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運動攝影機方形鋰離子電池熱失控之研究

為了解決18650鋰電池充電器的問題，作者黎亦書 這樣論述：

近年來，隨著現今科技之快速發展，運動攝影機(Action Camera)在日常生活中應用十分廣闊，其原本設計初衷是用於記錄各種運動之影像，近年來也應用至多個領域，例如行車紀錄器、電視和網路節目之錄製等。運動攝影機之電力來源是來自相機內部之鋰離子電池，雖其電容量不大但在不正常使用情況下，仍有可能會引發火災爆炸之事故，不可忽視此安全性問題。本研究選用正副廠之三種不同方形運動攝影機鋰離子電池進行實驗，分別為 GoPro、KingMa 和 RuigPro，將電池分別充電至不同荷電狀態(25%SOC、50%SOC、75%SOC、100%SOC)，透過本實驗室自製之密閉加熱測試儀進行電池熱失控實驗，並根

據其實驗中的初始放熱溫度(Tonset)、臨界溫度(Tcr)、最高溫度(Tmax)、最大壓力(Pmax)、最大升溫速率((dT/dt)max)，在不同荷電狀態和不同電池廠牌之比較下，探討方形運動攝影機鋰離子電池熱失控反應之熱安定性和熱危害性。實驗結果得知，三種廠牌之方形運動攝影機鋰離子電池均有明顯之熱失控反應行為，GoPro 電池在不同荷電狀態下，其初始放熱溫度以及臨界溫度之表現，均比其他兩副廠(KingMa 和 RuigPro)優異。GoPro 電池在50%SOC時之升溫速率增長幅度較為緩慢，75%SOC 和 100%SOC 之最大升溫速率分別為 6900 oC/min 和 11880 oC

/min，其最高溫度和最大壓力在實驗過程中與其他兩個副廠電池相比，均表現出較低之數值。RuigPro電池在75%SOC 時之溫度和升溫速率快速增長，75%SOC 和 100%SOC 之最高溫度分別為647.0oC和812.1oC，最大升溫速率分別為5970oC/min和18120oC/min，使其電池危害性變嚴重。KingMa電池之最高溫度達到948.9oC，最大壓力達到3.3bar，最大升溫速率達到29820oC/min，KingMa電池熱失控反應是最為嚴重的。綜合上述實驗結果可得知，熱穩定性之排序為:GoPro>RuigPro>KingMa。

具交直流供電之充電器應用於鋰電池充電系統研製

為了解決18650鋰電池充電器的問題，作者黃鴻凱 這樣論述：

目錄指導教授推薦書口試委員審定書致謝 iii中文摘要 iv英文摘要 v目錄 vii圖目錄 x表目錄 xiv第一章 緒論 11.1 研究背景與動機 11.2 研究目的 41.3 論文大綱 9第二章 太陽能發電系統 102.1 太陽能電池介紹 102.1.1 特性比較 112.1.2 光電轉換原理 132.2 太陽能電池最大功率追蹤方法 142.2.1 擾動&觀察法 152.2.2 增量電導法 182.2.3 功率回授法 202.2.4 三點權位法 212.3 太陽能電池之應用系統 25第三章 鋰電池充電技術介紹 263.1 鋰電池特性 263.2 鋰電池充電方法 273.2.1 定電流充電模式

283.2.2 定電壓充電模式 293.2.3 混合定電流/定電壓充電模式 303.2.4 脈波式充電模式 313.2.5 反射式充電模式 323.3 所提鋰電池充電方式 343.4 鋰電池應用方式 35第四章 所提電路動作原理與設計 374.1 所提充電電路演化 374.2 所提充電電路動作原理 464.2.1 太陽能供電操作模式 474.2.2 市電供電操作模式 524.3 所提充電電路設計 604.3.1 電力級電路設計 604.3.2 控制級電路設計 644.3.3 太陽能供電模式開關元件設計 824.3.4 市電供電模式開關元件設計 834.3.5 市電供電模式主動式箝位電容元件設

計 84第五章 實驗結果 855.1 電路規格 855.1.1 太陽能供電模式電路規格 865.1.2 市電供電模式電路規格 885.1.3 開關元件選用 895.2 實驗波形 905.2.1 太陽能供電模式電路設計規格 905.2.2 市電供電模式電路設計規格 103第六章 結論與未來研究方向 1176.1 結論 1176.2 未來研究方向 118參考文獻 119圖目錄圖2-1 太陽能電池的結構圖 11圖2-2 太陽能電池發電原理示意圖 14圖2-3 擾動&觀察法功率對電壓曲線圖 17圖2-4 擾動&觀察法控制流程圖 17圖2-5 增量電導法控制流程圖 19圖2-6 太陽能板 P-V 特性曲

