Le concept deéquilibrage cellulaireCe phénomène est probablement familier à la plupart d'entre nous. Cela s'explique principalement par le fait que l'homogénéité cellulaire actuelle est insuffisante, et l'équilibrage contribue à l'améliorer. De même qu'il est impossible de trouver deux feuilles identiques dans la nature, il est impossible de trouver deux cellules identiques. Ainsi, l'équilibrage vise en définitive à pallier les imperfections des cellules, en agissant comme une mesure compensatoire.
Quels aspects révèlent une incohérence cellulaire ?
Il existe quatre aspects principaux : l’état de charge (SOC), la résistance interne, le courant d’autodécharge et la capacité. Cependant, l’équilibrage ne peut pas résoudre complètement ces quatre problèmes. Il ne peut compenser que les différences d’état de charge, corrigeant ainsi indirectement les incohérences d’autodécharge. Mais il est inefficace pour la résistance interne et la capacité.
Comment se produit l'incohérence cellulaire ?
Il existe deux raisons principales : d’une part, l’hétérogénéité liée à la production et au traitement des cellules ; d’autre part, l’hétérogénéité due à leur environnement d’utilisation. Les hétérogénéités de production proviennent de facteurs tels que les techniques de traitement et les matériaux utilisés, ce qui constitue une simplification d’un problème très complexe. L’hétérogénéité environnementale est plus facile à appréhender : la position de chaque cellule dans le pack étant différente, il en résulte des variations environnementales, comme de légères variations de température. Avec le temps, ces différences s’accumulent et provoquent une hétérogénéité des cellules.
Comment fonctionne l'équilibrage ?
Comme mentionné précédemment, l'équilibrage permet d'éliminer les différences d'état de charge (SOC) entre les cellules. Idéalement, il maintient le SOC de chaque cellule identique, permettant ainsi à toutes les cellules d'atteindre simultanément les limites de tension de charge et de décharge, et augmentant de ce fait la capacité utile de la batterie. Deux cas de figure peuvent expliquer les différences de SOC : soit les cellules ont la même capacité mais un SOC différent, soit les cellules ont à la fois une capacité et un SOC différents.
Le premier scénario (à gauche sur l'illustration ci-dessous) présente des cellules de même capacité mais de niveaux de charge (SOC) différents. La cellule avec le SOC le plus faible atteint la limite de décharge en premier (en supposant un SOC inférieur de 25 %), tandis que la cellule avec le SOC le plus élevé atteint la limite de charge en premier. Grâce à l'équilibrage, toutes les cellules conservent le même SOC pendant la charge et la décharge.
Le deuxième scénario (le deuxième en partant de la gauche dans l'illustration ci-dessous) concerne des cellules de capacités et d'états de charge (SOC) différents. Dans ce cas, la cellule de plus faible capacité se charge et se décharge en premier. Grâce à l'équilibrage, toutes les cellules conservent le même SOC pendant les cycles de charge et de décharge.
L'importance de l'équilibre
L'équilibrage est une fonction cruciale pour les cellules de courant. Il existe deux types d'équilibrage :équilibrage actifetÉquilibrage passifL'équilibrage passif utilise des résistances pour la décharge, tandis que l'équilibrage actif repose sur la circulation de charges entre les cellules. Ces termes font l'objet de débats, mais nous n'entrerons pas dans les détails. En pratique, l'équilibrage passif est plus courant que l'équilibrage actif.
Détermination du courant d'équilibrage pour le BMS
Pour l'équilibrage passif, comment déterminer le courant d'équilibrage ? Idéalement, il devrait être le plus élevé possible, mais des facteurs comme le coût, la dissipation thermique et l'espace disponible imposent un compromis.
Avant de choisir le courant d'équilibrage, il est important de déterminer si la différence d'état de charge (SOC) est due au scénario 1 ou au scénario 2. Dans de nombreux cas, le scénario 1 est le plus probable : les cellules présentent initialement une capacité et un SOC quasi identiques, mais à mesure qu'elles sont utilisées, notamment en raison des différences d'autodécharge, le SOC de chaque cellule évolue progressivement. Par conséquent, la capacité d'équilibrage doit au moins compenser l'impact des différences d'autodécharge.
Si toutes les cellules présentaient une autodécharge identique, l'équilibrage ne serait pas nécessaire. Cependant, en cas de différence de courant d'autodécharge, des différences d'état de charge (SOC) apparaîtront, et un équilibrage s'avère indispensable pour les compenser. De plus, le temps d'équilibrage quotidien moyen étant limité tandis que l'autodécharge se poursuit quotidiennement, le facteur temps doit également être pris en compte.
Date de publication : 5 juillet 2024
