zt再探「超級電容」的奧妙(之二)

电容车

诞生于美国洛斯亚拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory)的超级电容(Ultracapacitor)具有无限次充放电循环、瞬间储能效率优于传统化学电池的优点，在汽车与行动电话领域潜力无穷。超级电容很可能在未来几季出现在F1赛车内、在不久的未来也有望是你我下一款新车上的标准配备。
国际汽车大厂早已开始试探将超级电容应用在民用车款的可能性？德国重型商用车大厂MAN于2002年推出一款整合柴油与超级电容系统的混和动力巴士，透过车内的288个超级电容模块、此款概念巴士比普通巴士高出20％！Mercedes车厂也曾于1999年推出一款搭载超级电容系统的Sprinter巴士车款，其储存的电力可在加速期间提供额外45匹马力长达15秒之久。
BMW工程师更把超级电容在汽车的应用推向全新的里程碑：一款搭载普通4.4升V8引擎的BMW X5其输出为286匹马力(最大扭力为330Nm @ 5400 RPM)，但整合了140个超级电容模块后、其加速时最大扭力瞬间可暴涨至1000 Nm(时间达5-6秒)。这样的加速表现可与搭载V12引擎的Mercedes CL65 AMG相提并论，其油耗表现却比普通BMW X5还要好！这款称为「Blitzmobile X5」向我们勾勒出一个混和动力系统的美好未来蓝图。

搭载超级电容系统的Blitzmobile X5与一般BMW X5加速表现相差甚大让我们再把焦点拉回F1赛道内，其实McLaren车队早在5年前就投入许多研究资源至「油电混合动力」领域中，但迟迟无法获得Max Mosley与FIA的首肯将研发成果移转至F1赛道内。了解了F1车迷的心声后，Max Mosley终于愿意尝试。「这个想法获得国际汽车大厂们的热烈响应」Mosley继续说：「未来我们将鼓励能够帮助民用汽车产业的F1比赛科技」。
在目前的规划中，引擎曲轴将带动一个特别的发电机，并透过一个电子控制器(ECU、可能由FIA统一规格)限制流入超级电容与直接输出的动力比例。每辆F1赛车可安装6个超级电容单元(每个体积为20公升)，一旦车手遇到超车机会时、只需按下方向盘上的按钮，这6个超级电容就可提供额外60匹马力的动力(时效为5秒钟)，之后此系统会继续充电、以储存车手下次超车的能量。根据熟悉F1赛车工程人士推估，此系统总重约在30公斤上下。现今的F1赛车都搭载了约100公斤的压舱物(ballast)以平衡赛车配重，增加30公斤的超级电容系统理应没有技术上的困难。超级电容可说是「电力版本的NOS系统」，或许不久之后我们也可以在民用车上看到类似装置！
倘若FIA真的允许超级电容技术进入F1赛道，必定可以带动此领域的关注程度(我们可以从最近的报导频率轻易发觉)及发展速度、进而降低生产成本。BMW工程师透露「Blitzmobile X5」的超级电容单元每个造价要110美元，整套140个超级电容单元造价高达1万5400美元。如果每个超级电容的工作电压可从目前的2.5伏特提升到3伏特，整个系统的造价就可节省16％！相较于遥不可及的氢气能源系统，超级电容技术实用化的那一天指日可待。透过F1工程师的努力，我们将有望更早享受到超级电容技术实用化的甜美果实。

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目前超级电容缺点；
1；多单体串联，大电流快速充电难以平衡，平衡电流将高达数十安培，稍小容量的电容寿命严重缩短（不足1000次）。
2；能量密度低，为铅酸电池的1/10，单独使用续行里程不足。
3；内部平衡电阻放电严重，荷电性能远逊于电池。
4；单体水解电压低，储存能量和电压的平方成正比，寿命与电压的平方成反比，2.7V以上寿命不足1000小时。
5；平衡失败后整组电容将相继失效，与电池组相似。