Comment trier les batteries au lithium ? – La technologie Taipu

L’incohérence entre les batteries individuelles entraîne souvent des problèmes tels qu’une décroissance rapide de la capacité et une durée de vie plus courte des batteries pendant les processus de cyclage. La sélection de batteries ayant des performances aussi constantes que possible pour le regroupement est d’une grande importance pour l’application généralisée des batteries lithium-ion dans les véhicules électriques. Cet article analyse les manifestations et les causes de l’incohérence...

Comment trier les batteries au lithium ?

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L’incohérence entre les batteries individuelles entraîne souvent des problèmes tels qu’une décroissance rapide de la capacité et une durée de vie plus courte des batteries pendant les processus de cyclage. La sélection de batteries ayant des performances aussi constantes que possible pour le regroupement est d’une grande importance pour l’application généralisée des batteries lithium-ion dans les véhicules électriques.

Cet article analyse les manifestations et les causes de l’incohérence des batteries lithium-ion, résume les méthodes permettant d’améliorer leur cohérence et donne un aperçu des schémas de regroupement de batteries existants.

  1. Analyse des incohérences

1.1 Définition de l’incohérence

L’incohérence des batteries lithium-ion fait référence aux différences de paramètres tels que la tension, la capacité, la résistance interne, la durée de vie, l’impact de la température et le taux d’autodécharge entre des batteries individuelles de mêmes spécifications et modèles lorsqu’elles sont assemblées dans une batterie.

Après la fabrication, les batteries individuelles présentent intrinsèquement des variations de performances initiales. Au fur et à mesure de l’utilisation des batteries, ces différences de performance s’accumulent au fil du temps. De plus, l’environnement d’utilisation au sein de la batterie n’est pas identique pour chaque batterie, ce qui amplifie encore l’incohérence entre elles. Cette incohérence progressive accélère la dégradation des performances de la batterie et conduit finalement à une défaillance prématurée de la batterie.

1.2 Manifestations d’incohérence

L’incohérence des batteries lithium-ion se manifeste principalement sous deux aspects : les différences de paramètres de performance (tels que la capacité, la résistance interne et le taux d’autodécharge) et les différences d’état de charge (SOC) entre les cellules de batterie.

Les recherches de Dai Haifeng et al. ont montré que la distribution des différences de capacité entre les cellules de batterie se rapproche d’une distribution de Weibull, tandis que la dispersion de la résistance interne est plus significative que celle de la capacité. La résistance interne des batteries d’un même lot suit généralement une distribution normale, et le taux d’autodécharge présente également une distribution normale approximative. Le SOC représente l’état de charge de la batterie et est le rapport entre la capacité restante et la capacité nominale. En raison de l’incohérence des batteries, le taux de dégradation de la capacité varie, ce qui entraîne des différences dans la capacité maximale disponible entre les batteries. Les batteries de plus petite capacité subissent des changements de SOC plus rapides par rapport à celles de plus grande capacité, atteignant la tension de coupure plus rapidement pendant les processus de charge et de décharge.

1.3 Causes de l’incohérence

Il existe diverses raisons à l’apparition d’incohérences dans les batteries lithium-ion, principalement dues aux processus de fabrication et d’utilisation. Chaque étape du processus de fabrication, telle que l’uniformité de la suspension pendant le mélange des matériaux et le contrôle de la densité et de la tension superficielle du revêtement pendant le revêtement, peut entraîner des variations de performance entre les cellules de batterie individuelles.

Les recherches menées par Luo Yu et al. ont examiné l’influence des processus de production sur la cohérence des batteries, en mettant l’accent sur l’impact des systèmes de liants à base d’eau dans la fabrication de batteries lithium-ion. Dans le processus d’utilisation des batteries, Xie Jiao et al. suggèrent que les méthodes de connexion, les composants/dispositifs structurels, les conditions de fonctionnement et les facteurs environnementaux ont tous un impact sur la cohérence des batteries. La consommation d’énergie à chaque point de connexion n’est pas constante, et les performances et le taux de vieillissement de chaque composant ou pièce structurelle sont également incohérents, ce qui entraîne des effets variables sur la batterie. De plus, comme chaque cellule de batterie d’une batterie occupe une position différente et subit des températures différentes, la dégradation des performances diffère également, ce qui amplifie encore l’incohérence entre les cellules de batterie.

