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研究生: 葉鎮嘉
Yeh, Zhen-Jia
論文名稱: 混合式儲能系統之超級電容器控制策略研製
Development of Supercapacitor Control Strategy for Hybrid Energy Storage System
指導教授: 蔡明祺
Tsai, Mi-Ching
共同指導教授: 胡家勝
Hu, Jia-Sheng
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 電機工程學系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2023
畢業學年度: 111
語文別: 中文
論文頁數: 66
中文關鍵詞: 混合式儲能系統超級電容器控制策略
外文關鍵詞: Hybrid Energy Storage System (HESS), Supercapacitor (SC), Control Strategy
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  • 近年來,鋰離子電池被廣泛應用於電動車輛的儲能系統。由於鋰離子電池充放電流過大會加速電池使用壽命衰退,因此可加入超級電容器做為輔助輸出。透過超級電容器可瞬間提供高功率輸出的特性,輔助做為主要電源的鋰電池,使鋰電池皆操作於一定的電流值以下,避免電池電量的快速衰減。但若只依據負載端需求來調節超級電容器輸出,可能面臨需要輔助輸出,但超級電容器電量卻已乾涸的狀況,此時無法起到延長鋰電池壽命的功能。本研究提出超級電容器目標電量之曲線,透過主動調整超級電容器電量,使超級電容器處於較佳的工作狀態,可隨時因應不同負載環境的變化。經Matlab Simulink程式模擬,在ECE-40車輛運行工況下,本論文所提出之超級電容器控制策略可有效改善超級電容器電量問題,並且在維持系統效能的前提下,可選用更小電容量的超級電容器,使整體系統成本降低。

    A hybrid energy storage system (HESS) consists of supercapacitors (SCs) and lithium-ion batteries. HESS takes advantage of the high power density of SCs to supply transient high power demand and limit battery operating current to extend battery cycle life. However, the low energy density of SCs can easily render HESS inoperable. In order to avoid this situation, a larger SCs need to be selected, but it will cause an increase in system cost.
    In this paper, a control strategy of SCs is proposed to regulate the energy of SCs through a bidirectional DC-DC converter, so that SCs can be in a better working state. In the proposed strategy, the operation mode of HESS is determined by the load current, the energy of SCs and the speed of the vehicle. The concept of SCs target energy was proposed as the basis for energy regulation. With the proposed control strategy, the user can select a smaller supercapacitor to maintain the performance of HESS.

    中文摘要 I Abstract II 致謝 VIII 目錄 XI 表目錄 XIV 圖目錄 XV 符號表 XVIII 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機與目的 2 1.3 文獻回顧 3 1.4 論文章節概要 5 第二章 混合式儲能系統分析與系統規格設計 7 2.1 儲能元件特性分析 7 2.1.1 鋰離子電池 7 2.1.2 超級電容器 8 2.2 混合式儲能系統分析 10 2.2.1 混合式儲能系統架構 10 2.2.2 雙向直流電源轉換器 12 2.2.2.1 半橋型雙向直流電源轉換器 12 2.2.2.2 電路動作原理分析 14 2.3 電動載具及應用情境分析 16 2.3.1 電動載具選用 17 2.3.2 車輛運行工況分析 17 2.4 儲能系統能量規格設計 19 第三章 系統控制方塊圖建立與驗證 23 3.1 儲能元件控制方塊圖 23 3.1.1 鋰離子電池控制方塊圖 23 3.1.2 超級電容器控制方塊圖 25 3.2 雙向電源轉換器控制方塊圖 26 3.3 混合式儲能系統控制方塊圖與特性分析 33 第四章 超級電容器控制策略 41 4.1 超級電容器控制策略設計 41 4.1.1 系統工作模式 41 4.1.2 超級電容器目標電量 44 4.1.3 混合式儲能系統控制邏輯 48 4.2 雙向轉換器控制迴路設計 49 4.2.1 脈衝寬度調變 49 4.2.2 鋰電池電流限制控制迴路設計 51 第五章 模擬驗證結果 55 5.1模擬驗證 55 5.1.1 模擬環境與參數設定 55 5.1.2 鋰電池電流限制驗證結果 57 5.1.3 超級電容器電量調控驗證結果 58 第六章 結論與未來研究方向 64 6.1 結論 64 6.2 未來研究方向 64 參考文獻 65

