Qu'est-ce qu'un pack de batteries de stockage d'énergie ?
Un pack de batteries pour le stockage d'énergie n'est pas une simple batterie, mais une unité intégrée de stockage et de gestion de l'énergie. Sa fonction principale consiste à combiner de nombreuses cellules individuelles selon une configuration série-parallèle optimisée, puis à les intégrer à un système de gestion de batterie (BMS), un système de gestion thermique, des composants électriques et un boîtier de protection afin de former un système énergétique complet, prêt à l'emploi pour le stockage d'énergie.
La valeur de ce pack réside dans l'intégration de ses différents composants, palliant ainsi la capacité limitée des cellules individuelles. Outre une tension et une capacité supérieures, son système de gestion de batterie (BMS) et son système de gestion thermique garantissent la sécurité, l'efficacité et la longévité de l'ensemble du système lors des cycles de charge et de décharge, ce qui en fait une source d'énergie essentielle pour les systèmes de stockage d'énergie.
Les cinq composantes essentielles du PACK sont indispensables
Un bloc-batterie peut être divisé en cinq modules principaux.
Le module de batterie est le cœur énergétique du système. C'est une petite unité composée de plusieurs cellules individuelles connectées en série et en parallèle. Par exemple, connecter 12 cellules de 3,2 V en série crée un module de 38,4 V. Connecter plusieurs modules de ce type en parallèle augmente encore la capacité. Sa fonction principale est de stocker et de restituer l'énergie électrique. Différents types de modules peuvent être sélectionnés en fonction des besoins en tension et en capacité du système de stockage d'énergie.
Le système électrique est essentiel au fonctionnement de la batterie. Véritable réseau de transmission d'énergie et de signaux, il se compose principalement de barres omnibus en cuivre, de faisceaux de câbles haute tension et basse tension, ainsi que de dispositifs de protection électrique (fusibles et relais, par exemple). Le faisceau de câbles haute tension achemine l'énergie électrique stockée dans le module de batterie vers les charges externes (onduleurs, par exemple), constituant ainsi le canal principal de transfert d'énergie. Le faisceau de câbles basse tension transmet en temps réel les signaux de commande du système de gestion de batterie (BMS) et les signaux d'état des cellules (tension et température, par exemple) aux différents composants, garantissant ainsi le fonctionnement coordonné de l'ensemble du système. Les barres omnibus en cuivre assurent la liaison conductrice entre les cellules et les modules de la batterie ; elles doivent présenter une faible résistance et une conductivité élevée afin d'éviter toute surchauffe due à un mauvais contact.
Le système de gestion thermique joue le rôle de “ climatisation intelligente ” au sein de la batterie. Les batteries sont particulièrement sensibles aux variations de température. Des températures excessives peuvent provoquer le gonflement des cellules, réduire la durée de vie de la batterie et même engendrer des risques pour la sécurité. À l'inverse, des températures trop basses diminuent considérablement l'efficacité de charge et de décharge. Le système de gestion thermique crée donc un environnement à température constante pour la batterie, garantissant ainsi le fonctionnement de toutes les cellules dans une plage de température de 5 °C ou moins. Les principales méthodes de gestion thermique actuelles se divisent en deux catégories. Le refroidissement par air utilise des ventilateurs, des échangeurs de chaleur et d'autres composants pour évacuer la chaleur par un flux d'air. De conception simple et peu coûteux, il convient aux applications de stockage d'énergie de faible et moyenne puissance (comme le stockage d'énergie domestique). Ses principaux composants incluent des compresseurs, des ventilateurs, des échangeurs de chaleur, etc., et il offre une grande flexibilité d'assemblage. Le refroidissement liquide, quant à lui, absorbe la chaleur par la circulation d'un fluide caloporteur. Il offre une plus grande précision de contrôle de la température et une meilleure dissipation thermique, et est adapté aux centrales de stockage d'énergie de forte puissance (comme le stockage d'énergie photovoltaïque d'appoint).
Le boîtier constitue la structure de base du système PACK. En tant que protection externe, il se compose principalement du corps du boîtier, du couvercle, d'un support métallique et de vis de fixation. Il remplit trois fonctions essentielles : le support assure la fixation des modules de batterie internes et des composants électriques afin de garantir la stabilité de la structure ; la protection contre les chocs mécaniques externes (tels que les collisions) et les vibrations, tout en empêchant la poussière et l'humidité de pénétrer à l'intérieur, répondant ainsi aux exigences de protection des applications de stockage d'énergie en extérieur (généralement un niveau de protection IP65) ; certains boîtiers intègrent également des matériaux ignifuges pour renforcer encore la sécurité.
Le BMS est le cerveau du pack de batteries. Véritable centre de contrôle intelligent, il assure la surveillance en temps réel et la gestion précise de l'ensemble du système. Ses principales fonctions comprennent la surveillance de l'état, la gestion de la charge et de la décharge, l'équilibrage et la transmission des données. La surveillance de l'état collecte en temps réel la tension, le courant et la température des cellules, ainsi que l'état de charge (SOC) et l'état de santé (SOH) du pack. La gestion de la charge et de la décharge prévient la surcharge, la décharge excessive et la surintensité, garantissant ainsi un processus de charge et de décharge sûr. L'équilibrage ajuste l'état des cellules par un équilibrage actif ou passif en cas de différences de tension, évitant ainsi la dégradation de la durée de vie due à une hétérogénéité de tension. La transmission des données permet de transférer les données surveillées vers le MES ou la plateforme de contrôle du système de stockage d'énergie pour la surveillance, l'exploitation et la maintenance à distance.