2. Méthodes pour améliorer la cohérence de la batterie

2.1 Contrôle du processus de production

Le contrôle du processus de production implique principalement deux aspects : les matières premières et les techniques de fabrication. En termes de matières premières, des efforts sont faits pour sélectionner des matériaux d’un même lot afin d’assurer une cohérence dans la taille des particules et les performances. Dans le processus de production, un contrôle strict est appliqué, notamment en assurant un mélange uniforme de la boue et en évitant un stockage prolongé, en contrôlant la vitesse de la machine de revêtement pour assurer l’épaisseur et l’uniformité du revêtement, en effectuant des inspections visuelles et un tri pondéral des feuilles d’électrodes, en contrôlant le volume d’injection et en gérant la formation, le tri de la capacité et les conditions de stockage.

Grâce à ses recherches sur les techniques de préparation des batteries lithium-ion, Luo Yu a identifié des processus clés qui ont un impact significatif sur la cohérence des batteries, notamment le mélange des matériaux, le revêtement, le calandrage, l’enroulement/l’empilement, l’injection et la formation. Des recherches et des analyses approfondies ont été menées sur la relation entre ces paramètres clés du processus et les performances de la batterie.

2.2 Contrôle du processus de regroupement

Le contrôle du processus de regroupement des batteries consiste principalement à trier les batteries. La batterie utilise des batteries des mêmes spécifications et modèles, et la tension, la capacité, la résistance interne et d’autres paramètres des batteries sont mesurés pour assurer la cohérence de leurs performances initiales.

Selon les recherches menées par Xu Haitao et al., pendant le processus de regroupement des batteries, les différences de tension entre les batteries individuelles sont un facteur crucial affectant la consistance de la batterie pendant la charge et la décharge, tandis que les différences de résistance interne entre les batteries individuelles entraînent des variations de tension significatives entre elles pendant le processus de charge et de décharge. Wang Linxia et al. ont analysé l’impact du principal facteur d’influence, DCR, sur la batterie des batteries lithium-ion combinées en parallèle, ainsi que l’impact du principal facteur d’influence, la capacité, sur la batterie des batteries combinées lithium-ion en série, en fournissant les directives nécessaires pour la batterie combinée. Chen Ping et al. ont étudié l’effet du taux de décharge sur la cohérence du regroupement des batteries et ont constaté que lorsque le taux de décharge augmente, l’incohérence des batteries est amplifiée, ce qui permet d’éliminer les batteries défectueuses.

2.3 Contrôle des processus d’utilisation et de maintenance

La surveillance en temps réel des batteries est essentielle. La réalisation d’un contrôle de cohérence lors du regroupement des batteries garantit une cohérence initiale dans l’utilisation de la batterie. La surveillance en temps réel des batteries pendant l’utilisation permet d’observer les problèmes de cohérence qui peuvent survenir. Cependant, lorsqu’une incohérence est détectée, le circuit de surveillance peut déconnecter le circuit de charge et de décharge, entraînant une dégradation des performances. Il faut donc trouver un équilibre entre le suivi et la performance. De plus, la surveillance en temps réel permet d’ajuster ou de remplacer en temps opportun les batteries avec des paramètres extrêmes, ce qui garantit que les incohérences de la batterie ne s’amplifient pas au fil du temps.

La mise en place d’un système de gestion de l’équilibrage est cruciale. Une gestion intelligente des batteries peut être réalisée grâce à des stratégies et des circuits d’équilibrage appropriés. Les stratégies d’équilibrage courantes comprennent les stratégies basées sur la tension, l’état de charge (SOC) et les stratégies basées sur la capacité. Les circuits d’équilibrage peuvent être classés en circuits d’équilibrage passifs et actifs en fonction des méthodes de consommation d’énergie. L’équilibrage actif permet un flux d’énergie efficace entre les batteries et a fait l’objet de recherches tant au niveau national qu’international. Les méthodes courantes d’équilibrage actif comprennent le contournement, le condensateur de commutation, l’inductance de commutation et la conversion DC/DC.

