混合存储系统和存储解决方案：电池老化 - 实现更持久的能源系统和可靠预测的途径

Konrad Wolfenstein

1年前

电池寿命：电动交通工具和工程机械中的锂离子电池 – 图片来源：Xpert.Digital

📡 混合储能系统与能源技术的未来：深度解析

📡 对储能技术不断精进的追求催生了诸多令人瞩目的创新，其中就包括混合储能系统。这些前瞻性的系统融合了不同的储能技术，以弥补各自的不足并充分发挥各自的优势。锂离子电池与超级电容器的结合便是绝佳例证。弗劳恩霍夫能源经济与能源系统技术研究所 (IEE) 与 Skeleton Technologies 和 AVL 合作，在“SukoBa”研究项目中，电池老化预测技术取得了显著进展，有望彻底革新混合储能系统的应用。.

🔋 锂离子电池和超级电容器的协同作用

一种集成锂离子电池和超级电容器（超级电容）的混合储能系统，既能发挥两种技术的优势，又能弥补各自的不足。超级电容器能够在极短时间内吸收和释放大量能量。这种快速充放电过程不会导致明显的性能衰减，因为电流的限制因素并非电化学过程，而是物理存储容量。相比之下，超级电容器的能量密度较低，这意味着它们无法一次性存储大量能量。.

另一方面，锂离子电池虽然能量密度高，能够储存大量能量，但它们对高电流尖峰非常敏感，这会导致损耗加剧，缩短电池寿命。因此，这类电池不适用于负载频繁剧烈变化的应用，例如电动汽车或工程机械。而超级电容器则能弥补这一不足。它们可以吸收负载尖峰而不会对电池造成压力，从而实现更平稳、更温和的电池使用。.

🔎 SukoBa 和 BaSiS 研究项目

“SukoBa”项目开发了一款名为BaSiS（电池仿真工作室）的仿真环境，旨在优化混合储能系统中各组件的交互。该技术的核心是一个退化模型，能够精确预测电池与超级电容器协同运行时的老化情况。借助BaSiS软件，研究人员和工程师现在可以模拟各种配置和运行场景，并分析它们对电池老化的影响。.

BaSiS有助于调整电池的工作条件和控制算法，从而以最低成本实现最长的使用寿命。这种灵活性尤为重要，因为它能够快速集成和测试电池和超级电容器研究领域的新趋势和新技术。.

💡 混合储能系统的实际优势

混合储能系统具有诸多优势，远不止于其基本的技术层面。它们能够提高电动汽车、工程机械和固定式储能设备的能源利用效率。其中一个关键优势是延长电池寿命。通过在高峰负荷期间减轻负载，可以降低电池内部的热应力，从而减少磨损，延长使用寿命。这反过来又降低了总体成本，因为更换电池的频率降低了。.

另一个优势是性能提升。超级电容器能够更快地吸收负载变化，从而提高整个系统的响应速度。这在需要高电流和快速电流的情况下尤为重要，例如启动电动机或回收制动能量（能量回收）。.

🌍 经济和生态重要性

改善电池老化性能和提高混合储能系统效率的技术具有显著的经济和环境影响。延长电池寿命可以降低成本，从而促进这些技术的更广泛应用。此外，电池在向可再生能源转型过程中发挥着核心作用。更高效、更持久的储能系统有助于平衡能源供应的波动，这对于将风能和太阳能并入电网至关重要。.

从生态角度来看，更长的电池寿命也意味着电池生产和处置过程中产生的废物和环境影响的减少。锂离子电池生产所需的锂和钴等资源的开采会对环境造成重大破坏。因此，更长的电池寿命也有助于降低资源消耗，提高可持续性。.

🚀 未来发展与挑战

然而，混合储能系统的持续发展和优化也面临着诸多挑战。其中之一是系统集成和控制的复杂性。设计高效的控制算法和能量流是此类混合系统开发所必需的。此外，还必须进一步降低超级电容器的生产和集成成本，以使这些技术更具经济吸引力。.

另一个研究领域是改进材料科学，以进一步提升电池和超级电容器的性能。这包括开发新型电解质和电极材料，以提供更高的能量密度和更好的充放电特性。.

🔚 储能技术的进步

混合储能系统结合了锂离子电池和超级电容器，代表了储能技术的一项重大进步。通过巧妙地利用两种技术的优势并最大限度地减少其劣势，可以延长储能寿命并提高系统的整体效率。弗劳恩霍夫电气与环境研究所（Fraunhofer IEE）凭借“SukoBa”项目和BaSiS软件的开发做出了重要贡献，带来了技术、经济和环境方面的优势。混合储能系统的未来前景广阔，将在可持续能源供应和利用中发挥关键作用。.