進階搜尋


 
系統識別號 U0026-0309201623285000
論文名稱(中文) 同步設計策略於鉛酸蓄電池設計之研究
論文名稱(英文) Concurrent Engineering Strategy on Lead-acid Batteries Design
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 工業設計學系碩士在職專班
系所名稱(英) Department of Industrial Design
學年度 104
學期 2
出版年 105
研究生(中文) 郭貞瑜
研究生(英文) Chen-Yu Kuo
學號 P37021072
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 81頁
口試委員 指導教授-蕭世文
口試委員-謝孟達
召集委員-劉以琳
中文關鍵字 電動車  鉛酸蓄電池  同步工程  AHP層級分析法 
英文關鍵字 electric vehicle  lead acid battery  concurrent engineering  analytic hierarchy process 
學科別分類
中文摘要 國際油價及環保意識高漲的今天,世界各國對節能省碳已日趨重視,許多國家為了減輕對進口燃料的依賴度,紛紛祭出相關的法令與政策。在節能減碳的目標之下,以電池為能源的電動車輛已成為全球的使用趨勢。
電動車以電池為能源,利用充電裝置儲存電能於蓄電池,再透過控制系統以馬達及傳動系統來推動車輛,電池採串聯方式來增加伏特數,進而提升車輛馬力。但持續累積的充放電行為會造成電池壽命衰減,串聯的整組電池中,往往會因為某些落後電池的快速衰減,進而拉低整組電池組的放電末電壓。當電池壽命終止時,電動車失去動力,消費者勢必需更換整組電池。
從電動機車之鉛酸蓄電池組的使用觀點切入,當串聯48V的4只電池判定為壽命終止時,4只電池是否真的無法再進行充、放電?電池這麼貴,一次更換整組電池是否真的必要呢?本研究透過蒐集電動車與電池的市場資訊,並探討造成電池組壽命衰減的原因,重新檢討電池組的結構設計,檢討現有電池組更換模式的合理性與可行性。
本研究套用同步工程策略,整合限量性結構分析法(FSM)及形態學圖表發散各種想法,再經由評價方法層級分析法(AHP)收斂設計,最終,確實可找出與現有鉛酸電池不同的設計型態,新的設計方案可快速地檢測出容量落後的電池,讓消費者可於第一時間找出容量快速衰減的電池時;也變更電池組的組裝結構,將其拆解為單局電池,讓消費者可快速且正確地的更換容量落後的單局電池,進而延長電動車的騎乘里程數。當整只電池可拆解為單局電池時,也可減輕電池組的重量。更環保的是,當消費者僅更換容量落後的電池,保留其他容量良好的電池,有助於減少廢電池的產生。本研究透過一連串的設計活動,在最短時間內產出最佳設計方案,可有效降低產品開發錯誤風險,並成功地達成期望之目標。
英文摘要 The increase of international oil prices and environmental awareness has led to a global emphasis on reduction of energy use and carbon emissions. This has in turn promoted an upward trend in the development and sales of battery-powered electric vehicles.
Electric vehicles use batteries in series to increase voltage and thereby increase the vehicle’s horsepower. However, constant charging/discharging of lead acid batteries results in the decrease of battery capacity. Often the rapid fading of individual batteries drives down the voltage of the entire battery pack, which can lead the user to believe that the battery pack must be replaced. However, this paper questions whether it is possible to continue to use batteries conventionally considered “dead”, and whether this indeed necessitates replacement of the entire pack. These questions are answered in two ways: market data on electric vehicles and batteries was gathered to discuss the main reasons for the shortening of battery pack cycle life, and the rationality and feasibility of changing the entire battery pack were investigated through examination of the structural design.
This study applied concurrent engineering strategies, integrated finite structure method and morphological chart method, and then used the convergence method of analytic hierarchy process to design battery combinations to improve upon the current model. The proposed design not only quickly identifies the failing battery unit but also allows consumers to easily replace the defective unit. This extends the riding mileage of electric vehicles, significantly reduces the weight of the battery pack, and helps reduce waste.
Through comprehensive design, this study was able to optimize the design process which effectively reduced error risks in product development.
