Les batteries au lithium sont comme des moteurs qui manquent d’entretien ; unGTCsans fonction d'équilibrage n'est qu'un simple collecteur de données et ne peut être considéré comme un système de gestion. L’équilibrage actif et passif vise à éliminer les incohérences au sein d’une batterie, mais leurs principes de mise en œuvre sont fondamentalement différents.
Pour plus de clarté, cet article définit l'équilibrage initié par le BMS via des algorithmes comme un équilibrage actif, tandis que l'équilibrage qui utilise des résistances pour dissiper l'énergie est appelé équilibrage passif. L'équilibrage actif implique un transfert d'énergie, tandis que l'équilibrage passif implique une dissipation d'énergie.
Principes de conception de base des blocs-batteries
- La charge doit s'arrêter lorsque la première cellule est complètement chargée.
- La décharge doit se terminer lorsque la première cellule est épuisée.
- Les cellules les plus faibles vieillissent plus vite que les cellules plus fortes.
- -la cellule avec la charge la plus faible limitera finalement la batterie's capacité utilisable (le maillon le plus faible).
- Le gradient de température du système à l’intérieur de la batterie affaiblit les cellules fonctionnant à des températures moyennes plus élevées.
- Sans équilibrage, la différence de tension entre les cellules les plus faibles et les plus fortes augmente à chaque cycle de charge et de décharge. Finalement, une cellule approchera de la tension maximale tandis qu'une autre se rapprochera de la tension minimale, ce qui entravera les capacités de charge et de décharge du pack.
En raison de l'inadéquation des cellules au fil du temps et des conditions de température variables liées à l'installation, l'équilibrage des cellules est essentiel.
Les batteries lithium-ion sont principalement confrontées à deux types d’inadéquation : l’inadéquation de charge et l’inadéquation de capacité. Une inadéquation de charge se produit lorsque des cellules de même capacité diffèrent progressivement en charge. Une inadéquation de capacité se produit lorsque des cellules de capacités initiales différentes sont utilisées ensemble. Bien que les cellules soient généralement bien adaptées si elles sont produites à peu près au même moment avec des processus de fabrication similaires, des décalages peuvent survenir en raison de cellules de sources inconnues ou de différences de fabrication significatives.
Équilibrage actif vs équilibrage passif
1. Objectif
Les batteries sont constituées de nombreuses cellules connectées en série, qui ne sont probablement pas identiques. L'équilibrage garantit que les écarts de tension des cellules sont maintenus dans les plages attendues, maintenant ainsi la facilité d'utilisation et la contrôlabilité globale, évitant ainsi les dommages et prolongeant la durée de vie de la batterie.
2. Comparaison de conception
- Équilibrage passif : décharge généralement les cellules à tension plus élevée à l'aide de résistances, convertissant l'énergie excédentaire en chaleur. Cette méthode prolonge le temps de charge des autres cellules mais présente une efficacité moindre.
- Équilibrage actif : une technique complexe qui redistribue la charge au sein des cellules pendant les cycles de charge et de décharge, réduisant ainsi le temps de charge et prolongeant la durée de décharge. Il utilise généralement des stratégies d'équilibrage par le bas pendant la décharge et des stratégies d'équilibrage par le haut pendant la charge.
- Comparaison des avantages et des inconvénients : L’équilibrage passif est plus simple et moins cher mais moins efficace, car il gaspille de l’énergie sous forme de chaleur et a des effets d’équilibrage plus lents. L'équilibrage actif est plus efficace, transférant l'énergie entre les cellules, ce qui améliore l'efficacité globale de l'utilisation et atteint l'équilibre plus rapidement. Cependant, cela implique des structures complexes et des coûts plus élevés, avec des difficultés à intégrer ces systèmes dans des circuits intégrés dédiés.
Conclusion
Le concept de BMS a été initialement développé à l'étranger, les premières conceptions de circuits intégrés se concentrant sur la détection de tension et de température. Le concept d’équilibrage a ensuite été introduit, en utilisant initialement des méthodes de décharge résistive intégrées aux circuits intégrés. Cette approche est désormais répandue, avec des sociétés comme TI, MAXIM et LINEAR produisant de telles puces, certaines intégrant des pilotes de commutation dans les puces.
D'après les principes et les diagrammes d'équilibrage passif, si l'on compare une batterie à un baril, les cellules sont comme les douves. Les cellules avec une énergie plus élevée sont de longues planches, et celles avec une énergie plus faible sont des planches courtes. L'équilibrage passif ne fait que « raccourcir » les longues planches, ce qui entraîne un gaspillage d'énergie et des inefficacités. Cette méthode présente des limites, notamment une dissipation thermique importante et des effets d'équilibrage lents dans les packs de grande capacité.
L'équilibrage actif, en revanche, « remplit les planches courtes », transférant l'énergie des cellules à plus haute énergie vers celles à plus faible énergie, ce qui entraîne une plus grande efficacité et un équilibre plus rapide. Cependant, cela introduit des problèmes de complexité et de coût, avec des défis dans la conception de matrices de commutation et le contrôle des disques.
Compte tenu des compromis à faire, l’équilibrage passif peut convenir aux cellules présentant une bonne cohérence, tandis que l’équilibrage actif est préférable pour les cellules présentant des écarts plus importants.
Heure de publication : 27 août 2024
