鋰離子電池串聯模組之電量平衡策略分析

The strategy analysis of charge balancing for the lithium-ion battery modules connected in series

10.6840/cycu201700565

江建宏

鋰離子電池 ； 電池電量平衡系統 ； 電池管理系統 ； Lithium-Ion Battery ； Battery Balance System ； Battery Management System

中原大學電機工程學系學位論文

2017年

碩士

許世哲

繁體中文

現今鋰電池已普遍使用，並能夠提供良好的能量密度，越來越多電器設備皆可使用鋰電池，而這些設備都必須配備電池管理系統(Battery Management System, BMS)，良好的電池管理系統對於多數電器使用者都是至關重要的，一個良好的電池管理系統可以有效增加二次電池使用次數並且防止電池老化，目前電池管理系統架構包括:電池保護控制、電池狀態計算、資料擷取與紀錄、電池開關控制電路、與電池電量平衡系統。 本文針對鋰離子電池多組串聯平衡架構進行電量平衡分析，並以直流對直流雙向轉換器做為電路基礎，研究使用Matlab-Simulink軟體建置一電池電量平衡系統，由4顆鋰離子電池串聯構成電池模組，以調節控制器開關頻率，分析不同導通開關頻率與不同電量時的平衡效率，並可做為實際電池平衡參考依據。

Lithium batteries are broadly used nowadays. It provides good energy density, and can be used at in many electrical facilities which are equipped with Battery Management System, (BMS). A well-functioning BMS are crucial to most electricity users, and it can effectively increase the frequency of the usage of secondary batteries, preventing batteries from aging. The frame of BMS presently includes battery protection control, battery status calculation, data capture and record, battery switch circuit, and state of charge (SOC) battery balance system. This study focus on analyzing the state of charge (SOC) battery balance system of Lithium batteries connected in series. Using Matlab-Simulink a blancing circuit which includes a battery model consisted with four Lithium batteries, and a controller for regulating regulate PWM generator, for the balance efficiency of different switching frequency and SOC are simulated. It might be a reference for implementation of a actual battery balance system.

1. [1] 彭致勛，「燃料電池電動機車與小型車之控制與系統整合」，碩士論文，國立台灣大學，民國102年
   連結：
2. [2] 陳昶志，「車用電源模組之電池管理系統」，碩士論文，國立交通大學，民國102年
   連結：
3. [3] E. Leksono, I. N. Haq, M. Iqbal, “State of charge (SoC) estimation on LiFePO4 battery module using Coulomb counting methods with modified Peukert,” in Rural Information & Communication Technology. 26-28 Nov. 2013.
   連結：
4. [6] 石家瑋，「探究我國能源科技之發展研究-以燃料電池為例」，國立高雄師範大學工業科技教育學系，網路社會學通訊期刊，63期2007年5月發刊
   連結：
5. [8] A. S. Suleiman, D. Doerffel, “Rapid Test and Non-Linear ModelCharacterization of Solid-State Lithium-Ion Batteries,” Journal of PowerSources Vol. 130 pp. 266–274,2004.
   連結：
6. [11] C. H. Lin; H. Y. Chao; C. M. Wang; Min-Hsuan Hung “Battery management system with dual-balancing mechanism for LiFePO4 battery module” TENCON 2011-2011 IEEE Region 10 Conference, pp.863-867, Nov. 2011.
   連結：
7. [15] 李建華，「電池電源模組建構之儲釋能系統」，碩士論文，國立中山大學，民國104年
   連結：
8. [17] 林詠凱，「高效率雙向值流轉換器的研製」，碩士論文，國立台北科技大學，民國95年
   連結：
9. [19] 鈦思科技股份有限公司，「視覺化建模環境Simulink入門與進階」，鈦思科技股份有限公司出版，12-2 - 12-235頁，民國90年。
   連結：
10. [4] 馬原懷、劉昀宗、趙信泓、陳俊義、賴耀弘、黃思倫，「磷酸鋰鐵電池並聯電池模組之電池充電平衡分析」，中華民國第36屆電力工程研討會，逢甲大學，民國104年
11. [5] 許家興，「電動車電池類型與電池基礎介紹」，車輛研測資訊，第13-18頁，民國98年
12. [7] 林志勳，「2008全球第二次電池市場發展趨勢」，工業材料雜誌255期頁162-166，民國97年3月
13. [9] 邱郁翔，「應用庫倫積分法及卡爾曼濾波器於鋰鐵電池的估測」，碩士論文，明志科技大學，民國104年7月
14. [10] 楊銘基，「電動車鋰電池平衡系統技術發展」，國立台北科技大學，2014年
15. [12] 侯至豪，「降升壓型電池電源模組串並連平衡放電」，碩士論文，國立中山大學電機工程學系，民國102年6月
16. [13] 林士勛，「雙向升/降壓磷酸鋰鐵電池模組的電量平衡控制」，碩士論文，逢甲大學，民國103年六月
17. [14] 余立人，「串連電池電源模組平衡放電」，碩士論文，國立中山大學，民國101年
18. [16] 楊銘基，「電動車鋰電池平衡系統技術發展」，國立台北科技大學，2014年
19. [18] 劉文懋，「雙向降升壓式電池電源模組串聯之雙向電量平衡電路」，碩士論文，國立台灣海洋大學，民國101年6月
20. [20] 洪乃剛，「電力電子和電力拖動控制系統的MATLAB仿真」，機械工業出版社，1-151頁，民國95年。
21. [21] 徐瑞隆、陳建富，「電力電子學電腦輔助分析與設計」，新文京開出版社，民國97年。
22. [22] EPARC，「電力電子學綜論」，全華科技圖書股份有限公司，民國96年。
23. [23] 羅華強，「MATLAB 5.3 SIMULINK 3.0」，全華科技圖書股份有限公司，民國89年。
24. [26] 黃信豪，「鋰電池殘存量估測與電池墊量平衡之研究」，碩士論文，高苑科技大學，民國98年。
25. [24] 洪啟欣、孫禹華、周宏亮、吳坤德、吳晉昌，「鋰鐵電池放電均壓之控制方法」，中華民國第三十一屆電力工程研討會，民國99年。
26. [25] 郭家霖，「昇壓式直流-直流轉換器之控制器設計」，碩士論文，國立海洋大學，民國93年。