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Pourquoi l'équilibrage approprié de cellules est nécessaire dans le commentaire contribué par paquets de batterie par Anton Beck, chef de produit de batterie, Epec

June 21, 2022

Commentaire d'Anton Beck, chef de produit de batterie,Epec

Lorsqu'une batterie au lithium est conçue à l'aide de plusieurs cellules en série, il est très important de concevoir les caractéristiques électroniques pour équilibrer en permanence les tensions des cellules.Ce n'est pas seulement pour les performances de la batterie, mais aussi pour des cycles de vie optimaux.

L'utilisation de l'équilibrage des cellules nous permet de concevoir une batterie avec une plus grande capacité pour une application car l'équilibrage permet à la batterie d'atteindre un état de charge plus élevé (SOC).De nombreuses entreprises choisissent de ne pas utiliser l'équilibrage des cellules au début de leur conception pour réduire les coûts, mais sans l'investissement dans le matériel et les logiciels d'équilibrage des cellules, la conception ne permet pas au SOC d'approcher les 100 %.

Qu'est-ce que le déséquilibre cellulaire ?
Si les piles au lithium sont surchauffées ou surchargées, elles sont sujettes à une dégradation accélérée des piles.Ils peuvent prendre feu ou même exploser car une condition d'emballement thermique peut se produire si la tension d'une cellule lithium-ion dépasse 4,2 V de quelques centaines de millivolts.

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Batterie utilisant l'équilibrage des cellules

Chaque pack que nous concevons et fabriquons chez Epec possède un circuit de protection contre les surtensions (parfois même une sauvegarde) pour accompagner l'équilibrage standard des cellules qui empêchera qu'un tel événement ne se produise.Dans une batterie multicellulaire, couramment utilisée dans les ordinateurs portables et les équipements médicaux, le fait de placer les cellules en série ouvre la possibilité d'un déséquilibre des cellules, une dégradation plus lente mais persistante de la batterie.

Qu'est-ce que l'équilibrage cellulaire ?
L'équilibrage des cellules est le processus d'égalisation des tensions et de l'état de charge entre les cellules lorsqu'elles sont à pleine charge.Il n'y a pas deux cellules identiques.Il existe toujours de légères différences dans l'état de charge, le taux d'autodécharge, la capacité, l'impédance et les caractéristiques de température.Cela est vrai même si les cellules sont du même modèle, du même fabricant et du même lot de production.Les fabricants trieront les cellules par tension similaire pour qu'elles correspondent le plus possible, mais il existe encore de légères variations dans l'impédance, la capacité et le taux d'autodécharge des cellules individuelles qui peuvent éventuellement conduire à une divergence de tension au fil du temps.

La plupart des chargeurs de batterie typiques détectent une charge complète en vérifiant si la tension de toute la chaîne de cellules a atteint le point de régulation de tension.Les tensions des cellules individuelles peuvent varier tant qu'elles ne dépassent pas les limites de protection contre les surtensions.Cependant, les cellules faibles (celles avec une capacité inférieure / une impédance interne plus élevée) ont tendance à présenter une tension plus élevée que le reste des cellules en série à la fin de la charge complète.Ces cellules sont ensuite affaiblies davantage par des cycles continus de surcharge.La tension plus élevée des cellules les plus faibles à la fin de la charge provoque une dégradation accélérée de la capacité.Si la tension de charge maximale recommandée est dépassée même de 10 % seulement, le taux de dégradation augmentera de 30 %.

Du côté de la décharge, les cellules faibles ont tendance à avoir une tension plus faible que les autres cellules, en raison soit d'une résistance interne plus élevée, soit d'un taux de décharge plus rapide résultant de la capacité inférieure.Cela signifie que si l'une des cellules faibles atteint la limite de protection de la cellule sous tension alors que la tension du pack est encore suffisante pour alimenter le système, la pleine capacité de la batterie ne sera jamais utilisée car le protecteur du pack empêchera une décharge excessive (ce qui endommagerait la cellule) en arrêtant la décharge de l'ensemble du pack lorsqu'une tension de cellule passe en dessous du seuil de sous-tension de la cellule (généralement autour de 2,7 V).

Techniques d'équilibrage cellulaire
La solution fondamentale de l'équilibrage des cellules égalise la tension et l'état de charge entre les cellules lorsqu'elles sont à un état complètement chargé.L'équilibrage des cellules est généralement classé en deux types :

  1. Passif
  2. Actif

Équilibrage cellulaire passif
La méthode d'équilibrage des cellules passives est quelque peu simple et directe.Déchargez les cellules par une voie de contournement dissipative.Cette dérivation peut être soit intégrée, soit externe au circuit intégré (CI).Une telle approche est favorable dans une application de système à faible coût.Le fait que 100 % de l'énergie excédentaire d'une cellule à énergie plus élevée soit dissipée sous forme de chaleur rend la méthode passive moins préférable à utiliser pendant la décharge en raison de l'impact évident sur la durée de fonctionnement de la batterie.

Équilibrage cellulaire actif
L'équilibrage actif des cellules, qui utilise une navette de charge capacitive ou inductive pour transférer la charge entre les cellules de la batterie, est nettement plus efficace car l'énergie est transférée là où elle est nécessaire au lieu d'être évacuée.Bien sûr, le compromis pour cette efficacité améliorée est le besoin de composants supplémentaires à un coût plus élevé.

Sommaire
L'équilibrage des cellules n'est pas seulement important pour améliorer les performances et les cycles de vie de la batterie, il ajoute un élément de sécurité à la batterie.L'équilibrage avancé des cellules est l'une des technologies émergentes pour améliorer la sécurité des batteries et prolonger leur durée de vie.Étant donné que les nouvelles technologies d'équilibrage des cellules suivent la quantité d'équilibrage requise par les cellules individuelles, la durée de vie utile des batteries est augmentée et la sécurité globale de la batterie est améliorée.

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