L'équilibrage des cellules dans une batterie au Lithium
L'équilibrage des cellules dans une batterie lithium-ion est un processus qui vise à garantir que toutes les cellules d'un pack de batterie fonctionnent à un niveau de tension similaire.
C’est essentiel pour optimiser les performances, la sécurité et la durée de vie de la batterie.
Si les cellules ne sont pas équilibrées, certaines peuvent être sous-chargées ou surchargées, ce qui peut causer des problèmes, allant de la perte de capacité à des risques de surchauffe et d'endommagement des cellules.
Pourquoi l’équilibrage est nécessaire ?
L'équilibrage des cellules est une méthode permettant de maintenir la tension de chaque cellule à un niveau identique afin d'assurer une efficacité maximale de la batterie.
Lorsque plusieurs cellules sont regroupées pour former un pack de batteries, il est essentiel de s'assurer qu'elles partagent la même chimie et la même tension. Cependant, une fois le pack installé et soumis à des cycles de charge et de décharge, les tensions des cellules individuelles tendent à fluctuer, pour diverses raisons que nous aborderons plus tard.
Ces fluctuations provoquent un déséquilibre des cellules, entraînant ainsi certains problèmes :
- Variation des cellules : dans un pack de batterie, les cellules ne sont jamais exactement identiques en termes de capacité, de résistance interne et de tension. Cela peut entraîner des déséquilibres, surtout après plusieurs cycles de charge/décharge.
- Impact sur la durée de vie : si certaines cellules sont systématiquement plus chargées ou déchargées que d'autres, elles subiront une usure prématurée, ce qui peut réduire la durée de vie globale du pack.
- Sécurité : un déséquilibre des cellules peut entraîner des risques de surchauffe ou de surintensité sur certaines cellules, augmentant ainsi le risque de défaillance thermique (comme une explosion ou un incendie).
Méthodes d’équilibrage des cellules de batterie
Il existe deux méthodes principales pour l'équilibrage des cellules d'une batterie solaire, à savoir :
1. Équilibrage passif :
C’est la méthode la plus couramment utilisée dans les packs de batteries lithium-ion.
Cette méthode consiste à dissiper l'excédent d'énergie des cellules qui sont trop chargées sous forme de chaleur à l'aide de résistances.
Cela se fait généralement lors de la charge, où les cellules ayant atteint la tension maximale autorisée sont "déchargées" via une résistance pour que les autres cellules puissent rattraper.
Avantages :
- Simple à mettre en œuvre.
- Moins coûteux.
Inconvénients :
- Perte d'énergie sous forme de chaleur.
- Moins efficace dans les packs de batterie de grande capacité ou avec de grands déséquilibres.
2. Équilibrage actif :
Cette méthode consiste à redistribuer l'énergie d'une cellule trop chargée vers celles qui sont moins chargées.
Cela peut se faire via des convertisseurs ou des circuits spécialisés qui transfèrent l’énergie entre les cellules.
Avantages :
- Plus efficace car il n'y a pas de perte d'énergie sous forme de chaleur.
- Optimise l'utilisation des cellules et augmente la durée de vie du pack.
Inconvénients :
- Plus complexe et coûteux à mettre en œuvre.
- Nécessite des composants électroniques supplémentaires.
Quand intervient l’équilibrage dans le cycle de la batterie ?
L'équilibrage des cellules peut se produire à plusieurs moments, à savoir pendant :
- La charge : c’est le moment le plus courant où l'équilibrage est effectué, surtout quand les cellules atteignent leur tension maximale.
- La décharge : moins courant, mais certaines BMS (Battery Management System) avancées permettent l'équilibrage pendant la décharge pour prolonger l'autonomie.
- En maintenance : certaines BMS peuvent également effectuer un équilibrage en continu ou après plusieurs cycles de charge/décharge pour s'assurer que les cellules restent équilibrées.
Rôle du BMS (Battery Management System) dans l’équilibrage :
Le BMS joue un rôle crucial dans la gestion de l'équilibrage des cellules. Il surveille en permanence les tensions, les températures et les courants des cellules. Le BMS décide quand et comment équilibrer les cellules pour éviter tout déséquilibre significatif. Il peut aussi couper la charge ou la décharge pour protéger les cellules contre la surcharge ou la décharge excessive.
Conclusion :
L'équilibrage des cellules est indispensable pour maintenir la performance, la sécurité et la longévité des batteries lithium-ion.
Les méthodes passives sont souvent suffisantes pour de nombreux packs, tandis que l'équilibrage actif est utilisé dans des applications plus exigeantes où la perte d’énergie doit être minimisée et où l’efficacité énergétique est primordiale.