Etude et évaluation des performances des systèmes de gestion de batteries lithium- ion

1.2.1. Terminologies de Batterie

Dans cette section quelques terminologies communes aux batteries, et employées dans un BMS (Battery Management System) sont brièvement décrites.

1.2.1.1. C-Rate (REGIME de chargement et de décharge)

Le chargement et le déchargement d'une batterie est mesurée en C-Rate. Les batteries portables sont évaluées à 1C [1, 3-5]. Cela signifie que la batterie à 1000 mAh devra fournir 1000mA pendant une heure si elle se décharge à un régime 1C. Théoriquement, si la même batterie se déchargerait à 0.5C, elle devra fournir 500mA pendant deux heures. 1C est souvent désigné comme une décharge à une heure et 0.5C serait une décharge à deux heures. Lors du déchargement d'une batterie à différents C-Rate, une plus grande capacité de lecture est observée si la batterie est déchargée à un bas C-Rate et vice versa [4].

Bien que les batteries rechargeables offrent dans l'ensemble de bonnes capacités de chargement, le nombre de cycles (directement lié à la durée de vie de la batterie) est plus élevé si le courant de décharge est maintenu modéré. La figure 1.2 montre les pertes de capacité permanentes en utilisant des taux de décharge de 1C, 1.3C et 2C. Le test a été effectué sur une batterie lithium-ion.

Figure 1.2 : Cycle de vie d'une batterie Li-ion à différents taux de déchargement.¹ 1.2.1.2. Capacité de stockage de la Batterie

L'énergie emmagasinée dans une batterie correspond à sa capacité de stockage. Généralement, il se mesure en Ah (ampères-heures). Plus il y a de matériel d'électrolyte et d'électrodes dans la cellule, plus la capacité de stockage de la cellule est importante, et vice versa [1, 5, 8]. Ainsi, pour une technologie chimique donnée, une petite cellule a moins de capacité de stockage qu'une cellule plus grande, même si elles développent la même tension en circuit ouvert [3].

La capacité de stockage de la batterie, que les fabricants fournissent avec les spécifications de la batterie, est le produit d'heures multiplié par la valeur maximale du courant constant que cette batterie peut fournir à 20 O C, jusqu'à une tension prédéterminée par cellule [3, 4]. Pour cette raison, une capacité nominale de la batterie est toujours liée à la durée prévue de décharge.

1 Cette figure est extraie de l'adresse suivante : http://www.batteryuniversity.com/images/parttwo-31-1.jpg

t = (1.1)

I

Où, Q est la capacité de stockage de la batterie, en mAh ou en Ah. I est le courant débité en mA ou en A. t est le temps en heure que la batterie met pour une décharge complète.

En raison des réactions chimiques à l'intérieur de la batterie, la capacité de la batterie dépend des facteurs suivants [1, 3-5].

· L'amplitude du courant.

· La tension admissible aux bornes de la batterie.

· La température et d'autres facteurs.

La capacité disponible de la batterie est aussi fonction de son régime de décharge [3, 20]. Si une batterie est déchargée à un taux relativement plus élevé, la capacité disponible sera plus faible que prévu. Une explication mathématique de la raison de ce phénomène a été tout d'abord donnée par W. Peukert en 1897. Ce phénomène suit donc une loi pouvant être exprimée comme suit.

C = I^k . t (1.2)

Ici, C est la capacité de stockage de la batterie en Ah. I est le courant de décharge en A. t est le temps de décharge en heure et k est la constante de Peukert pour une technologie de batterie donnée. Suivant l'équation 1.2, Peukert a démontré que le temps de décharge d'une batterie pouvait être calculé en utilisant l'équation 1.3.

R

C (1.3)

C

t = _k .

? ?

I

? C ?

?? ??

R

Où, R est le battery hour rating mesuré en h. Pour une batterie idéale, k est égal à un et dans ce cas, la capacité devient indépendante du courant de décharge.