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

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6 个月前

电池更换：电动运输和建筑机械中的锂离子电池 – 图片：Xpert.Digital

📡 混合存储系统和能源技术的未来：深刻见解

📡 对储能技术改进的不断追求带来了令人着迷的创新，包括混合存储系统。这些开创性的系统结合了不同的存储技术，以弥补每种技术的缺点并充分利用其优点。一个突出的例子是锂离子电池和超级电容器的耦合。弗劳恩霍夫能源经济和能源系统技术研究所 IEE 与 Skeleton Technologies 和 AVL 合作，作为“SukoBa”研究项目的一部分，在电池老化预测技术方面取得了重大进展，该项目可能会彻底改变混合存储系统的应用。

🔋锂离子电池和超级电容器的协同作用

集成锂离子电池和超级电容器的混合存储系统利用了这两种技术的优点，同时弥补了它们的弱点。超级电容器能够在极短的时间内吸收和释放大量能量。然而，这种快速的充电和放电过程不会导致明显的老化，因为电流强度不受电化学过程的限制，而是受到物理存储容量的限制。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存储太多能量。

另一方面，锂离子电池具有高能量密度，因此可以存储大量能量，但它们对高电流峰值敏感，这可能导致磨损增加和寿命缩短。因此，这些电池不适合负载变化频繁且剧烈的应用，例如电动汽车或建筑机械。这就是超级电容器发挥作用的地方。它们可以吸收负载峰值，而不会给电池带来压力，从而使电池的使用更均匀、更温和。

🔎 研究项目 SukoBa 和 BaSiS

在“SukoBa”项目中，开发了一个名为BaSiS（电池模拟工作室）的模拟环境，旨在优化混合存储系统中的交互。这项技术的核心是退化模型，可以精确预测电池与超级电容器一起运行时的老化情况。借助 BaSiS 软件，研究人员和工程师现在可以运行各种配置和操作场景，并分析它们对电池老化的影响。

BaSiS 有助于调整电池工作条件和控制算法，以最小的成本实现最长的使用寿命。这种灵活性特别有价值，因为它允许快速集成和测试电池和超级电容器研究中的新趋势和技术。

💡 混合存储系统在实践中的优势

混合存储系统提供的多种优势远远超出了基本技术方面。它们能够更有效地利用电动汽车、建筑机械和固定储能领域的能源。一个关键优势是延长电池寿命。通过缓解峰值负载，可以减少电池中的热应力，从而减少磨损，从而延长使用寿命。这反过来又降低了总体成本，因为更换电池的购买和安装频率降低了。

另一个优点是性能提高。超级电容器可以更快地吸收负载变化，从而使整个系统具有更好的响应能力。这在需要高且快速电流水平的情况下尤其重要，例如启动电动机或回收制动能量（回收）时。

🌍 经济和生态重要性

改善电池老化和混合存储系统效率的技术也具有重大的经济和环境影响。延长电池的使用寿命可以降低成本，从而使这些技术得到更广泛的接受和应用。此外，电池在向可再生能源的能源转型中发挥着核心作用。更高效、更持久的储能系统有助于消除能源供应的波动，这对于将风能和太阳能并入电网至关重要。

从环境角度来看，更长的电池寿命还意味着减少电池生产和处置产生的废物和对环境的影响。生产锂离子电池所需的锂和钴等资源的开采会对环境造成重大影响。因此，更长的电池寿命还可以降低资源消耗并提高可持续性。

🚀 未来的发展和挑战

然而，混合存储系统的不断开发和优化也带来了挑战，其中之一是系统集成和控制的复杂性。需要广泛的研究和开发才能使此类混合系统中的控制算法和能量流高效。此外，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，以进一步提高电池和超级电容器的性能。这包括开发新的电解质和电极材料，以提供更高的能量密度和更好的充电和放电性能。

🔚 储能技术的进步

结合锂离子电池和超级电容器的混合存储系统代表了储能技术的重大进步。通过巧妙地利用两种技术各自的优点并最大限度地减少其缺点，可以实现更长的内存寿命并提高系统的整体效率。通过“SukoBa”项目和BaSiS软件的开发，Fraunhofer IEE做出了重要贡献，提供了技术、经济和生态优势。混合存储系统的未来充满希望，并将在可持续能源供应和使用中发挥至关重要的作用。