Pour comprendre la stabilité de la batterie, il faut d'abord comprendre le SOC et l'OCV.
SOC
L'état de charge (SOC) désigne la capacité restante de la batterie, comparable à la jauge à carburant d'une voiture, exprimée en pourcentage (0%-100%). Il s'agit du rapport entre la capacité de décharge actuelle de la batterie et sa capacité nominale.
Du point de vue du principe de fonctionnement, le processus de charge et de décharge d'une batterie correspond essentiellement au “ parcours migratoire ” des ions lithium : lors de la charge, les ions lithium sont extraits de l'électrode positive, traversent l'électrolyte et le séparateur, puis s'incorporent au matériau carboné de l'électrode négative ; à ce moment-là, l'état de charge (SOC) augmente continuellement jusqu'à atteindre 100% (théoriquement, tous les ions lithium ont été transférés vers l'électrode négative). Lors de la décharge, les ions lithium migrent de l'électrode négative vers l'électrode positive, ce qui entraîne une diminution du SOC jusqu'à atteindre 0% (théoriquement, les ions lithium de l'électrode négative sont complètement épuisés).
OCV
La tension en circuit ouvert (OCV) correspond à la tension aux bornes de la batterie lorsque le courant s'annule après l'arrêt des cycles de charge et de décharge. Autrement dit, il s'agit de la tension de la batterie après une période de repos ; un signal essentiel pour mesurer son état de charge (SOC), car il existe une corrélation directe entre la tension et la capacité restante.
Cependant, la corrélation OCV-SOC varie considérablement selon les différents types de batteries, ce qui constitue un facteur clé à l'origine des problèmes de cohérence :
La tension en circuit ouvert (OCV) des batteries lithium-fer-phosphate (LFP) se situe entre 1,95 V et 3,37 V, et leur courbe OCV-SOC présente un plateau marqué : lorsque l’état de charge (SOC) se situe dans la plage de fonctionnement optimale (20%-80%), la variation de tension est minime, de l’ordre de 0,1 V. Par conséquent, l’estimation de la capacité restante basée uniquement sur la tension peut facilement conduire à des mesures inexactes. Par exemple, si le SOC passe de 30% à 60%, la tension peut quasiment ne pas varier, et le système ne pourra pas identifier avec précision la capacité restante réelle.
En revanche, la courbe OCV-SOC des batteries lithium ternaires présente une bonne linéarité, la tension variant de manière uniforme et significative avec la capacité restante. Par exemple, lorsque l'état de charge (SOC) passe de 20% à 80%, la tension augmente progressivement d'environ 3,6 V à environ 3,9 V. Le système peut déduire précisément l'état de charge à partir du signal de tension, et les problèmes de cohérence sont relativement plus faciles à gérer.
Que signifie exactement la constance de la batterie ? Il ne s’agit pas seulement d’une “ capacité de batterie constante ”.”
Selon les définitions du secteur, la cohérence d'une batterie désigne le degré d'homogénéité des paramètres de performance clés entre les cellules d'un pack, tels que la tension, la capacité, la résistance interne, la température et la durée de vie. Les variations de ces paramètres peuvent avoir un effet domino, affectant ainsi les performances globales du pack.
Cinq dimensions fondamentales de la cohérence des batteries
(1) Cohérence de la tension
Cela fait référence à la différence de tension entre les cellules présentant le même état de charge (SOC). Une faible cohérence de tension se manifeste comme suit : par exemple, certaines cellules peuvent afficher un SOC de 50%, tandis que d’autres n’affichent que 3,2 V et d’autres encore seulement 3,0 V. Cela entraîne une charge complète en premier des cellules à tension plus élevée, provoquant un arrêt prématuré de la charge ; et une décharge des cellules à tension plus faible, provoquant un arrêt prématuré de la décharge et une réduction de la durée de vie de la batterie.
(2) Cohérence des capacités
Cela fait référence à la différence de capacité nominale entre les cellules. Même des cellules provenant d'un même lot peuvent présenter des capacités différentes en raison de variations dans les procédés de fabrication et les matériaux utilisés. Ainsi, certaines cellules peuvent contenir 100 Ah tandis que d'autres ne peuvent contenir que 95 Ah. Cette incohérence de capacité entraîne les conséquences suivantes : lors de la charge, les cellules de plus faible capacité se chargent complètement en premier, tandis que celles de plus grande capacité ne le font pas ; lors de la décharge, les cellules de plus faible capacité se déchargent en premier, laissant une capacité inutilisée dans les cellules de plus grande capacité et réduisant ainsi la capacité totale de la batterie.
(3) Cohérence de la résistance interne
La résistance interne est la résistance au passage du courant au sein de la batterie. Plus la résistance interne est élevée, plus l'énergie consommée lors de la charge et de la décharge est importante. À terme, les cellules présentant une résistance interne élevée subiront une perte d'énergie plus importante, ce qui réduira leur capacité de charge restante et entraînera une dégradation continue de leur performance.
(4) Cohérence de la température
Lors du fonctionnement d'une batterie, le chauffage de chaque cellule doit être uniforme. Si certaines cellules présentent une mauvaise dissipation thermique et des températures excessivement élevées, le vieillissement des substances chimiques internes s'accélère, entraînant une diminution de la capacité, une augmentation de la résistance interne et, à terme, une dégradation de l'homogénéité. Dans des cas extrêmes, les différences de température peuvent même provoquer un emballement thermique, créant ainsi des risques pour la sécurité.
(5) Cohérence du cycle de vie
La durée de vie en cycles correspond au nombre de cycles complets qu'une batterie effectue, depuis la charge complète jusqu'à la décharge complète, en passant par la décharge jusqu'à la tension de coupure, puis une nouvelle charge complète. Si certaines cellules de la batterie vieillissent prématurément en raison d'une hétérogénéité, la durée de vie de l'ensemble de la batterie s'en trouve considérablement réduite ; c'est un exemple typique de l'effet “ maillon faible ”.
Une faible constance dans l'autonomie de la batterie a des conséquences bien plus importantes qu'une simple indication inexacte de sa durée de vie ; elle peut considérablement dégrader l'expérience utilisateur sur trois plans : l'autonomie, la durée de vie et la sécurité, et peut même entraîner de graves problèmes.
