖................................................................26
圖3-9 熱像儀顯示電池正極溫度........................................................................27
圖3-10 電子負載外觀圖........................................................................................29
圖3-11 電子負載之工作區域曲線........................................................................29
圖3-12 定電流放電示意圖....................................................................................30
圖3-13 直流電源供應器........................................................................................31
圖3-14 儀器與GPIB 連接線之實體圖................................................................33
圖3-15 電腦軟體VEE 操作介面圖......................................................................33
圖3-16 脈衝式充電電流與電壓圖........................................................................35
圖3-17 電池之充電歷程圖-電量1C、頻率500 HZ 與責任週期0.5.................36
圖3-18 電池充放電流程圖....................................................................................37
圖3-19 電池內部之實體圖-綠色電路版為保護電路..........................................38
圖3-20 快速充電之充放電實驗流程圖-3C 充電、1C 放電...............................39
圖4-1 磷酸鋰鐵電池以0.1C 充電之充電歷程圖..............................................41
圖4-2 磷酸鋰鐵電池用0.1 C 充電後以0.1C 放電之放電歷程圖....................42
圖4-3 磷酸鋰鐵電池以0.2C 充電之充電歷程圖..............................................43
viii
圖4-4 磷酸鋰鐵電池用0.2 C 充電後以0.1C 放電之放電歷程圖....................43
圖4-5 磷酸鋰鐵電池以0.5C 充電之充電歷程圖..............................................44
圖4-6 磷酸鋰鐵電池用0.5 C 充電後以0.1C 放電之放電歷程圖....................45
圖4-7 磷酸鋰鐵電池以1C 充電之充電歷程圖.................................................46
圖4-8 磷酸鋰鐵電池用1 C 充電後以0.1C 放電之放電歷程圖.......................47
圖4-9 氧化鋰鐵磷電池以0.1C 充電之充電歷程圖..........................................48
圖4-10 氧化鋰鐵磷電池用0.1 C 充電後以0.1C 放電之放電歷程圖...............49
圖4-11 氧化鋰鐵磷電池以0.2C 充電之充電歷程圖..........................................50
圖4-12 氧化鋰鐵磷電池用0.2 C 充電後以0.1C 放電之放電歷程圖...............50
圖4-13 氧化鋰鐵磷電池以0.5C 充電之充電歷程圖..........................................51
圖4-14 氧化鋰鐵磷電池用0.5 C 充電後以0.1C 放電之放電歷程圖...............52
圖4-15 氧化鋰鐵磷電池以1C 充電之充電歷程圖.............................................53
圖4-16 氧化鋰鐵磷電池用1 C 充電後以0.1C 放電之放電歷程圖..................54
圖4-17 磷酸鋰鐵電池以3C 電池充電15 分鐘之充電歷程圖...........................55
圖4-18 磷酸鋰鐵電池以3C 充電15 分鐘後之1C 放電歷程圖........................56
圖4-19 氧化鋰鐵磷電池以3C 電池充電15 分鐘之充電歷程圖.......................57
圖4-20 氧化鋰鐵磷電池以3C 充電15 分鐘後之1C 放電歷程圖....................58
ix
表 1-1 各種類鋰電池之特性分析表...................................................................... 2
表2-1 鋰鐵電池與鉛酸電池特性比較表..............................................................7
表2-2 各種充電法比較表....................................................................................17
表3-1 磷酸鋰鐵電池規格表................................................................................23
表3-2 氧化鋰鐵磷電池規格表............................................................................24
表3-3 電力計規格................................................................................................25
表3-4 各種熱電耦之溫度量測範圍表................................................................27
表3-5 充電電流直交表........................................................................................36
表5-1 電池充放電比較表....................................................................................60
參考文獻
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