La surveillance de l'état de la batterie est la fonction de base de BMS. Cela inclut l'estimation et le calcul de certains paramètres, notamment la tension, le courant, la température, la puissance, le calcul de la capacité restante (SOC), le rapport de détérioration de la batterie (SOH) et le SOP (état d'alimentation). Les batteries alimentent nos véhicules électriques, stockent l’énergie renouvelable et assurent le fonctionnement de nos appareils mobiles. À l’ère de la haute technologie, trois acronymes – SOC, SOH et SOP – détiennent les clés permettant de garantir que ces centrales fonctionnent efficacement et durent le plus longtemps possible.
L'état de charge (SOC), l'état de santé (SOH) et l'état d'alimentation (SOP) sont des termes qui peuvent ressembler à du jargon technique, mais ce sont les paramètres de l'état de la batterie. Que vous soyez un passionné de véhicules électriques, un défenseur des énergies renouvelables ou simplement une personne curieuse de connaître la technologie qui alimente notre monde, il est primordial de comprendre les distinctions et les relations entre SOC, SOH et SOP. Cet article fournira une analyse approfondie de la signification de ces trois termes ainsi que de leurs différences et de leur importance dans le BMS.
PARTIE 1 : État de charge de la batterie (SOC)
A. Définition du SOC
Dans le BMS, le paramètre le plus important est le SOC (l'état de charge). La puissance restante que nous constatons habituellement lorsque nous conduisons un vélo électrique ou que nous utilisons un téléphone portable est le résultat du calcul du SOC par le BMS. Il s'agit généralement de la quantité d'énergie restante dans la batterie, dont la plage de valeurs est comprise entre 0 et 100 %. SOC=0 signifie que la batterie est complètement déchargée. Et SOC=1 signifie que la batterie est complètement chargée.
B. Comment mesurer le SOC
Mesurer le SOC dans la batterie est une tâche complexe qui dépend du type de batterie et de l’application. La détermination précise du SOC contribue à améliorer les performances du système et la durée de vie de la batterie en évitant la surcharge ou la décharge excessive. Cependant, l’estimation précise du SOC dans un système de gestion de batterie est difficile car les processus chimiques et physiques pendant la charge et la décharge sont complexes.
L'approche générale pour mesurer le SOC consiste à surveiller de près le flux de courant entrant et sortant de la batterie ainsi que la tension de chaque cellule. Ces données sont combinées aux spécifications de la batterie telles que la température, l’âge et les caractérisations de charge/décharge du fabricant. Avec une estimation initiale du SOC, le système suit les coulombs entrants et sortants pour fournir un SOC mis à jour. Cependant, des facteurs tels que l’autodécharge et les fuites de courant peuvent réduire la précision au fil du temps.
Il existe 3 méthodes utilisées pour la mesure du SOC : la méthode de comptage de Coulomb, la méthode de tension et la méthode du filtre de Kalman. Ces méthodes sont applicables à tous les systèmes de batteries, en particulier aux HEV, EV et PV.
- Méthode de comptage de Coulomb
L’approche la plus répandue pour déterminer l’état de charge (SOC) de la batterie est le comptage coulomb, également connu sous le nom de comptage ampère-heure ou intégration de courant. Cette méthode utilise la formule de batterie soc suivante :
Dans la formule, SOC(t0) représente l'état de charge initial, CÉvalué est la capacité nominale de la batterie, jeb signifie le courant de la batterie, et jeperte désigne le courant consommé par les réactions de perte.
La méthode de comptage Coulomb est utilisée pour déterminer la capacité restante de la batterie en suivant simplement la charge qui entre ou sort de la batterie. La précision de cette approche dépend principalement de la mesure précise du courant de la batterie et d’une estimation précise du SOC initial. Lorsqu'une capacité de batterie connue est disponible, qui peut être soit mémorisée, soit initialement approchée en fonction des conditions de fonctionnement, le SOC de la batterie peut être calculé en intégrant les courants de charge et de décharge sur les périodes de fonctionnement.
