Fraunhofer IEE desarrolla herramientas de simulación para el diseño de sistemas híbridos de almacenamiento

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De pv magazine Alemania

Los supercondensadores, también conocidos como supercaps, pueden absorber y proporcionar mucha energía en muy poco tiempo sin afectar a su vida útil. Sin embargo, su densidad energética es baja, por lo que su capacidad se agota rápidamente. Las baterías de iones de litio, por su parte, tienen una gran capacidad, pero no soportan bien los picos de carga a corto plazo. Esto se debe a que sufren estrés térmico, lo que hace que envejezcan más rápidamente.

Por eso, en muchas aplicaciones -por ejemplo, en el transporte eléctrico y las máquinas de construcción- puede tener sentido combinar ambas tecnologías de almacenamiento: las baterías para el funcionamiento continuo y los supercondensadores para los picos de carga, como la recuperación, es decir, la recuperación de la energía de frenado. Sin embargo, hasta ahora ha sido difícil predecir de forma fiable cómo afectará el acoplamiento con un supercondensador a la vida útil de la batería. Esto dificulta la decisión sobre un sistema de este tipo y también su diseño.

En el marco del proyecto de investigación «SukoBa», el Instituto Fraunhofer de Economía de la Energía y Tecnología de Sistemas Energéticos (IEE) ha desarrollado, junto con sus socios Skeleton Technologies y AVL, herramientas de simulación para este tipo de sistemas híbridos. El núcleo de las mismas es un modelo de degradación para predecir el envejecimiento de las baterías, que se basa en el entorno de simulación BaSiS desarrollado por el Fraunhofer IEE. Con su ayuda, la vida útil de las baterías de los sistemas híbridos de almacenamiento puede aumentar hasta un 20%, según muestra el proyecto de investigación.

«Nuestra caja de herramientas proporciona datos significativos que los usuarios potenciales pueden utilizar para tomar una decisión segura a favor o en contra de combinar las dos tecnologías», afirma el director del proyecto, Wei Wei Shan, del Fraunhofer IEE.

Predicciones precisas del envejecimiento de las baterías
El modelo de degradación desarrollado en el proyecto permite analizar distintas configuraciones y algoritmos de control para encontrar la mejor combinación de supercondensadores y baterías en términos de vida útil y costo para un diseño de sistema específico y distintos escenarios de funcionamiento.

Para ello, el modelo simula, entre otras cosas, el comportamiento de la batería en un sistema híbrido en condiciones de funcionamiento realistas. A partir de ahí, el software obtiene una predicción exacta de su envejecimiento, requisito indispensable para prolongar su vida útil mediante un diseño preciso del sistema híbrido y estrategias de control personalizadas. La herramienta también puede utilizarse para determinar si es posible reducir el tamaño de la batería en un sistema de este tipo y, en caso afirmativo, en qué medida, con el fin de ahorrar costos.

Según Fraunhofer IEE, la caja de herramientas está diseñada para ser tan flexible que puedan tenerse en cuenta las nuevas tendencias en baterías, supercondensadores y electrónica de potencia.

Sesión web de expertos sobre sistemas híbridos de almacenamiento
El modelo de degradación se basa en el software BaSiS (Battery Simulation Studio) desarrollado por Fraunhofer IEE, un entorno de simulación de procesos dinámicos y efectos de envejecimiento de dispositivos electroquímicos de almacenamiento de energía. BaSiS se utiliza en el desarrollo, ensayo y optimización de celdas, baterías, paquetes, componentes y sistemas de gestión en los sectores móvil y estacionario.

El modelo BaSiS debe parametrizarse en función de la tecnología de baterías utilizada para poder ofrecer predicciones fiables. Los investigadores de Fraunhofer obtienen los parámetros del modelo de baterías a partir de datos de diseño y mediciones experimentales de celdas de baterías, independientemente del fabricante de las mismas.

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