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研究生:林柏翰
研究生(外文):Po-Han Lin
論文名稱:使用超級電容作為回收大型鋰離子電池電流調控模組之可行性評估
論文名稱(外文):Feasibility study of Applying Ultracapacitor Current Control for Reusing Large-Scale Lithium-iron Battery
指導教授:施武陽
指導教授(外文):Wu-Yang Shi
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:環境工程學系
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2020
畢業學年度:108
語文別:中文
論文頁數:55
中文關鍵詞:超級電容鋰離子電池電流控制
外文關鍵詞:UltracapacitorLithium-iron BatteryCurrent Control
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需汰換的電瓶或電瓶老化後,其充電能力儲備容量還是超過6成以上,若拿去回收真是太可惜了,若可集中善用,則是不可小看的一個資源,若是只覺得太佔空間,不美觀就仍意棄置,就會造成污染形成危害。每年遭汰換下來的電瓶為數不少,若能集中管理善用,則是一項資源,也能減少環境污染。
本論文討論可重複使用的鋰離子電池的電儲存管理系統的控制。 鋰離子電池(RLIB)與超級電容器(UC)並聯,通過DC / DC升壓轉換器連接到直流鏈路。該結構用來作增強系統峰值功率並減小鋰離子電池的放電深度。這裡使用的轉換器將超級電容器的電壓提升到鋰離子電池側的相同電壓準位,以便可拿來做調節它們的電流以滿足需求,特別是峰值功率。這裡,狀態空間平均方法來作EMS中以管理RLIB和UC之間的功率流。為了交替地管理需求負載電流,在UC,RLIB和dc-link之間配置開關S1和S2。 EMS用來作在這兩個交換機之間執行電流控制。進行模擬以確認所提出的EMS控制方案的有效性。
此次採用汽車鋰離子電池(RLIB),為鋰離子電池(RLIB)的能源管理系統(EMS)。
此次證明了新型能源管理系統(EMS)的有效性,並促進了鋰離子電池(RLIB)的應用。
After the battery needs to be replaced or the battery is aged, its charging capacity reserve capacity is still more than 60%. It is a pity to recycle it. If it can be used in a concentrated way, it is a resource that cannot be underestimated. If the space is not beautiful, it will still be abandoned, which will cause pollution and harm. Many batteries are replaced every year. If they can be managed and used in a centralized way, it is a resource and can reduce environmental pollution.
This paper discusses the control of an electrical storage management system for reusable lithium-ion batteries. A lithium-ion battery (RLIB) is connected in parallel with a super capacitor (UC) and is connected to the DC link via a DC / DC boost converter. This structure is used to enhance the peak power of the system and reduce the discharge depth of the lithium-ion battery. The converter used here boosts the voltage of the supercapacitor to the same voltage level on the lithium-ion battery side, so that it can be used to adjust their current to meet demand, especially peak power. Here, the state space averaging method is used in EMS to manage the power flow between RLIB and UC. In order to manage the required load current alternately, switches S1 and S2 are configured between UC, RLIB and dc-link. EMS is used to perform current control between the two switches. Simulations were performed to confirm the effectiveness of the proposed EMS control scheme.
This time, the automotive lithium-ion battery (RLIB) is adopted as the energy management system (EMS) of the lithium-ion battery (RLIB).
This time proved the effectiveness of the new energy management system (EMS) and promoted the application of lithium ion batteries (RLIB).
目錄
中文摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 IX
一、緒論...............................................................................................................................1
1.1 研究動機............................................. ...........................................................................1
1.2 名詞解釋..........................................................................................................................4
二、研究問題與方法............................................................................................................5
2.1 概說......... ......................................................................................................................5
2.2 鎳鎘電池........................................................................................................................5
2.2.1 鎳氫電池構造.............................................................................................................6
2.2.2 鎳氫電池充放電要求................................................................................................7
2.3 鎳氫電池........................................................................................................................7
2.3.1 鎳氫電池特性.............................................................................................................8
2.3.2 鎳氫電池構造.............................................................................................................8
2.3.3 鎳氫電池充放電要求................................................................................................8
2.3.4 鎳氫電池應用領域....................................................................................................9
2.4 鉛酸電池........................................................................................................................9
2.4.1 鉛酸電池特性..........................................................................................................10
2.4.2 鉛酸電池構造......................................................................................................... 10
2.4.3 鉛酸電池充放電要求..............................................................................................12
2.5 鋰電池...........................................................................................................................12
2.5.1 鋰離子電池特性.......................................................................................................13
2.5.2 鋰離子電池構造.......................................................................................................14
2.5.3 鋰離子電池充放電要求..........................................................................................14
2.5.4 鋰離子電池應用領域..............................................................................................14
2.6 鉛酸電池與鋰電池比較.............................................................................................15
2.7 超級電容......................................................................................................................15
