臺灣博碩士論文加值系統

電動車已成未來無法抵擋的趨勢，為因應新式動力系統的變化，本文即針對電動自行車助力系統相關議題進行研究。所探討的內容則是馬達選用與驅動器之規劃及設計及電動助力系統發展。在實現電動助力硬體架構部份，本論文採用無刷直流馬達並自行開發以微處理機為系統運算核心之馬達助力系統配合驅動電路來完成。助力系統減少了電機運行過程中的啟動大電流輸出，增加了電動車的穩定度及續行里程。以同一容量電池而言；可同時又降低成本，對大家節能減碳都是有益的。此外基於整體成本及效益考量；此外評估所提出之控制車速策略的可行性，本論文針對有使用助力系統作一性能研究，經由實驗結果證實可增加續航15%以上。本論文所提之方法與架構的確可行且達成預期之效果。

The future of electric vehicles has become irresistible trend changed in response to new momentum system, this paper is to study foot power assistance systems for electric bicycle related issues .Which contents including the chosen of motor , the driver design of the motor and the foot power assistance system development. In the hardware architecture that using DC brushless motor and microprocessor as the core of the system to drive motor with foot power assistance system to complete the goals. foot power assistance system reduces the motor startup inrush current, improve stability and increase endurance distance. In the same capacity of battery which including benefit of reducing costs, saving energy and reducing carbon and so on. This thesis has made use of a foot power assistance system performance studies that confirmed by more than 15% increase endurance distance and battery life results. The method proposed in this paper and the architecture is indeed feasible and expected to achieve results.

目錄
摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
目錄 Ⅳ
圖目錄 Ⅷ
表目錄 ⅠⅩ
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究目的 7
1.3 論文架構 9
第二章 電動自行車與一般電動車比較 11
2.1 助力系統的優缺點分析 13
2.2 助力系統的技術 15
2.3 助力系統市場開發的具體構思 17
2.4 台灣電動車規範 19
2.4.1 何謂CNS14126 20
2.4.2 車輛規格規定 21
2.4.3 電子控制裝置規定 22
2.5 電動助力自行車四大核心 23
2.5.1 馬達 24
2.5.2 控制器 24
2.5.3 電池 25
2.5.4 充電器 25
第三章 電動自行車電力供應 26
3.1 鋰電池發展現況 27
3.1.1 一次電池簡介 28
3.1.2 二次電池簡介 29
3.1.3 發電型電池簡介 30
3.2 鋰離子電池原理 32
3.2.1 正極材料 34
3.2.2 負極材料 38
3.2.3 隔離膜 41
3.2.4 電解液 42
3.3 鋰離子電池之應用 43
3.3.1 充電過程 44
3.3.2 電池充電方法 45
第四章 電動自行車馬達原理及控制原理 52
4.1 馬達介紹 52
4.2 伺服馬達種類 55
4.3 直流無刷伺服馬達基本構造 57
4.4 直流無刷馬達之特徵 59
4.5 直流無刷馬達之動作原理 60
4.6 霍爾元件 65
4.7 無刷直流馬達之特性與計算式 69
4.8 直流無刷馬達之數學模型推導 73
第五章 電動自行車助力電路設計及相關配合電路原理 77
5.1 硬體架構 77
5.2 電源供應模組 78
5.3 控制模組 79
5.4 助力系統 82
5.5 實驗結果 86
5.6 小結 91
第六章 結論及未來展望 92
6.1 結論 92
6.2 未來展望 93
參考文獻 94


圖目錄
圖1.1 92、95、98無鉛汽油比較趨勢圖 3
圖1.2 超(高)級柴油週均價比較趨勢圖(台幣/公升) 4
圖1.3 原油月比較趨勢圖(美金/桶) 4
圖1.4 我國2010年溫室氣體排放量占比 6
圖1.5 本文執行流程圖 8
圖2.1 全電動狀態，電動車的行駛速度與電流/功率的對應關係 16
圖2.2 速度與人力功率，電機功率以及總功率之間的對應關係 17
圖3.1 適用電動車之電池相關因素 27
圖3.2 電動車電池類型與電池基礎介紹 28
圖3.3 燃料電池原理 31
圖3.4 太陽能電池結構 32
圖3.5 電池放電時的示意圖 33
圖3.6 鋰離子電池充放電時，鋰離子移動圖 34
圖3.7 a-NaFeO2的層狀結構 35
圖3.8 定電壓充電曲線 46
圖3.9 定電流充電曲線 47
圖3.10 定電流-定電壓充電曲線 48
圖3.11 脈衝充電法之充電曲線 49
圖4.1 △接線繞組 54
圖4.2 Y接線繞組 54
圖4.3 伺服馬達種類 55
圖4.4 直流無刷馬達剖面圖 58
圖4.5 直流無刷馬達結構圖 58
圖4.6 帶電流之導體在磁場所受之作用力 61
圖4.7 三相無刷馬達磁極位置檢出 63
圖4.8 無刷馬達驅動的轉動磁場原理 64
圖4.9 無刷馬達驅動的轉動磁場原理 65
圖4.10 霍耳元件應用 66
圖4.11 直流無刷馬達換向依據 66
圖4.12 兩相無刷馬達與霍耳元件應用 68
圖4.13 無刷直流馬達的N-T 特性與T-I 特性曲線 69
圖4.14 無刷直流馬達的T-Po 特性與T-η特性曲線 69
圖4.15 無刷直流馬達等效電路圖 70
圖4.16 無刷直流馬達的 N −T ， T − I圖 73
圖5.1 硬體架構 77
圖5.2 電源供應模組 78
圖5.3 助力系統架構 80
圖5.4 7414轉出之方波訊號 81
圖5.5 裝置在輪軸上的光電開關 81
圖5.6 無啟動助力騎乘圖 87
圖5.7 啟動助力騎乘圖 89
圖5.8 無啟動助力與啟動助力比較圖 89
圖5.9 有助力與無助力行駛里程電壓差距百分比 90
圖5.10 騎乘距離與電池容量消耗比較圖 90
























表目錄
表1.1　2010年與2012年油價比較表 3
表1.2 我國燃料燃燒二氧化碳排放指標－按部門方法統計 5
表2.1 台灣電動助力自行車之車輛規定 21
表2.2 台灣電動助力自行車之電子控制裝置規定 22
表2.2 台灣電動助力自行車之電子控制裝置規定(續一) 23
表3.1　鋰電池正極材料之特性比較 38
表3.2　碳系材料與金屬化合物作為負極材料的鋰離子電池資料 40
表3.3　不同電解質對鋰離子電池的影響 43
表4.1 無刷直流馬達與有刷直流馬達比較表 56
表4.1 無刷直流馬達與有刷直流馬達比較表 57
表5.1　電動機車轉速與輸入訊號及相關PIN電位輸出1.8V 82
表5.1　電動機車轉速與輸入訊號及相關PIN電位輸出2.1V(續ㄧ)83
表5.1　電動機車轉速與輸入訊號及相關PIN電位輸出2.4V(續二)83
表5.1　電動機車轉速與輸入訊號及相關PIN電位輸出2.7V(續三)84
表5.1　電動機車轉速與輸入訊號及相關PIN電位輸出3V(續四) 84
表5.1　電動機車轉速與輸入訊號及相關PIN電位輸出3.3V(續五)85
表5.1　電動機車轉速與輸入訊號及相關PIN電位輸出3.6V(續六)85
表5.2 測試電動自行車規格 86
表5.3 鋰三元電池正負極材料佔比 86
表5.4 無啟動助力騎乘表 87
表5.5 啟動助力騎乘表 88

參考文獻
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