隨著鋰電池產品能量密度的技術突破，產能提升以及價格的快速下降，鋰電池模組產品已成為3C產品以及電力驅動交通工具能量來源的首選。為提高電動交通工具的行駛里程，廠商不斷提高電芯的能量密度來儲存較多的能量，並在有限空間內塞入更多的電芯。但電芯能量密度提高與電芯數量的增加也造成鋰電池模組發生熱失控的機率升高。所謂熱失控是指電芯因工作溫度升高或遭遇外力撞擊而發生短路時，瞬間巨大的能量釋放現象。若是單一電芯熱失控起火燃燒而蔓延至相鄰的電芯，此一現象稱之為“延燒”。
本研究從鋰電池模組的結構設計與材質著手，專注於電力驅動交通工具所使用的多串並鋰電池模組的延燒防護改善。研究方法導入品管中常見的DMAIC問題解決程序，有系統地分析延燒現象並尋找改善機會點。本研究使用特性要因圖來分析延燒成因，並運用田口方法中的直交表與信號雜音比(Signal-to-noise ratio, SN比)來進行實驗設計，對產品品質進行改良。
研究成果顯示運用六標準差中的DMAIC問題解決程序及田口方法並取得具有高度信賴性成果後，直接改變設計流程。將原本每個專案都需延燒防止的設計驗證過程省略，直接進入產品驗證。平均為公司節省約3週的產品專案開發時間，並減少了約6次的設計驗證次數，一年可為公司節省約台幣360萬的設計驗證費用。期盼本研究之個案實證可帶給業界啟發，將品質管理之理論應用至實務上，促進台灣產業升級，提升台灣競爭力。





關鍵字：鋰電池、鋰電池模組、延燒、田口方法、六標準差

With the technological breakthrough in the energy density of lithium ion battery, increased production capacity and rapid decline in price, lithium ion battery pack has become the top choice of energy source for computers, communication products, consumer electronics and electric vehicles. In order to increase the mileage of electric vehicles, manufacturers continue to increase the energy density of cells to store more energy, and insert more cells into a limited space. However, the increase in cell energy density and the increase in the number of cells also raises the probability of thermal runaway of the lithium ion battery pack. Thermal runaway refers to an instantaneous large energy release phenomenon where the cell is short-circuited due to either an increase in temperature from operating, or an impact from an external force. If a single cell burns due to thermal runaway and the fire spreads to adjacent cells, this phenomenon is called "fire propagation". This research begins with the structural design and material of the lithium battery pack, focusing on the improvement in fire propagation protection of multi-strung lithium battery pack used in electric vehicles. The research method employs the common quality control DMAIC problem solving program, systematically analyzing the phenomenon of fire propagation and looking for opportunities to improve. The characteristic factor map is used to analyze the cause of fire propagation, and the orthogonal design and signal-to-noise (SN) ratio in the Taguchi method were used to carry out experimental design to improve the product quality. The research results show that the Six Sigma DMAIC problem solving program and the Taguchi method produced highly reliable results, and the design process was changed accordingly. The design verification process which requires each component to be protected from fire propagation is omitted, moving straight into product verification. On average, this improvement reduced product development time by 3 weeks, and the number of design verifications by 6 times, saving the company approximately NT 3.6 million designs verification costs a year. This research aims to inspire the industry, apply the theory of quality management to practice, promote Taiwan's industrial upgrading, and enhance the country’s competitiveness.




Keywords: Lithium battery module, fire propagation, lithium battery, Taguchi method, Six Sigma。

誌謝 I
中文摘要 II
ABSTRACT III
目錄 V
圖目錄 VII
表目錄 IX
第 1 章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 2
1.3 研究目的 3
1.4 研究架構 5
第 2 章 文獻探討 6
2.1 一次性電池與二次性電池 6
2.2 鋰電池結構 7
2.3 鋰電池模組 9
2.4 鋰電池安全相關法規 12
第 3 章 研究方法 15
3.1 六標準差 15
3.2 田口方法 18
第 4 章 個案研究 23
4.1 個案公司介紹 23
4.2 定義 25
4.3 衡量 30
4.4 分析 38
4.5 改善 41
4.6 控制 45
4.7 效益分析 48
第 5 章 總結 50
5.1 結論 50
5.2 未來研究方向 50
第6章 參考文獻 52

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