論文目次 摘要 I
致謝 V
目錄 VI
表目錄 IX
圖目錄 XI
第一章 緒論 1
1-1 研究背景 1
1-2 研究動機 3
1-3 研究目的 4
1-4 研究架構 5
1-5 研究範圍與限制 7
第二章 文獻探討 9
2-1 電動車的現有發展 9
2-2 電動助力車的定義與分類 10
2-3 電動車產業發展趨勢 11
2-4 電動車充電方式 12
2-5 電動車的發展瓶頸 13
2-6 電動車發展未來趨勢 14
2-6-1 電池方面 14
2-6-2 充電站方面 16
2-7 電動車與鉛酸蓄電池關聯 16
2-8 鉛酸電池的介紹 17
2-8-1 電池簡介 17
2-8-2 鉛酸蓄電池介紹 19
2-8-3 鉛酸蓄電池密閉反應原理 21
2-8-4 鉛酸蓄電池的容量檢測方式 21
2-8-5 鉛酸蓄電池組的充放電特性 25
2-8-6 鉛酸蓄電池的發展 26
2-8-7 鉛酸蓄電池的優勢 28
2-8-8 鉛酸電池的失效模式 29
第三章 研究理論方法 33
3-1 限量結構分析法(Finite Structure Method,FSM) 33
3-2 形態學圖表法(Morphological Chart Method) 37
3-3 層級分析法 (Analytic Hierarchy Process,AHP) 39
3-4 組裝設計(Design for Assembly,DFA) 42
3-5 價值工程 45
3-5-1 價值工程計畫的目標 46
3-5-2 價值工程的研析方法 47
第四章 研究流程及實例驗證結論 49
4-1 研究流程與步驟 49
4-2 實例驗證說明-實體電池cycle驗證結果 50
4-2-1 實體電池cycle驗證程序 50
4-2-2 實體電池cycle驗證結果 51
4-2-3 實體電池cycle驗證結果檢討 54
4-3 實例驗證說明-單元電池的結構設計 54
4-3-1 現有市售鉛酸蓄電池分析 54
4-3-2 設計目標 55
4-3-3 結構設計提案-FSM設計方法 58
4-3-4 結構設計提案-形態學圖表分析 59
4-3-5 結構設計篩選 61
4-3-6 結構設計之彙整方案 62
4-3-7 設計方案評價收斂-AHP 63
4-3-8 最佳電池組結構設計方案 66
4-3-9 組裝效率 67
4-3-10 快速檢測出容量落後電池之提案 67
4-4 電池組之價值工程分析 69
4-4-1 設計構想評估表 69
第五章 結論與未來方向 73
5-1 結論 73
5-2 未來方向 74
參考文獻 75
附錄一 單元電池組裝工程圖 79
附錄二 單元電池配件工程圖 80
附錄三 單元電池組組裝工程圖 81
參考文獻 Aylor J. H. & Thieme A. & Johnson B. W.(1992), “A battery state-of-charge inductor for electric wheelchairs” ,IEEE Trans. on Industry Electronics, Vol. 39,No. 5,pp.398~409.
Boothroyd G. & Dewhurst P. (1990). Product Design For Assembly. Product Design For Assembly, pp.1-1~2-5.
Nelson J. P. & Bolin W. D.(1995), “Basic and advances in battery systems”, IEEE Trans. on Industry Application,Vol. 31,pp.419~ 428.
Hubka, V. & Andreasen. M. M. & Eder, W. E. (1988.). Tea Brewing Machine. Practical Studies in Systematic Design. London: Practical Studies in Systematic Design, Butterworths, London.
Tuttle B.Lee (1991), Design for Function:A Cornerstone for DFMA, International Forum on Product Design for Manufacture and Assembly Newport,RI,pp.13~14.
Zwicky, F. (1967),”The morphological approach to discovery, invention research and construction”. New methods of Thought and Procedure, Symposium on Methodologies, Pasadena, May, pp. 316-317.

中國報告大廳. (2013). 鉛酸蓄電池未來十年仍是主流。. 擷取自 中國報告大廳.
北京中大同創科技. (2011). 未來鉛酸蓄電池趨勢. 擷取自 北京中大同創科技發展有限公司.
台灣經貿網. (2015年3月2日). 中國大陸鋰電自行車的發展趨勢. 擷取自 台灣經貿網: http://info.taiwantrade.com.tw/CH/bizsearchdetail/356950/I
江瑞容. (2011). 中國電動汽車充電設施發展狀況. 擷取自 工業技術研究院IEK情報網.
行政院新聞傳播處. (2015年4月8日). 智慧電動車輛產業為節能減碳未來趨勢. 擷取自 行政院新聞傳播處: http://www.ey.gov.tw/News_Content2.aspx?n=F8BAEBE9491FC830&s=580AC604E25C84BD
行政院經建會. (2010年2月2日). 電動車電池產業發展趨勢. 擷取自 科技產業資訊室: http://iknow.stpi.narl.org.tw/Post/Read.aspx?PostID=4917
呂學隆. (2014年3月25日). 動力鋰電池在電動二輪車和電動巴士市場商機分析. 工業材料雜誌327期.
李世興. (1997). 電池活用手冊. 台北市: 全華科技圖書股份有限公司.
李俊澤. (2011). 應用模糊理論於產品組裝設計與使用關聯性之研究. 應用模糊理論於產品組裝設計與使用關聯性之研究. 國立成功大學工業設計學系碩博士論文.
車訊網. (2014). 更有力更省油 鋰鐵電瓶售價拉近鉛酸至1.5倍. 擷取自 車訊網.
林燕如. (2008). 電動機車行不行. 擷取自 台灣環境資訊協會 環境資訊中心.
施宏霖. (2002). 探討形態學圖表法提案組合之程序. 國立成功大學工業設計學系碩博士論文.
洪德俊、薛義誠、陳玉蕙、劉惠美. (2014). 台灣電動車產業商業模式之研究 . 創業管理研究 ; 9卷1期 (2014 / 06 / 01) , 頁 27 - 57 .
