ハイブリッドストレージシステムとストレージソリューション: バッテリーの経年劣化 - エネルギーシステムの寿命を延ばし、信頼性の高い予測を実現するための手段

コンラッド・ウルフェンシュタイン

3ヶ月前

バッテリー交換: 電気輸送機および建設機械のリチウムイオンバッテリー – 画像: Xpert.Digital

📡 ハイブリッドストレージシステムとエネルギー技術の将来: 深い洞察

📡 エネルギー貯蔵技術の改善を絶え間なく追求することで、ハイブリッド貯蔵システムなどの魅力的なイノベーションが生まれました。これらの先駆的なシステムは、さまざまなストレージテクノロジを組み合わせて、各テクノロジの欠点を補い、利点を最適に活用します。顕著な例は、リチウムイオン電池とスーパーキャパシタの結合です。フラウンホーファーエネルギー経済研究所およびエネルギーシステム技術 IEE は、スケルトンテクノロジーズおよび AVL と協力して、「SukoBa」研究プロジェクトの一環として、ハイブリッド蓄電システムのアプリケーションに革命をもたらす可能性のあるバッテリー劣化予測技術を大幅に進歩させました。

🔋 リチウムイオン電池とスーパーキャパシタの相乗効果

リチウムイオン電池とスーパーキャパシタの両方を統合したハイブリッド蓄電システムは、両方の技術の長所を活用しながら、短所を軽減します。スーパーキャパシタは、非常に短時間に大量のエネルギーを吸収および放出することができます。ただし、電流の強さは電気化学的プロセスではなく物理的な蓄積容量によって制限されるため、この急速な充電および放電プロセスによって大幅な劣化が生じることはありません。対照的に、スーパーキャパシタはエネルギー密度が低いため、一度に多くのエネルギーを蓄えることができません。

一方、リチウムイオン電池はエネルギー密度が高いため、大量のエネルギーを蓄えることができますが、高電流のピークに敏感であり、磨耗の増加や寿命の短縮につながる可能性があります。したがって、これらのバッテリーは、電気自動車や建設機械など、頻繁かつ集中的な負荷変化が発生する用途には適していません。ここでスーパーキャパシタが登場します。バッテリーに負担をかけずに負荷のピークを吸収できるため、バッテリーを均一かつ穏やかに使用できます。

🔎 研究プロジェクト SukoBa と BaSiS

「SukoBa」プロジェクトでは、ハイブリッドストレージシステムにおける相互作用の最適化を目的とした、BaSiS（Battery Simulation Studio）と呼ばれるシミュレーション環境が開発されました。この技術の中心となるのは、スーパーキャパシタと併用した場合のバッテリーの経年劣化を正確に予測する劣化モデルです。 BaSiS ソフトウェアのおかげで、研究者やエンジニアはさまざまな構成や動作シナリオを実行し、バッテリーの経年劣化への影響を分析できるようになりました。

BaSiS は、バッテリーの動作条件と制御アルゴリズムを調整して、最小限のコストで最大の耐用年数を達成するのに役立ちます。この柔軟性により、バッテリーとスーパーキャパシタの研究における新しいトレンドと技術を迅速に統合してテストできるため、特に価値があります。

💡 実際のハイブリッドストレージシステムの利点

ハイブリッドストレージシステムは、基本的な技術的側面をはるかに超えるさまざまな利点を提供します。これらにより、電気自動車、建設機械、定置型エネルギー貯蔵におけるエネルギーのより効率的な利用が可能になります。主な利点は、バッテリー寿命の延長です。ピーク負荷を軽減することでバッテリーの熱応力が軽減され、その結果磨耗が減り、動作寿命が長くなります。これにより、交換用バッテリーの購入と設置の頻度が減るため、全体的なコストが削減されます。

もう 1 つの利点は、パフォーマンスの向上です。スーパーキャパシタは負荷の変化をより迅速に吸収できるため、システム全体の応答性が向上します。これは、電気モーターの始動時やブレーキエネルギーの回収 (回生) 時など、高かつ高速の電流レベルが必要な状況で特に重要です。

🌍 経済的および生態学的重要性

バッテリーの劣化やハイブリッド蓄電システムの効率を改善する技術も、経済的および環境に大きな影響を与えます。バッテリーの寿命を延ばすことでコストが削減され、これらの技術がより広く受け入れられ、応用されるようになります。さらに、バッテリーは再生可能エネルギーへのエネルギー移行において中心的な役割を果たします。より効率的で長持ちするエネルギー貯蔵システムは、エネルギー供給の変動を平準化するのに役立ちます。これは、風力エネルギーと太陽エネルギーを電力網に統合するために重要です。

環境の観点から見ると、バッテリー寿命が長いということは、バッテリーの製造と廃棄に伴う廃棄物の発生と環境への影響の削減にもつながります。リチウムイオン電池の製造に必要なリチウムやコバルトなどの資源の採掘は、環境に多大な影響を与えます。したがって、バッテリー寿命が長くなれば、資源消費量の削減と持続可能性の向上にもつながる可能性があります。

🚀 今後の展開と課題

ただし、ハイブリッドストレージシステムの継続的な開発と最適化には課題も伴います。その 1 つは、システムの統合と制御の複雑さです。このようなハイブリッドシステムで制御アルゴリズムとエネルギーフローを効率的にするには、広範な研究開発が必要です。さらに、スーパーキャパシタの製造および統合のコストをさらに削減して、これらの技術を経済的にさらに魅力的なものにする必要があります。

もう 1 つの研究分野は、バッテリーとスーパーキャパシタの両方の性能をさらに向上させるために材料科学を改善することです。これには、より高いエネルギー密度とより優れた充電および放電特性を提供する新しい電解質および電極材料の開発が含まれます。

🔚 エネルギー貯蔵技術の進歩

リチウムイオン電池とスーパーキャパシタを組み合わせたハイブリッド蓄電システムは、エネルギー貯蔵技術の大幅な進歩を表しています。それぞれの強みをうまく活用し、両方のテクノロジーの弱点を最小限に抑えることで、メモリの寿命が長くなり、システム全体の効率が向上します。「SukoBa」プロジェクトと BaSiS ソフトウェアの開発により、フラウンホーファー IEE は技術的、経済的、環境上の利点を提供する重要な貢献をしました。ハイブリッド蓄電システムの将来は有望であり、持続可能なエネルギーの供給と利用において重要な役割を果たすでしょう。