線 20圖2-7 三點權位法最大功率點及其附近兩點 22圖2-8 三點權位法最大功率點及其附近兩點，其餘排列方式 22圖2-9 三點權位法控制流程圖 23圖3-1 Panasonic NCR1865B鋰電池 27圖3-2 定電流充電模式之充電特性曲線圖 28圖3-3 定電壓充電模式之充電特性曲線圖 29圖3-4 混合定電流/定電壓充電模式之充電特性曲線圖 30圖3-5 脈衝式充電模式之充電特性曲線圖 31圖3-6 反射式充電模式之充電特性曲線圖 32圖3-7 太陽能供電模式 34圖3-8 市電供電模式 34圖4-1 所提充電電路方塊示意圖 37圖4-2 可用於降壓充電轉換器電路圖 40圖4-3

可用於高降壓比之充電轉換器電路圖 40圖4-4 同步降壓轉換器 41圖4-5 主動式箝位返馳式轉換器 41圖4-6 所提充電電路系統簡化電路圖推導 45圖4-7 所提充電電路系統電路圖 46圖4-8 所提充電電路操作於不同輸入電源等效電路圖 46圖4-9 所提充電電路系統操作於太陽能供電模式之等效電路圖 48圖4-10 所提充電電路系統操作於太陽能供電模式之完整切換週期等效電路圖 50圖4-11 所提充電電路系統操作於太陽能供電模式重要元件波形示意圖 51圖4-12 所提充電電路系統操作於市電供電模式之等效電路圖 55圖4-13 所提充電電路系統操作於市電供電模式之完整切換週期等效電路圖 5

8圖4-14 所提充電電路系統操作於市電供電模式重要元件波形示意圖 59圖4-15 太陽能模式開關電壓與電感電壓電流波形 60圖4-16 市電模式開關電壓電流與電感電流波形 62圖4-17 所提充電系統控制電路方塊圖 65圖4-18 所提充電電路操作於不同輸入電源等效電路圖 67圖4-19 所提充電系統電路控制流程圖 68圖4-20 微控制器ESP-WROOM-32實體圖 75圖4-21 開關上拉電阻示意電路圖 75圖4-22 PWM IC UC3845電路圖 77圖4-23 開關驅動IC IR2111電路圖 78圖4-24 類比開關IC CD4066電路圖 80圖5-1 所提充電電路操作模式

示意圖 85圖5-2 太陽能供電模式輸入電壓為36V，在負載25%量測之波形圖 92圖5-3 太陽能供電模式輸入電壓為36V，在負載50%量測之波形圖 93圖5-4 太陽能供電模式輸入電壓為36V，在負載100%量測之波形圖 94圖5-5 太陽能供電模式輸入電壓為36V，對8.0V鋰電池充電電壓VB及電流IB量測之波形圖 96圖5-6 太陽能供電模式於輸出負載0%變動至100%滿載所量測之輸出電壓VO及電流IO之波形圖 98圖5-7 太陽能供電模式不同日照強度下最大功率追蹤之波形圖 100圖5-8 太陽能供電模式100W變動至10W最大功率追蹤之波形圖 101圖5-9 太陽能供電模式10W變動

至100W最大功率追蹤之波形圖 101圖5-10 太陽能供電模式對鋰電池充電CC-CV模式，定電流充電IB = 12A/定電壓充電VB = 8.4V量測之波形圖 102圖5-11 所提太陽能供電模式從輕載到重載效率曲線圖 102圖5-12 市電供電模式在負載45% ZVS量測之波形圖 105圖5-13 市電供電模式在負載100% ZVS量測之波形圖 106圖5-14 市電供電模式對8.0V鋰電池充電電壓VB及電流IB量測之波形圖 108圖5-15 市電供電模式對7.2V鋰電池充電電壓VB及電流IB量測之波形圖 110圖5-16 市電供電模式對5.0V鋰電池充電電壓VB及電流IB量測之波形圖 1

12圖5-17 市電供電模式於輸出負載20%變動至100%滿載所量測之輸出電壓VO及電流IO的波形圖 114圖5-18 市電供電模式對鋰電池充電CC-CV模式量測之波形圖 115圖5-19 所提市電供電模式從輕載到重載效率曲線圖 115圖5-20 所提硬體實體電路圖 116表目錄表2-1 各種太陽能電池種類的優缺點比較表 12表2-2 各種常用最大功率追蹤方法優缺點比較表 24表3-1 各種常用鋰電池充電方法優缺點比較表 33表3-2 鋰電池2串應用產品規格 36表4-1 所提充電系統控制電路關鍵參數定義 66表4-2 在太陽能供電模式與市電供電模式下之開關扮演角色 67表4-3 PWM IC

UC3845腳位功能介紹 77表4-4 開關驅動IC IR2111腳位功能介紹 79表4-5 類比開關IC CD4066腳位功能介紹 81表5-1 太陽能板規格(廠牌: Jcnsgroup，型號: JCN-M50) 86表5-2 太陽能供電模式重要元件規格參數值 87表5-3 市電供電模式重要元件規格參數值 89表5-4 兩種供電模式結合所使用之開關元件 89