臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要在研製廢棄電池殘餘電能之回收系統，用以回收廢棄電池中殘餘之電能，達到節能與環保效果。本回收系統係由升壓式轉換電路、電壓/電流感測電路以及微控器所構成，其可用來抽取廢棄電池之殘餘電能，然後充入正常電池之中。本研究藉由 ARM 32-bit Cortex-M3 微控器以及類比/數位訊號轉換、脈衝寬度調變、數位 PID 控制等技術來控制該升壓式轉換電路之輸出，達到定電壓及定電流充電功能，以提升廢棄電池之殘餘電能回收效率。本研究採用 12V、7Ah 之鉛酸蓄電池做為實驗對象，研究結果顯示，本回收系統可有效回收廢棄蓄電池之殘餘電能。本研究之研究成果可提升電能利用率，達到節能環保之目的。未來，電動車普及之後廢棄蓄電池之數量將更多，屆時本研究之研究成果效益也將更大。

This research develops a residual energy recycling system for used batteries. The developed recycling system is able to recycle the residual electric energy in used batteries. Therefore, it has the benefits of saving energy and protecting environment. The developed recycling system consists chiefly of a boost converter, voltage/current sensors and a microcontroller. Its main function is to discharge the residual energy of used batteries into health batteries. For promoting the efficiency of recycling residual energy, the constant voltage/current charging methods are implemented by a boost converter. The boost converter is controlled by an ARM 32-bit Cortex-M3 microcontroller and the techniques of analog/digital signal transformation, pulse width modulation and digital PID. A 12V/7Ah, used lead-acid battery was adopted as a test battery. The test results show that the developed recycling system surely has the ability to recycle the residual energy in used batteries. The research is useful for the energy utilization and environment protection. It will be more useful while electric vehicles become popular and the number of used batteries becomes more in the future.

摘要 .............................................................................................. i
ABSTRACT .................................................................................. ii
致謝 ............................................................................................ iii
目錄 ............................................................................................ iv
圖目錄 ....................................................................................... viii
表目錄 .......................................................................................xiv
一、 緒論 .................................................................................. 1
1.1 研究背景與動機 ............................................................ 1
1.2 研究目的 ...................................................................... 2
1.3 文獻回顧 ...................................................................... 3
1.4 論文架構 .................................................................... 11
二、 研究方法 ......................................................................... 12
2.1 電源轉換原理 ............................................................. 12
2.1.1 升壓式電源轉換原理 ................................................... 12
2.1.2 降壓式電源轉換原理 ................................................... 14
2.2 電池充電方法 ............................................................. 15
2.2.1 定電壓充電法 ............................................................. 15
2.2.2 階段式定電壓充電法 ................................................... 16
2.2.3 定電流充電法 ............................................................. 17
2.2.4 混合式充電法 ............................................................. 17
2.3 電池殘量檢測法 .......................................................... 18
2.3.1 開路電壓法 ................................................................ 18
2.3.2 比重法 ....................................................................... 19
2.3.3 負載電壓法 ................................................................ 19
2.3.4 庫侖量測法 ................................................................ 20
2.3.5 內阻法 ....................................................................... 21
2.4 數位 PID 控制法 ......................................................... 21
三、 系統電路設計與實現 ........................................................ 24
3.1 電路設計 .................................................................... 24
3.1.1 升壓電路 .................................................................... 24
3.1.2 降壓電路 .................................................................... 33
3.1.3 微控器電路 ................................................................ 35
3.1.4 電壓感測電路 ............................................................. 36
3.1.5 電流感測電路 ............................................................. 38
3.1.6 電池殘量檢測電路 ...................................................... 40
3.2 程式架構 .................................................................... 41
3.2.1 電腦端程式 ................................................................ 41
3.2.2 微控器端程式 ............................................................. 42
3.2.3 開發環境 .................................................................... 44
四、 研究結果探討 .................................................................. 45
4.1 研究案例設計 ............................................................. 45
4.2 測試結果分析 ............................................................. 47
4.2.1 測試案例一 ................................................................ 47
4.2.2 測試案例二 ................................................................ 51
4.2.3 測試案例三 ................................................................ 64
4.2.4 結果比較與分析 .......................................................... 71
五、 結論與未來研究方向 ........................................................ 74
5.1 結論 ........................................................................... 74
5.2 未來研究方向 ............................................................. 74
參考文獻 .................................................................................... 75
附錄一 系統完整電路圖 .............................................................. 77
自傳 ........................................................................................... 78

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