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研究生:林俐瑜
研究生(外文):Li-Yu Lin
論文名稱:電容切換式磷酸鋰鐵電池串聯平衡均充電路之研製
論文名稱(外文):Development of Switching Capacitance LiFePO4 Battery Series Balance Charging Circuit
指導教授:呂文隆
指導教授(外文):Wen-Lung Lu
學位類別:碩士
校院名稱:清雲科技大學
系所名稱:電機工程所
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:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:76
中文關鍵詞:電池平衡平衡充電降壓型截波器
外文關鍵詞:battery balancecharge equalizerbuck chopper
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本論文旨在研製電容切換式磷酸鋰鐵電池串聯平衡均充電路,前級採用定電流-定電壓充電控制法控制直流/直流降壓型截波器,作為蓄電池充電控制之用。並利用電容作為電池能量轉移元件,透過切換開關將串聯電池組內的電池電量平衡,以達到均勻充電及電池電能平衡之目的。
本文首先繪出磷酸鋰鐵電池的充、放電特性曲線後,建立磷酸鋰鐵電池之等效電路模型,採用Powersim (Psim)套裝軟體模擬模組式電容切換式電池平衡電路,並利用降壓型截波器配合定電流-定電壓二段式控制法則,完成磷酸鋰鐵電池串聯與模組式平衡均充電路之模擬,作為系統設計及數位控制之依據。
本文以數位信號處理器(dspic33FJ16GS504)為系統控制核心,完成8顆10Ah磷酸鋰鐵電池模組式串聯平衡均充電路之雛型,並完成測試,以驗證理論之正確。


This thesis is concerned with the development of a switching capacitance LiFePO4 battery balance charging circuit in series structure. A constant-current constant-voltage charging method was adopted to control the DC/DC buck chopper for battery charging. The capacitance was used as the energy transfer components, and combining the switching devices to achieve the battery balance and charging equalize.
First the charging and discharging curves of the LiFePO4 battery cell was plotted and equivalence circuit model was established. The Psim package software was adopted to simulate a module type switching capacitance LiFePO4 battery series balance circuit. The constant-current and constant-voltage two-stage control strategy was used to control the DC/DC buck chopper to simulate the LiFePO4 battery series and module type balance charging equalize circuit for system design and digital control.
A digital signal processor (dspic33FJ16GS504) was applied to implement eight LiFePO4 module type switching capacitance battery series balance charging circuit. Experiment was then conducted to verify the theory.


摘 要 iii
Abstract iv
誌謝 v
表目錄 viii
圖目錄 ix
符號說明 xii
第一章 簡介 1
1.1緒論 1
1.2研究動機 3
第二章 二次電池介紹 6
2.1二次電池之種類[1] 6
2.1.1鎳鎘電池 6
2.1.2鎳氫電池 7
2.1.3鋰離子電池 8
2.1.4鉛酸電池 9
2.1.5磷酸鋰鐵電池[2] 10
2.2充電方法[4] 13
2.2.1定電壓充電法 14
2.2.2定電流充電法 14
2.2.3定電流/定電壓充電法 15
2.2.4脈衝充電法 16
第三章 電池平衡均充電路架構探討與分析 18
3.1電池平衡之探討 18
3.2損耗式電池平衡 20
3.2.1長時間充電[5] 20
3.2.2損耗式電池平衡[6] 21
3.3非損耗式電池平衡 22
3.3.1電感切換平衡 22
3.3.2變壓器切換平衡[8] 23
3.4電容切換式平衡均充 24
3.4.1電容切換式平衡之分析 24
3.4.2電容切換式平衡電路之模擬 29
3.4.3均充電路之設計與模擬 35
第四章 系統之軟體規劃與週邊電路 44
4.1數位訊號處理器之介紹 45
4.2系統軟體之規劃 47
4.2.1主程式規劃 48
4.2.2定電流-定電壓程式規劃 49
4.3控制法則 51
4.3.1定電流充電模式控制法則 52
4.3.2定電壓充電模式控制法則 53
4.4週邊硬體電路 53
4.4.1切換開關驅動電路 53
4.4.2閘極隔離驅動電路 54
4.4.3電壓偵測電路 55
4.4.4電流偵測電路 56
4.4.5 降壓型截波器R-C緩衝電路[14] 57
第五章 實測結果 59
5.1前言 59
5.2 10Ah磷酸鋰鐵電池之充、放電特性曲線 59
5.3電容切換式平衡電路 60
5.3.1 10Ah磷酸鋰鐵電池串聯平衡電路實測結果 62
5.3.2 10Ah磷酸鋰鐵電池模組式串聯平衡電路實測結果 63
5.4降壓型截波器平衡均充電路 65
5.4.1降壓型截波器定電流控制 65
5.4.2降壓型截波器定電壓控制 66
5.4.2 10Ah磷酸鋰鐵電池串聯平衡均充電路實測結果 67
第六章 結論與未來發展方向 72
參考文獻 73
簡歷 76


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