Théorie de la charge et de la décharge des batteries au lithium

Théorie de la charge et de la décharge des batteries au lithium

1.1 État de charge (SOC)

L'état de charge peut être défini comme l'état de l'énergie électrique disponible dans une batterie, généralement exprimé en pourcentage. Étant donné que l'énergie électrique disponible varie en fonction du courant de charge et de décharge, de la température et du phénomène de vieillissement, la définition de l'état de charge est également divisée en deux types : l'état de charge absolu (ASOC) et l'état de charge relatif (RSOC). La plage de l'état de charge relatif est généralement de 0 % à 100 %, tandis que la batterie est à 100 % lorsqu'elle est complètement chargée et à 0 % lorsqu'elle est complètement déchargée. L'état de charge absolu est une valeur de référence calculée sur la base de la valeur de capacité fixe conçue lors de la fabrication de la batterie. L’état de charge absolu d’une batterie neuve entièrement chargée est de 100 % ; Même si la batterie vieillissante est complètement chargée, elle ne peut pas atteindre 100 % dans différentes conditions de charge et de décharge.

La figure suivante montre la relation entre la tension et la capacité de la batterie sous différents taux de décharge. Plus le taux de décharge est élevé, plus la capacité de la batterie est faible. Lorsque la température est basse, la capacité de la batterie diminue également.

                          Figure 1. Relation entre la tension et la capacité sous différents taux de décharge et températures

1.2 Tension de charge maximale

La tension de charge la plus élevée est liée à la composition chimique et aux caractéristiques de la batterie. La tension de charge des batteries au lithium est généralement de 4,2 V et 4,35 V, et les valeurs de tension peuvent varier en fonction des matériaux de la cathode et de l'anode.

1.3 Complètement chargé

Lorsque la différence entre la tension de la batterie et la tension de charge la plus élevée est inférieure à 100 mV et que le courant de charge diminue jusqu'à C/10, la batterie peut être considérée comme complètement chargée. Les caractéristiques des batteries varient et les conditions de charge complète varient également.

La figure suivante montre une courbe caractéristique typique de charge d’une batterie au lithium. Lorsque la tension de la batterie est égale à la tension de charge la plus élevée et que le courant de charge diminue jusqu'à C/10, la batterie est considérée comme complètement chargée.

                             Figure 2. Courbe caractéristique de charge de la batterie au lithium

1.4 Tension de décharge minimale

La tension de décharge minimale peut être définie comme la tension de décharge de coupure, généralement la tension à un état de charge de 0 %. Cette valeur de tension n'est pas une valeur fixe, mais change en fonction de la charge, de la température, du degré de vieillissement ou d'autres facteurs.

1.5 Décharge complète

Lorsque la tension de la batterie est inférieure ou égale à la tension de décharge minimale, on peut parler de décharge complète.

1.6 Taux de décharge de charge (C-Rate)

Le taux de décharge de charge est une représentation du courant de décharge de charge par rapport à la capacité de la batterie. Par exemple, si 1C est utilisé pour se décharger pendant une heure, idéalement, la batterie se déchargera complètement. Différents taux de charge et de décharge entraîneront différentes capacités disponibles. Habituellement, plus le taux de décharge de charge est élevé, plus la capacité disponible est faible.

1.7 Cycle de vie

Le nombre de cycles est le nombre de fois qu'une batterie a subi une charge et une décharge complètes, qui peut être estimé à partir de la capacité de décharge réelle et de la capacité nominale. Chaque fois que la capacité de décharge accumulée est égale à la capacité nominale, le nombre de cycles est un. Habituellement, après 500 cycles de charge et de décharge, la capacité d'une batterie complètement chargée diminuera de 10 à 20 %.

                          Figure 3. Relation entre les temps de cycle et la capacité de la batterie

1.8 Autodécharge

L'autodécharge de toutes les batteries augmentera avec l'augmentation de la température. L’autodécharge n’est fondamentalement pas un défaut de fabrication, mais plutôt une caractéristique de la batterie elle-même. Cependant, une mauvaise manipulation pendant le processus de fabrication peut également entraîner une augmentation de l’autodécharge. Habituellement, pour chaque augmentation de 10°C de la température de la batterie, le taux d'autodécharge double. Les batteries au lithium-ion ont une capacité d'autodécharge mensuelle d'environ 1 à 2 %, tandis que diverses batteries à base de nickel ont une capacité d'autodécharge mensuelle de 10 à 15 %.

                             Figure 4. Performance du taux d'autodécharge des batteries au lithium à différentes températures