Il est important de noter que la charge réelle pouvant être libérée pendant la charge et la décharge est toujours inférieure à la charge stockée en raison des pertes subies lors de ces processus. En termes plus simples, il existe des inefficacités lors de la charge et de la décharge et celles-ci, associées à l'autodécharge, contribuent à l'accumulation d'erreurs. Ces facteurs doivent être pris en compte afin d’estimer plus précisément le COS. En outre, il est conseillé de recalibrer régulièrement le SOC et de prendre en compte la diminution de la capacité de libération afin d’améliorer la précision de l’estimation.
- Méthode de tension
L'état de charge (SOC) d'une batterie peut être vérifié grâce à un test de décharge contrôlée. La méthode basée sur la tension repose sur la traduction de la tension de la batterie en une valeur SOC équivalente en utilisant la courbe de décharge établie (tension par rapport au SOC) spécifique à la batterie en question. Néanmoins, il est important de noter que la tension est fortement influencée par la cinétique électrochimique et la température de la batterie, principalement influencées par le courant de la batterie. Pour améliorer la précision de cette méthode, on peut appliquer un terme de correction lié au courant de la batterie et se référer à une table de correspondance détaillant le tension en circuit ouvert (OCV) de la batterie concernant la température.
Il convient de mentionner que la méthode de tension rencontre des défis liés au maintien d'une plage de tension stable pour les batteries, ce qui rend sa mise en œuvre complexe. De plus, le test de décharge implique généralement une recharge ultérieure, ce qui le rend long et moins réalisable pour de nombreuses applications. Un autre inconvénient est que pendant les tests, la fonctionnalité du système est interrompue (méthode hors ligne), contrairement au comptage coulomb, qui fonctionne en temps réel (méthode en ligne).
- Méthode de filtre de Kalman
Le filtre de Kalman est un algorithme polyvalent conçu pour estimer les états internes des systèmes dynamiques et il peut être utilisé efficacement pour estimer l'état de charge (SOC) des batteries. Cela implique d'incorporer les variables inconnues souhaitées, telles que SOC, dans la description de l'état du système. Le filtre de Kalman déduit ensuite ces valeurs et fournit des marges d'erreur pour les estimations. En conséquence, elle évolue vers une technique d’estimation d’état basée sur un modèle avec un mécanisme de correction d’erreurs, facilitant les prédictions SOC en temps réel.
Pour améliorer sa capacité d'estimation de l'état de santé (SOH) en temps réel, un filtre de Kalman étendu peut être utilisé. Notamment, le filtre de Kalman étendu est utilisé lorsque le système de batterie présente un comportement non linéaire et nécessite une étape de linéarisation.
Il est important de reconnaître que même si le filtrage de Kalman est une méthode en ligne et dynamique, il nécessite un modèle adapté au système de batterie et une identification précise des paramètres. De plus, cela nécessite des ressources de calcul importantes et un processus d’initialisation précis.
PARTIE 2 : État de santé de la batterie (SOH)
A. Signification de la batterie SOH
Le SOH mesure les performances d’une batterie par rapport à ses spécifications d’origine lorsqu’elle était neuve. Il donne un aperçu du processus de vieillissement d’une batterie et de sa capacité à continuer de fonctionner efficacement. Le BMS SOH est exprimé en pourcentage, où 100 % représente une batterie en parfaite santé, et les valeurs inférieures à 100 % indiquent une baisse des performances dans le temps. Tout comme nous évaluons notre bien-être au moyen de contrôles et d’examens physiques réguliers, les batteries nécessitent également une évaluation continue pour déterminer leur état de santé (SOH).
B. Pourquoi la SOH est importante
Longévité: Une batterie avec un SOH élevé aura une durée de vie opérationnelle plus longue. Ceci est particulièrement important pour les applications telles que les véhicules électriques et les systèmes de stockage d’énergie renouvelable où les batteries durent des années.
