Os supercapacitores, também conhecidos como supercaps, podem absorver e fornecer muita energia em um tempo muito curto sem afetar sua vida útil. No entanto, sua densidade de energia é baixa, então sua capacidade se esgota rapidamente. As baterias de íons de lítio, por outro lado, têm alta capacidade, mas não lidam bem com picos de carga de curto prazo. Isso porque ocorre o estresse térmico, o que faz com que as baterias envelheçam mais rapidamente.
Em muitas aplicações – por exemplo, em máquinas elétricas de transporte e construção – pode fazer sentido combinar ambas as tecnologias de armazenamento: baterias para operação contínua, supercapacitores para cargas de pico, como recuperação, ou seja, recuperação de energia de frenagem. No entanto, até agora tem sido difícil prever com segurança como o acoplamento com um supercapacitor afetará a vida útil da bateria. Isso torna difícil decidir sobre tal sistema e também seu design.
No projeto de pesquisa “SukoBa”, o Instituto Fraunhofer de Economia da Energia e Tecnologia de Sistemas de Energia IEE desenvolveu ferramentas de simulação para esses sistemas híbridos com seus parceiros Skeleton Technologies e AVL. O núcleo dessas ferramentas é um modelo de degradação para prever o envelhecimento da bateria, que é baseado no ambiente de simulação BaSiS desenvolvido pelo Fraunhofer IEE. Com sua ajuda, a vida útil das baterias em sistemas de armazenamento híbridos pode ser aumentada em até 20%, mostra o projeto de pesquisa.
“Nossa caixa de ferramentas fornece dados significativos que os usuários em potencial podem usar para tomar uma decisão segura a favor ou contra a combinação das duas tecnologias”, diz o gerente de projeto Wei Wei Shan do Fraunhofer IEE.
Previsões precisas do envelhecimento da bateria
O modelo de degradação desenvolvido no projeto permite analisar diferentes configurações e algoritmos de controle para encontrar a melhor combinação de supercapacitores e baterias em termos de vida útil e custo para um projeto de sistema específico e diferentes cenários operacionais.
Para isso, o modelo simula, entre outras coisas, o comportamento da bateria em um sistema híbrido em condições operacionais realistas. A partir disso, o software obtém uma previsão exata de seu envelhecimento – o pré-requisito para estender sua vida útil por meio do design preciso do sistema híbrido e estratégias de controle personalizadas. A ferramenta também pode ser usada para determinar se e, em caso afirmativo, até que ponto o tamanho da bateria em tal sistema pode ser reduzido para economizar custos.
De acordo com o Fraunhofer IEE, a caixa de ferramentas foi projetada para ser tão flexível que novas tendências em baterias, supercapacitores e eletrônica de potência possam ser levadas em consideração.
Live sobre sistemas de armazenamento híbridos
O modelo de degradação é baseado no software BaSiS (Battery Simulation Studio) desenvolvido pelo Fraunhofer IEE, um ambiente de simulação para processos dinâmicos e efeitos de envelhecimento de dispositivos de armazenamento de energia eletroquímica. O BaSiS é utilizado no desenvolvimento, teste e otimização de células, baterias, packs, componentes e sistemas de gestão nos setores móvel e estacionário.
O modelo BaSiS deve ser parametrizado para a tecnologia de bateria usada para poder fornecer previsões confiáveis. Os pesquisadores do Fraunhofer derivam os parâmetros do modelo de bateria a partir de dados de projeto e medições experimentais de células de bateria, independentemente do fabricante da bateria.
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