機械工業雜誌

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鋰離子超電容與鋰離子電池之混合儲能技術開發

刊登日期：2025/06/01

摘要

本研究開發結合石墨烯鋰離子超電容（ Lithium-ion Capacitor, LIC）和鋰離子電池（ Lithium-ion Battery, LIB）之混合儲能系統，並研發控制協調LIC及LIB之能源管理系統（ Energy Management System, EMS）。此EMS具有動態調節能量分布與流動方向功能，採用等效能耗最小化策略（ Equivalent Consumption Minimization Strategy, ECMS），透過LIC的快速反應特性，迅速補償能量變動，再經由LIB持續提供能量之需求，使LIC及LIB發揮最大作用。由於使用LIC可降低LIB對瞬間電流變化負荷，則可延長LIB的壽命。藉由發揮LIC的輔助功能，可以增加綠電能（風能/太陽能）的儲存，達到節能減碳之目的。

Abstract

This research develops the hybrid energy storage system that combines graphene lithium-ion capacitor (LIC) and lithium-ion battery (LIB), and develops the energy management system (EMS) to control and coordinate the LIC and the LIB. The EMS has the function of dynamically adjusting energy distribution and flow direction, and adopts the equivalent consumption minimization strategy (ECMS). Through the fast response characteristics of LIC, it quickly compensates for energy changes, and then continuously provides energy requirements by LIB, so that LIC and LIB can play their maximum role, respectively. Since the use of LIC can reduce the load of LIB on instantaneous current changes to extend the life of LIB. By leveraging the auxiliary function of LIC, the storage of green electricity (wind/solar energy) can be increased to achieve the goal of energy conservation and carbon reduction.

前言

隨著全球石化能源過度消耗和環境污染問題的日益加劇，可再生能源大規模開發利用和新能源汽車快速發展興起新一輪的能源革命。配合政府2050淨零排放政策，綠能發電占比將越來越重。然而，無論是以太陽能和風能為代表之可再生能源發電，還是以純電動汽車為主的新能源汽車行駛，均離不開儲能裝置進行能量轉化、儲存和使用。因此儲能是解決可再生能源大規模發電併網、推動新能源汽車發展和實現「碳中和」中長期目標的關鍵技術。其中能量型儲能與功率型儲能所組成的混合儲能系統為具有能量管理和功率管理的高效系統，可充分發揮能量型儲能的持久性和功率型儲能的快速性，來大幅提升儲能系統的綜合性能和經濟性。於未來混合儲能系統在電網儲能、汽車和軌道交通等應用中，可以發揮其重要優勢：儲能系統之壽命週期成本降低、工作溫度範圍寬、電能品質改善、壽命長且安全性較高、釋放和吸收峰值功率具有較高的環境適應性和可靠性。