Sécurité: À mesure que les batteries vieillissent, leurs composants internes peuvent se dégrader, ce qui peut entraîner des problèmes de sécurité. La surveillance du SOH permet une détection précoce des problèmes potentiels et des mesures préventives pour garantir un fonctionnement sûr.
Rapport coût-efficacité: Remplacer les piles prématurément peut être coûteux. La surveillance du SOH permet d'optimiser les calendriers de remplacement des batteries, réduisant ainsi le coût global de possession.
C. Quels facteurs influenceront l'état SOH de la batterie
Nombre de cycles: Le nombre de cycles de charge et de décharge qu’une batterie subit peut dégrader son SOH. Chaque cycle provoque une légère usure, conduisant finalement à une capacité réduite.
Profondeur de décharge (DoD): Des décharges plus profondes, où une batterie est vidée à des états de charge inférieurs, peuvent accélérer la dégradation du SOH.
Température: Faire fonctionner une batterie à des températures extrêmes, qu’elles soient chaudes ou froides, peut nuire à sa santé. Les températures extrêmes affectent les réactions chimiques à l’intérieur des batteries, entraînant des problèmes de performances. Une chaleur élevée accélère les réactions mais entraîne une dégradation plus rapide de la batterie au fil du temps. Les basses températures ralentissent les réactions et réduisent les performances de la batterie.
Surcharge ou Sur-décharge: Les deux scénarios peuvent être préjudiciables au SOH d’une batterie. Une surcharge peut provoquer une surchauffe des batteries et une perte de capacité. Laisser les batteries se décharger trop profondément peut les endommager de façon permanente.
D. Comment mesurer le SOH
- Calculez le SOH à partir d'un tableau basé sur le nombre de cycles de batterie
Cette méthode nécessite de tester au préalable en laboratoire le tableau correspondant au nombre de cycles de batterie et à la capacité de rétention. Les temps de cycle actuels sont obtenus en divisant la capacité de décharge accumulée par la capacité nominale (C0). Recherchez ensuite le tableau de correspondance entre le nombre de cycles et le taux de rétention de capacité pour obtenir le taux de rétention de capacité actuel, qui est le Valeur SOH.
- Calculer le SOH en fonction de la capacité de charge
Lorsque le véhicule est en charge, enregistrez le SOC de démarrage de la charge (SOC0) et l'extrémité de charge SOC (SOC1). Calculez ensuite la capacité de la batterie chargée (C1) par la méthode d'intégration ampère-temps et calculez la valeur SOH à l'aide de la formule suivante.
Le SOC de début et de fin de charge ont un impact important sur la précision du calcul, et les données avec un SOC de début et une charge complète inférieurs sont généralement sélectionnées pour le calcul afin d'améliorer la précision.
PARTIE 3 : État d'alimentation de la batterie (SOP)
A. Définition de l'état d'alimentation de la batterie (SOP)
SOP signifie mesurer la capacité de puissance de sortie d’une batterie à un moment donné. Il est exprimé en pourcentage, 100 % représentant une batterie pleinement performante, prête à fournir sa puissance maximale. Des pourcentages SOP inférieurs indiquent que la capacité de fourniture d'énergie de la batterie est réduite.
B. L'importance des SOP
Performance : Dans des applications telles que les véhicules électriques, les batteries doivent fournir de l'énergie rapidement pour accélérer, gravir des collines ou exécuter des manœuvres d'urgence. Connaître les SOP permet de garantir que la batterie peut répondre à ces exigences de performances.
Sécurité: Dans les situations d'urgence, lorsqu'une soudaine explosion de puissance est nécessaire, une batterie avec un faible SOP peut ne pas fournir une puissance adéquate, compromettant potentiellement la sécurité. La surveillance des SOP aide à atténuer ces risques.
Rendement : La surveillance SOP permet une gestion efficace de l’énergie. Par exemple, dans les systèmes d’énergie renouvelable, une batterie avec un SOP élevé peut se décharger rapidement pendant les périodes de pointe, améliorant ainsi l’efficacité de la distribution d’énergie.
