2025臺灣能實作競賽 高中職綠能創新組 金牌獎

 

臺中市立臺中第一高級中等學校/陳弈全

臺中市立臺中第一高級中等學校

■ 作品運作說明

本作品以星芒型電容式電池平衡電路為核心，搭配Arduino Uno 控制器、電池電壓量測電路、保護電路，組成一個完整的電池管理系統。其運作原理是利用電容的充放電過程，在電壓較高的電池與電壓較低的電池之間轉移能量，以達到電池電壓的均衡。當系統啟動時，Arduino會先量測每顆電池的電壓，判斷電壓差異後，控制光繼電器選擇適當電池與電容並接，使電容先從高電壓電池儲能，再將能量釋放至低電壓電池。此過程持續進行，直到電池電壓差異縮小至小於50mV，才算完成平衡。整體系統能有效提升汰役電池再利用的安全性與可靠度。

■ 創意特色

本作品的創意在於將傳統電容式電池平衡技術加以強化，結合超級電容與光繼電器，形成一套高效率、低損耗且安靜的小型化電池平衡系統。首先，相較於市售普遍使用電阻消耗能量的被動式平衡方式，本作品採用能量轉移的電容式平衡，能量損耗僅約為傳統方式的1.4%，顯著提升效率。其次，利用超級電容提供較大的平衡電流，使強壯的電池能快速補償弱化電池，延緩電池模組退化，確保汰役電池再利用的可行性。再者，光繼電器取代傳統繼電器，不僅降低了體積與噪音，還改善切換速度，提升系統可靠度。

■ 發展潛能

本作品的發展潛能主要在於其對 電池回收再利用 的推廣與應用。隨著電動車與能源儲存系統的普及，未來將有大量汰役電池產生。這些電池雖不再適合車用，但仍保有70–80%的容量，若能透過高效率的平衡電路管理，將能延長使用壽命並提升安全性。應用面上，本技術也可導入於電動車電池模組、再生能源儲能櫃、工業級 UPS 備援電源及消費性電子產品。藉由平衡電壓，不僅可確保系統穩定性，更能降低單顆電池異常造成的風險。