    [1] 財訊新聞中心,「電車黃金10年,電動車市占飛速上升 電動車引領全球車市大復活!」,Available from: https://www.wealth.com.tw/articles/5a7b025d-3c8c-4983-bdf1-e276c693a842,檢索日期:2022/12/21。
    [2] 科技新報,「歐盟就2035年禁售燃油車達成共識,只能註冊二氧化碳零排放新車」,Available from: https://technews.tw/2022/07/01/eu-unanimously-agrees-to-ban-the-sale-of-petrol-vehicles/,檢索日期:2022/12/21。
    [3] 翁瑞陽,「提升電池壽命之車用超電容輔助儲能系統研製」,碩士論文,國立成功大學電機工程學系,2019。
    [4] Alireza Khaligh and Zhihao Li, “Battery, Ultracapacitor, Fuel Cell, and Hybrid Energy Storages for Electric, Hybrid Electric, Fuel Cell, and Plug-In Hybrid Electric Vehicles: State of the Art”, IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 59, NO. 6, July 2010.
    [5] 謝易修,「具舒適度之再生剎車策略應用於電動滑板車」,碩士論文,國立成功大學電機工程學系,2021。
    [6] 何冠廷、陳宏源、陳燦耀、方冠榮、張家欽,「儲能發展的勁旅–鋰離子電池」,科學發展,第557期,2019。
    [7] Goldcarbon,「鋰電池封裝應用」,Available from: https://www.jintanchi.com/battery,檢索日期:2022/12/22。
    [8] JS BATT LESS,「什麼叫超級電容及特性?」,Available from: https://www.asiabright.easyeshop.com/news/1/%E4%BB%80%E9%BA%BC%E5%8F%AB%E8%B6%85%E7%B4%9A%E9%9B%BB%E5%AE%B9%E5%8F%8A%E7%89%B9%E6%80%A7%3F.html,檢索日期:2022/12/24。
    [9] 林廣承、丁志明、張仍奎,「超級電容 超級在哪裡」,科學發展,第564期,2019。
    [10] Jian Cao and Ali Emadi, “A New Battery/UltraCapacitor Hybrid Energy Storage System for Electric, Hybrid, and Plug-In Hybrid Electric Vehicles”, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol 27, No. 1, 2012.
    [11] 蕭閔聰、梁從主、楊隆生、林弘毅,「新型雙向直流至直流轉換器之分析與研製」,中華民國第三十一屆電力工程研討會,2010。
    [12] 劉福隆、鄭宗正、曾文丁,「機車惰轉停等設備不同油耗測試程序研究」,車輛工程學刊第十三期,2018。
    [13] 機車傳媒情報網,「【車款介紹】Kymco CANDY 3.0」,Available from: https://www.motopark.com.tw/%E3%80%90%E8%BB%8A%E6%AC%BE%E4%BB%8B%E7%B4%B9%E3%80%91kymco-candy-3-0-2,檢索日期:2022/12/25。
    [14] LICAP,「SC0370-300-RSS 3.0V, 370F, 超級電容器單體」,產品規格手冊。
    [15] Susanna, B.R. Dewangga, O. Wahyungoro and A.I. Cahyadi, “Comparison of Simple Battery Model and Thevenin Battery Model for SOC Estimation Based on OCV Method”, International Conference on Information and Communication Technology (ICOIACT), 2019.
    [16] 許嘉升,「超級電容等效電路之量測與分析」,馬達電子報,成大馬達科技研究中心,第887期,2020。
    [17] 鄭彰毅、張晉暘,「從控制方塊圖設計降壓式轉換器(Buck Converter)」,馬達電子報,成大馬達科技研究中心,第757期,2017。
    [18] 林維哲、王玉麟,「利用控制方塊圖方法分析升壓轉換器(Boost Converter)」,馬達電子報,成大馬達科技研究中心,第774期,2018。
    [19] R.W.Erickson and D.Maksimovie, “Fundamentals of Power Electronics”, Second Edition, Kluwer Academic Publishers, 2001.

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