車輛研究測試中心 綠能處 技術發展專案 林登禾

近年來對於能源危機和環保意識提高，以及電子設備高儲能容量之需求，人類正積極尋找儲能技術解決之道，因此帶動超級電容的發展。起初超級電容大多應用於3C產品中，以及取代玩具中的水銀電池、取代太陽能路面標誌燈中的鎳氫電池、取代不斷電系統中的鉛酸電池、並做為手持工具機內電力源…等，以達到提供短時間內多次瞬間高功率輸出與減少環境污染之特性。

國內量產超級電容目前主要應用在3C電子產品，隨著應用領域與需求不斷增加，國外超級電容發展已可將超級電容作為電動車輛電力源，以美國、日本、韓國、中國大陸之技術暫為領先(如表1所示)，所量產型超級電容單體電壓為2.7V最高容量可達5000F，能量密度約6Wh/kg、體積密度約7.8Wh/L，超級電容量產技術提昇後，將可逐漸增加超級電容應用於車輛之機會。

超級電容具有高效儲能特性(如表2所示)，與鋰電池相比不需將電能轉成化學能，可直接以物理方式儲存電能，具有高功率密度、使用壽命長、充放電效率高、充放電時間短、低溫性能佳，可提供車輛瞬間功率輸出之需求。

然而，超級電容目前售價仍高昂，以目前國際上電動車使用之儲能元件超級電容以及鋰電池售價相比，國外掌握車用超級電容技術，以國外報價1kWh超級電容約需新台幣60萬元，業者估計至2014年1kWh超級電容可降至新台幣34萬元，與目前國內1kWh鋰電池售價約1~2萬元相比仍高出甚多，超級電容售價為目前推廣困難之主要因素。

國內外已有超級電容應用在電動巴士之實例(上海11路環線超級電容公車、國內小馬租車的雙電巴士)，以及應用在輕軌電車之概念(法國西門子的雙電輕軌電車概念、國內高雄環狀輕軌電車)，皆是看好超級電容應用在車用儲能裝置之極大潛力，而車輛電動化為未來發展之主要趨勢兼具環保與節能效益，預期超級電容將會是電動車輛儲能元件的主要產品之一。

車輛中心自2011年開始超級電容應用之研究，對於充放電特性以及調控技術進行探討，已取得最佳化的匹配設計與建立分析模型(如圖1所示)，其透過電能調配控制策略以提升系統效能，其系統特色為雙電系統，係將電池與超級電容並聯，利用各自特性優點以增加電池組之循環使用壽命。因為超級電容可提供車輛瞬間大功率控制需求，繼而提供儲能系統極佳之緩衝保護，因此可避免造成電池模組的過度放電，大幅提升超級電容於電動車輛應用之重要性。 

圖1.雙電系統匹配模型架構圖