Pourquoi avons-nous besoin d'équilibrer ?
En raison des différences de procédés de fabrication et de matériaux utilisés pour les batteries, ainsi que des variations de température, d'humidité et d'autres facteurs environnementaux lors de leur utilisation, l'état de charge (SOC) des cellules individuelles au sein du pack de batteries varie. Cette différence de SOC se traduit naturellement par des tensions différentes.
Si l'état de charge (SOC) d'une batterie du pack est supérieur à celui des autres cellules, cette batterie sera chargée en premier lors du processus de charge, ce qui interrompra la charge des autres cellules avant qu'elles n'atteignent leur capacité nominale ; de même, si l'état de charge (SOC) d'une batterie est inférieur à celui des autres cellules, elle atteindra en premier la tension de coupure de décharge lors du processus de décharge, ce qui entraînera une capacité résiduelle des autres cellules qui ne pourra pas être libérée ;
Nous pouvons donc conclure que les batteries sont différentes.
1. Définition et importance de l'équilibrage des batteries
Définition : L'équilibrage des batteries désigne l'utilisation de technologies et de méthodes spécifiques pour que chaque cellule de la batterie atteigne un état relativement constant en termes de tension, de capacité et d'état, améliorant ainsi les performances et la durée de vie de l'ensemble de la batterie.
Importance : Amélioration des performances du pack de batteries : Grâce à l'équilibrage, la dégradation des performances de l'ensemble du pack de batteries causée par la dégradation des performances de chaque batterie peut être évitée.
Prolongez la durée de vie de la batterie : l’équilibrage permet de réduire les différences de tension et de capacité entre les cellules de la batterie, de réduire la résistance interne de la batterie et ainsi de prolonger sa durée de vie.
Amélioration de la sécurité : l’équilibrage permet d’éviter la surcharge ou la décharge excessive des cellules de la batterie et de réduire les risques pour la sécurité, tels que l’emballement thermique.
2. Méthode d'équilibrage des batteries
Ce qui suit présente principalement la fonction d'équilibrage du BMS. Grâce à cette fonction, les différences entre les cellules de la batterie sont réduites, ce qui permet d'augmenter la capacité disponible du pack de batteries. Actuellement, les principales méthodes d'équilibrage utilisées sont l'équilibrage passif (par dissipation d'énergie) et l'équilibrage actif (sans dissipation d'énergie, par transfert d'énergie).
Il existe deux principales méthodes d'équilibrage des batteries : l'équilibrage actif et l'équilibrage passif.
Équilibrage actif : L’équilibrage actif est une technologie qui permet d’équilibrer la tension entre les cellules d’une batterie par transfert d’énergie. Il assure un équilibrage plus précis en transférant l’énergie d’une cellule de capacité supérieure vers une cellule de capacité inférieure.
Ce transfert peut être réalisé grâce à des technologies telles que les condensateurs et les transformateurs. Lors de la charge, si une cellule atteint en premier la limite supérieure de tension de fonctionnement, le système de gestion de batterie (BMS) identifiera cette cellule ayant la capacité la plus faible et transférera de l'énergie de la batterie haute tension vers la batterie basse tension via le circuit d'équilibrage.
Avantages : utilisation énergétique élevée, vitesse d'équilibrage rapide et amélioration des performances globales de la batterie.
Inconvénients : algorithme de contrôle complexe et coût de production élevé.
Équilibrage passif :
Principe : En consommant de l'énergie, l'énergie excédentaire des cellules de batterie haute tension ou haute capacité est dissipée sous forme d'énergie thermique, réduisant ainsi leur tension et leur capacité et assurant un équilibre entre les cellules de la batterie.
L'équilibrage passif (ou équilibrage de la dissipation d'énergie) est obtenu en shuntant la résistance parallèle de la batterie. L'énergie de la batterie la plus chargée du pack est absorbée par cette résistance parallèle afin d'équilibrer le système avec les autres batteries du groupe.
L'équilibrage passif classique s'effectue comme suit : la tension de chaque batterie est mesurée à l'extrémité haute ou basse de son état de charge (SOC). Lorsque la tension de certaines batteries dépasse la tension moyenne du pack, le temps d'équilibrage estimé est calculé à partir de la différence de tension ou de l'écart de SOC de chaque batterie. La résistance parallèle de ces batteries à haute énergie est alors activée, ce qui permet de dissiper une partie de leur énergie et d'équilibrer ainsi l'ensemble du pack.
Avantages : mise en œuvre simple et faible coût.
Inconvénients : pertes d’énergie importantes, vitesse d’équilibrage lente et risque de génération de chaleur pouvant entraîner une augmentation de la température de la batterie.
3. Processus d'équilibrage de la batterie
Le processus d'équilibrage des batteries comprend généralement les étapes suivantes :
Détection : Détecter la tension, le courant, la température et d'autres paramètres de chaque cellule de la batterie via le BMS.
Jugement : Déterminer s’il existe des différences entre les cellules de la batterie et, le cas échéant, le degré de différence en fonction des résultats de la détection.
Effectuer l'équilibrage : Sélectionnez la méthode d'équilibrage appropriée en fonction des résultats de l'analyse et procédez à l'équilibrage. Pour un équilibrage actif, il peut être nécessaire de calculer précisément la quantité d'énergie transférée par l'algorithme de contrôle ; pour un équilibrage passif, il peut être nécessaire de contrôler les temps d'activation et de désactivation de l'interrupteur afin de dissiper l'énergie excédentaire.
Surveillance : Surveiller en continu les variations des paramètres des cellules de la batterie pendant le processus d'équilibrage afin de garantir l'efficacité et la sécurité de l'opération d'équilibrage.
Fin de l'équilibrage : lorsque la différence entre les cellules de la batterie atteint le seuil défini, l'opération d'équilibrage est terminée.
4. Précautions pour l'équilibrage de la batterie
Sélectionnez la méthode d'équilibrage appropriée : Sélectionnez la méthode d'équilibrage appropriée en fonction de la situation réelle et des exigences de performance du bloc-batterie.
Contrôlez la vitesse et le degré d'équilibrage : évitez d'endommager les cellules de la batterie ou de dégrader ses performances en raison d'une vitesse ou d'un degré d'équilibrage excessif.
Surveillance des paramètres de la batterie : Surveillez en continu les variations de paramètres tels que la tension, le courant et la température des cellules de la batterie pendant le processus d’équilibrage afin de garantir la sécurité et l’efficacité de l’opération d’équilibrage.
Prévention de l'accumulation de chaleur : Pour les méthodes d'équilibrage passif, des mesures doivent être prises pour prévenir l'accumulation de chaleur susceptible d'entraîner une augmentation de la température du bloc-batterie.
