état de charge de la batterie au lithium

État de charge de la batterie au lithium

Mesure de l'état de charge du lithium-ion (SoC)

Les batteries lithium-ion sont régulièrement utilisées dans diverses applications. Pour assurer une utilisation efficace de la batterie et une durée de vie plus longue, le systèmes de gestion de batterie (BMS) sont employés. Les BMS récents sont de plus en plus sophistiqués et entraînent une augmentation de la consommation de la batterie. Le SoC estimé est étalonné en utilisant une relation de courbe de tension de circuit ouvert (OCV) orientée événement originale à SoC. La comparaison du système conçu est faite avec les homologues traditionnels. Les résultats démontrent une surperformance de plus du troisième ordre de grandeur du système proposé en termes de gain de compression et d'efficacité de calcul tout en garantissant une précision d'estimation SoC analogue.

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Définition et classification de l'estimation du COS

Le SOC est l'un des paramètres les plus importants pour les batteries, mais sa définition présente de nombreux problèmes différents. En général, le SOC d'une batterie est défini comme le rapport de sa capacité actuelle () à la capacité nominale (). La capacité nominale est donnée par le fabricant et représente la charge maximale pouvant être stockée dans la batterie. Le SOC peut être défini comme suit:

SOC

État de charge (SoC) est le niveau de charge d'une batterie électrique par rapport à sa capacité. Les unités de SoC sont des points de pourcentage (0% = vide; 100% = plein). Une autre forme de la même mesure est la profondeur de décharge (DoD), l'inverse de SoC (100% = vide; 0% = plein).

Lithium-ion VS plomb acide

Il existe plusieurs façons d'obtenir la mesure de l'état de charge du lithium-ion (SoC) ou Profondeur de décharge (DoD) pour une batterie au lithium. Certaines méthodes sont assez compliquées à mettre en œuvre et nécessitent des équipements complexes (spectroscopie d'impédance ou hydromètre pour batteries plomb-acide).

Nous détaillerons ici les deux méthodes les plus courantes et les plus simples pour estimer l'état de charge d'une batterie: méthode tension ou Tension de circuit ouvert (OCV) et méthode de comptage de coulomb.

1 / Estimation SoC en utilisant la méthode de tension en circuit ouvert (OCV)

Tous les types de batteries ont un point commun: la tension à leurs bornes diminue ou augmente en fonction de leur niveau de charge. La tension sera la plus élevée lorsque la batterie est complètement chargée et la plus basse lorsqu'elle est vide.

Cette relation entre la tension et le SOC dépend directement de la technologie de batterie utilisée. A titre d'exemple, le schéma ci-dessous compare les courbes de décharge entre une batterie au plomb et une batterie Lithium-Ion.

On constate que les batteries plomb-acide ont une courbe relativement linéaire, ce qui permet une bonne estimation de l'état de charge: pour une tension mesurée, il est possible d'estimer assez précisément la valeur du SoC associé.

Cependant, les batteries Lithium-ion ont une courbe de décharge beaucoup plus plate, ce qui signifie que sur une large plage de fonctionnement, la tension aux bornes de la batterie change très légèrement.

La technologie Lithium Fer Phosphate a la courbe de décharge la plus plate, ce qui rend très difficile l'estimation du SoC sur une simple mesure de tension. En effet, la différence de tension entre deux valeurs SoC peut être si faible qu'il n'est pas possible d'estimer l'état de charge avec une bonne précision.

Le diagramme ci-dessous montre que la différence de mesure de tension entre une valeur DoD de 40% et 80% est d'environ 6.0V pour une batterie 48V en technologie plomb-acide, alors qu'elle n'est que de 0.5V pour le lithium-fer-phosphate!

Estimation Lithium vs AGM Soc par méthode OCV

Cependant, des indicateurs de charge calibrés peuvent être utilisés spécifiquement pour les batteries lithium-ion en général et les batteries lithium fer phosphate en particulier. Une mesure précise, couplée à une courbe de charge modélisée, permet d'obtenir des mesures SoC avec une précision de 10 à 15%.

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2 / Estimation SoC par la méthode Coulomb Counting

Pour suivre l'état de charge lors de l'utilisation de la batterie, la méthode la plus intuitive consiste à suivre le courant en l'intégrant lors de l'utilisation de la cellule. Cette intégration donne directement le nombre de charges électriques injectées ou retirées de la batterie, permettant ainsi de quantifier précisément le SoC de la batterie.

Contrairement à la méthode OCV, cette méthode permet de déterminer l'évolution de l'état de charge lors de l'utilisation de la batterie. Il n'est pas nécessaire que la batterie soit au repos pour effectuer une mesure précise.

soc
Compteur Coulomb

Bien que la mesure du courant soit effectuée par une résistance de précision, de petites erreurs de mesure peuvent se produire, liées à la fréquence d'échantillonnage. Pour corriger ces erreurs marginales, le compteur de coulomb est recalibré à chaque cycle de charge.

Lithium-Ion État de charge (SoC) la mesure réalisée par comptage coulomb permet une erreur de mesure inférieure à 1%, ce qui permet une indication très précise de l'énergie restante dans la batterie. Contrairement à la méthode OCV, le comptage de coulomb est indépendant des fluctuations de puissance de la batterie (qui provoquent des chutes de tension de la batterie), et la précision reste constante quelle que soit l'utilisation de la batterie.