La gestion thermique des batteries est importante. Outre le maintien de la température de fonctionnement de la batterie dans une plage optimale, il est essentiel d’assurer des conditions de température constantes entre les batteries pour garantir la cohérence des performances. L’adoption de stratégies de contrôle appropriées est cruciale. Dans la plage de puissance de sortie autorisée, la minimisation de la profondeur de décharge et l’évitement de la surcharge peuvent prolonger la durée de vie de la batterie. Le renforcement de l’entretien de la batterie implique une charge d’entretien périodique à faible courant et la garantie de la propreté.

3. Méthode de regroupement de batteries lithium-ion d’alimentation

3.1 Méthode de groupement de tension

La méthode de regroupement de tension peut être divisée en regroupement de tension statique et en regroupement de tension dynamique. Le regroupement de tension statique, également connu sous le nom de regroupement en circuit ouvert, est effectué sans charge et ne prend en compte que la batterie elle-même. Il mesure le taux d’autodécharge de la batterie individuelle sélectionnée après avoir été stockée dans un état complètement chargé pendant plusieurs jours et la tension en circuit ouvert de la batterie à différentes périodes de stockage dans un état complètement chargé. Cette méthode est la plus simple à utiliser mais n’est pas très précise. Le regroupement dynamique de tension examine la tension sous une charge, mais il ne prend pas en compte des facteurs tels que les variations de charge, il n’est donc pas non plus très précis.

3.2 Méthode de regroupement des capacités statiques

Une méthode de regroupement de batteries consiste à charger et décharger les batteries dans des conditions spécifiées, à calculer leur capacité en fonction du courant de décharge et du temps de décharge, et à regrouper les batteries en fonction de leur capacité. Cette méthode est simple et pratique, mais elle ne peut que refléter le fait que les batteries ont la même capacité dans des conditions spécifiques et ne représente pas entièrement les caractéristiques de fonctionnement complètes des batteries. Par conséquent, il a certaines limites.

3.3 Méthode de groupage des résistances internes

La principale considération est la résistance interne des batteries individuelles. Cette méthode permet une mesure rapide. Cependant, étant donné que la résistance interne des batteries peut changer au cours du processus de décharge, la détermination précise de la résistance interne pose certaines difficultés.

3.4 Méthode de regroupement multiparamètre

En tenant compte de plusieurs conditions externes telles que la capacité, la résistance interne, la tension, le taux d’autodécharge, etc., dans l’évaluation complète des batteries, il est possible de sélectionner des groupes de batteries avec une meilleure cohérence. Cependant, la condition préalable à cette méthode est que le tri précis basé sur des paramètres individuels nécessite beaucoup de temps.

3.5 Méthode de groupage des caractéristiques dynamiques

La méthode de regroupement dynamique consiste à utiliser les courbes caractéristiques de charge et de décharge des batteries pour les trier et les regrouper. Les courbes de charge et de décharge peuvent refléter la plupart des caractéristiques de la batterie. En utilisant la méthode de regroupement dynamique des caractéristiques, la cohérence des différents indicateurs de performance des batteries peut être assurée. Cette méthode implique une grande quantité de données et est généralement mise en œuvre à l’aide de programmes informatiques. Cependant, cette approche conduit à une utilisation plus faible des batteries pour le regroupement, ce qui n’est pas propice à la réduction du coût de la batterie. Un autre défi dans la mise en œuvre de cette méthode est la détermination des courbes standard ou de référence.

4.Conclusion

(1) Les causes de l’incohérence des batteries résident principalement dans les aspects de fabrication et d’utilisation des batteries.

(2) Les mesures visant à améliorer la cohérence de la batterie peuvent être divisées en trois aspects principaux :

Contrôle strict du processus de production à partir des matières premières et des techniques de fabrication.

Adoption de méthodes de tri plus scientifiques, en sélectionnant des batteries aux performances initiales constantes pour les regrouper autant que possible.

Suivi en temps réel des batteries pendant l’utilisation, mise en place d’un système de gestion de l’équilibrage, adoption de stratégies de contrôle raisonnables, gestion thermique des batteries et renforcement de la maintenance du pack batterie.

(3) En ce qui concerne le regroupement de batteries, les méthodes de regroupement à paramètre unique ont une valeur pratique limitée en raison de la prise en compte d’un nombre insuffisant de facteurs. Les méthodes de regroupement multiparamètres et les méthodes de regroupement de caractéristiques dynamiques sont relativement complètes. De plus, des méthodes telles que la spectroscopie d’impédance électrochimique ont également fait certains progrès.

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