2.7. 1 超級電容特性..........................................................................................................15
2.7. 2 超級電容結構..........................................................................................................15
2.8 PWM 控制......................................................................................................................17
2.9 雙向平衡延長電池使用年限......................................................................................22
第三章、實作說明..............................................................................................................23
3.1 研究範圍、架構與流程.............................................................................................23
3.2 使用儀器設備..............................................................................................................42
第四章、結論.....................................................................................................................44
參考資料..............................................................................................................................46

圖目錄
圖 1-1 具有升壓轉換器的並聯混合式儲能系統...........................................................2
圖 1-2 評估重複使用電池的過程....................................................................................3
圖 2-1 電路中利用電容來平緩出的結果圖.................................................................16
圖 2-2 PWM 電能管理模組設計.....................................................................................17
圖 2-3 PWM 電能管理模組下電源輸出.........................................................................18
圖 2-4 PWM 電能管理模組下電源 1 中電容的輸出....................................................19
圖 2-5 PWM 電能管理模組下電源 2 輸出......................................................................20
圖 2-6 PWM 電能管理模組下電源 2 中電容的輸出......................................................21
圖 2-7 單向充放電示意圖................................................................................................22
圖 2-8 双向充放電示意圖................................................................................................22
圖 2-9 双向放電示意圖....................................................................................................22
圖 3-1 超級電容電流管理電路圖...................................................................................23
圖 3-2 超級電容電流管理電路-模式一 圖...................................................................24
圖 3-3 超級電容電流管理電路-模式一 簡化圖..........................................................25
圖 3-4 超級電容電流管理電路-模式一 電容電流圖 時間長度為 10......................26
圖 3-5 超級電容電流管理電路-模式一 電容電流圖 時間長度為 200....................26
圖 3-6 超級電容電流管理電路-模式一 電容電壓圖 時間長度為 10......................27
圖 3-7 超級電容電流管理電路-模式一 電容電壓圖 時間長度為 200....................27
圖 3-8 超級電容電流管理電路-模式二 圖...................................................................28
圖 3-9 超級電容電流管理電路-模式二 簡化圖...........................................................28
圖 3-10 超級電容電流管理電路-模式二 電容電流圖 時間長度為 10...................29
圖 3-11 超級電容電流管理電路-模式二 電容電流圖 時間長度為 200................29
圖 3-12 超級電容電流管理電路-模式二 電容電壓圖 時間長度為 10....................30
圖 3-13 超級電容電流管理電路-模式二 電容電壓圖 時間長度為 200..................30
圖 3-14 超級電容電流管理電路-模式三 圖.................................................................31
圖 3-15 超級電容電流管理電路-模式三 簡化圖.........................................................31
圖 3-16 超級電容電流管理電路-模式三 電容電流圖 時間長度為 10....................32
圖 3-17 超級電容電流管理電路-模式三 電容電流圖 時間長度為 200..................33
圖 3-18 超級電容電流管理電路-模式三 電容電壓圖 時間長度為 10...................34
圖 3-19 超級電容電流管理電路-模式三 電容電壓圖 時間長度為 200.................34
圖 3-20 超級電容電流管理電路-模式四 圖.................................................................35
圖 3-21 超級電容電流管理電路-模式四 簡化圖.........................................................35
圖 3-22 超級電容電流管理電路-模式四 電容電流圖 時間長度為 10....................37
圖 3-23 超級電容電流管理電路-模式四 電容電流圖 時間長度為 200..................37
圖 3-24 超級電容電流管理電路-模式四 電容電壓圖 時間長度為 10....................38
圖 3-25 超級電容電流管理電路-模式四 電容電壓圖 時間長度為 200..................38
圖 3-26 超級電容電流管理電路-模式五 圖.................................................................39
圖 3-27 超級電容電流管理電路-模式五 簡化圖.........................................................39
圖 3-28 超級電容電流管理電路-模式六 圖.................................................................40
圖 3-29 超級電容電流管理電路-模式六 簡化圖.........................................................40
圖 3-30 模式電路架構.......................................................................................................41
圖 3-31 致茂 6314A 可編程直流電子負載....................................................................42
圖 3-32 超級電容 1 48V.................................................................................................43
圖 3-33 超級電容 2 48V.................................................................................................43

表目錄
表 2-1 可充電電池分類......................................................................................................6
表 3-1 線號/線徑/耐電流對照表 Wire Guage VS Rating Amp CrossReference............44
[1]Chiang, Y. H., Sean, W. Y., Wu, C. H., & Huang, C. Y. (2017). Development of a converterless energy management system for reusing automotive lithium-ion battery applied in smart-grid balancing. Journal of Cleaner Production, 156, 750-756.
[2]Chiang Y.H., Sean W.Y., Ke J.C., “Online estimation of internal resistance and open-circuit voltage of lithium-ion batteries in electric vehicles”, Journal of Power Sources, vol. 196, p. 3921–3932, 2011.
[3]GP Nickel Cadmium technical handbook,p4-p10
[4]Substitution of rechargeable NiCd batteries ,Prof. Dag Noréus,Aug. 2000.
[5]Bode, H.“Lead-Acid Batteries”, J. Wiley & Sons, (1977).
[6]Jana, K.“Charging Pure Lead-Tin Batteries, First Edition (1999).
[7]台灣鋰電池產業競爭策略之個案研究 ,Competitive Strategies of the Lithium Battery Industry in Taiwan:A Case Study,中興大學,2008
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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