C. Quels facteurs influenceront les SOP
Température: Les températures extrêmes peuvent affecter la puissance de sortie d’une batterie. Des températures élevées peuvent améliorer temporairement la fourniture d’énergie, mais elles peuvent entraîner une dégradation à long terme. À l’inverse, les températures froides peuvent réduire la puissance fournie.
Résistance interne: À mesure que les batteries vieillissent, leur résistance interne peut augmenter, entraînant une réduction de la puissance de sortie. Cela peut être accéléré par des facteurs tels que des taux de cyclage élevés et une surcharge.
Perte de capacité : Une batterie de capacité réduite aura également un SOP inférieur car elle ne peut pas maintenir une puissance élevée aussi longtemps qu’une batterie complètement chargée.
PARTIE 4 : Principales différences et relations
Maintenant que nous avons exploré les concepts individuels d'état de charge (SOC), d'état de santé (SOH) et d'état de puissance (SOP), il est temps d'examiner comment ces paramètres sont à la fois distincts et interconnectés. Comprendre les principales différences et interrelations entre ces trois éléments est essentiel pour une gestion et une optimisation efficaces de la batterie.
A. Principales différences entre l'état de la batterie SOC, SOH et SOP
État de charge (SOC) : Le SOC mesure principalement la capacité énergétique restante d’une batterie. Il fournit des informations sur la quantité d'énergie restante, exprimée en pourcentage de la capacité totale de la batterie. SOC nous indique si la batterie est pleine ou partiellement épuisée.
État de Santé (SOH) : Le SOH, quant à lui, évalue l’état général et le vieillissement de la batterie. Il nous informe sur les performances de la batterie par rapport à ses spécifications d'origine lorsqu'elle est neuve. Le SOH est exprimé en pourcentage et reflète l'usure de la batterie au fil du temps.
État de puissance (SOP) : SOP se concentre sur la capacité de la batterie à fournir de l'énergie efficacement à un moment donné. Il est également exprimé en pourcentage et nous indique dans quelle mesure la batterie est capable de fournir la puissance requise. Le SOP varie en fonction de facteurs tels que la température, la résistance interne et la capacité.
B. Interrelations et impact
SOH et SOC: Le SOC d’une batterie peut affecter son SOH. Des décharges profondes ou des surcharges répétées, souvent reflétées par de faibles niveaux de SOC, peuvent accélérer le processus de vieillissement et réduire la santé globale de la batterie. Maintenir une batterie dans une plage SOC sûre peut prolonger son SOH.
SOC et SOP : Le SOC influence directement la capacité de la batterie à fournir de l’énergie. Une batterie avec un SOC plus élevé a généralement plus de puissance disponible pour une utilisation immédiate. Cependant, le maintien d’un SOC élevé pendant des périodes prolongées peut être préjudiciable au SOH ; un équilibre doit donc être trouvé.
SOH et SOP : À mesure que le SOH d’une batterie se dégrade avec le temps, sa capacité à fournir de l’énergie peut diminuer. La résistance interne de la batterie peut augmenter à mesure qu'elle vieillit, ce qui a un impact sur le SOP. Par exemple, une vieille batterie avec un faible SOH peut avoir du mal à fournir de l’énergie aussi efficacement qu’une nouvelle.
À propos de MOKOEnergy
Tirant parti d'algorithmes et de logiciels de pointe, MOKOEnergy BMS permet un contrôle et une surveillance précis des blocs-batteries pour des performances, une sécurité et une longévité inégalées. Notre architecture BMS flexible peut être adaptée à diverses applications, allant des véhicules électriques aux systèmes de stockage d'énergie et au-delà. Une assurance qualité stricte et des composants exclusivement de haute qualité provenant de fournisseurs de confiance soulignent notre engagement envers l'excellence. En mettant l'accent sur la R&D et l'innovation continues, MOKOEnergy vise à être à la pointe en termes d'avancées technologiques BMS. Donc parlez à notre expert et nous vous expliquerons comment choisir vos solutions BMS.