科技新報. (2015). 智慧電動機車創造市場新突破口,基礎設施及商業模式為重要關鍵. 擷取自 科技新報 TechNews.
紀曉菁. (2013). 運用失效模式分析與同步工程策略於輔具研發設計. 運用失效模式分析與同步工程策略於輔具研發設計. 國立成功大學工業設計學系碩博士論文.
孫清華. (2001). 可充電電池技術大全. 台北市: 全華科技圖書股份有限公司.
張芳、王海明、焦斌亮. (2009年10月). VRLA電池組內阻及其對性能影響的分析. 儀表技術與傳感器, 頁 pp.428-429.
張樑傑、張貴祺. (2011). 2011 年台灣電動車產業發展現況. 彰化:財團法人車 輛研究測試中心.
許家興. (2009). 電動車電池類型與電池基礎介紹. 財團法人車輛研究測試中心 車輛研測資訊, pp.13~14.
郭文正. (2014). 電動自行車電池價格 引發討論. 擷取自 工商時報.
郭柏成. (2010). 台灣電動機車的消費者購買行為之研究. 國立成功大學經營管理碩士學位學程(AMBA)碩博士論文.
陳文姿. (2015年9月7日). 六年392億提升全國空氣品質 環署從交通污染著手. 擷取自 台灣環境資訊協會 環境資訊中心: http://e-info.org.tw/node/109934
陳世和. (2006). 以模組化設計與市場區隔發展產品族之研究-以自行車產業為例. 以模組化設計與市場區隔發展產品族之研究-以自行車產業為例. 國立成功大學工業設計學系碩博士論文.
陳立臻、林維林、張蕎韻. (2009年10月31日). 從全球電動機車發展趨勢 探討台灣產業商機與挑戰. 擷取自 工業技術研究院IEK情報網: http://ieknet.iek.org.tw/pubinfo-detail.screen?type=itispub&domain=37&pubid=51806641
陳昱翔. (2012年5月7日). 加速電動機車普及 充電連接器標準年底出爐. 擷取自 新電子科技雜誌 Micro-Electronics Magazine: http://www.mem.com.tw/article_content.asp?sn=1205040006
曾增勳、呂筱蟬. (2015). 推廣電動機車 須採車電分離,聯合報. 擷取自 聯合報.
集邦產研. (2009). 綠能錢潮:擁抱電動車的兆元商機. 華文聯合出版平台, pp.74~76.
黃巧雯. (2016年1月5日). 電動機車去年超夯 銷量破萬輛. 擷取自 中央通訊社: http://www.cna.com.tw/news/afe/201601050053-1.aspx
葉基光. (1986). VE價值工程(初版),pp.26. 財團法人徐氏基金會出版。.
綠能趨勢網. (2011). 導入磷酸鋰鐵電池的電動機車後市看好. 擷取自 綠能趨勢網.
趙祖佑. (2013年1月18日). 未來節能世界的關鍵解決方案-電動車. 擷取自 工業技術研究院IEK情報網: http://www2.itis.org.tw/netreport/NetReport_Detail.aspx?rpno=495512628
劉慶尚、沈文修. (1995). 價值工程管理與實務,pp.12~16,pp.28~29. 超越企管顧問股份有限公司發行.
潘俊偉. (2014). 電動機車 電池要2萬 民眾喊養不起. 擷取自 聯合晚報.
蔡幸儒. (2010). 產銷雙管齊下 MIT搶攻市場. 國際商情雙週刊287期.
鄭忠杰. (2003). 特徵參數化與網際網路於產品造形衍生之研究. 特徵參數化與網際網路於產品造形衍生之研究. 國立成功大學工業設計學系碩博士論文.
鄭景尤. (2012). 充電規格不一 電動機車發展受阻. 擷取自 新電子科技雜誌 Micro-Electronics Magazine.
蕭世文、范成偉. (1996). 整合FSM、STM及DFA法於水龍頭設計上的應用研究. Joural of the Chinese Instiute of Industrial Engineers,Vol.13,NO.3, (頁 pp.225~235。).
蕭世文、鄭佳靈. (2010). 同步設計策略於保溫瓶設計之應用研究. 工業設計 122期 , (頁 pp.1~6).
簡召全主編. (2011). 工業設計方法學(第3版). 北京: 北京理工大學出版社.
黃樑傑(2015)車輛中心 產業發展處). 2015年電動車動力電池 廠商發展概況.光連雙月刊2015年11月‧No.120 pp.15
張樑傑、張貴祺,2011,2011 年台灣電動車產業發展現況,彰化:財團法人車 輛研究測試中心
劉文海、薛乃綺,2008,金工產業透析-全球電動車發展動向,台北:經濟部。
薛乃綺、林素琴,2011,我國商用電動車未來服務系統商機與模式探討,高雄: 財團法人金屬工業研究發展中心。
論文全文使用權限
  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2020-01-01起公開。
  • 同意授權校外瀏覽/列印電子全文服務,於2020-01-01起公開。


  • 如您有疑問,請聯絡圖書館
    聯絡電話:(06)2757575#65773
    聯絡E-mail:etds@email.ncku.edu.tw