Il existe une demande croissante de batteries au lithium haute tension dans les applications à haute puissance telles que les AGV industriels, grands robotset les systèmes de stockage d'énergie commerciaux. Ces applications exigent une sécurité renforcée, une dissipation thermique efficace et une maintenance aisée, ce qui fait des packs de batteries modulaires la solution privilégiée du secteur.
Packs de batteries Li-ion modulaires Intégrer des cellules standardisées et un BMS unifié, prendre en charge une conception de dissipation thermique indépendante entre les modules, s'adapter à diverses applications et améliorer la compatibilité système et l'efficacité du déploiement technique. Il offre également des avantages en termes de tension et de capacité grâce à une configuration flexible de plusieurs plages de tension de 12.8 V, 25.6 V, 38.4 V et plus.
Alors, pourquoi choisir des packs de batteries modulaires ? Explorons les avantages clés qui motivent leur adoption.
Flexibilité et évolutivité des packs de batteries modulaires
Les packs de batteries autonomes traditionnels souffrent de contraintes de conception inhérentes : une fois installés, leur capacité et leurs performances sont fixes et manquent d'évolutivité. Face à l'augmentation des besoins en énergie, leur architecture rigide peine à supporter des charges plus élevées. De plus, leur nature non modulaire empêche la mise à niveau des composants, ce qui les place en retard par rapport aux normes de performance en constante évolution.
Contrairement aux packs de batteries à configuration fixe, les packs de batteries modulaires offrent des solutions d'alimentation personnalisées grâce à des connexions flexibles en série et en parallèle. Cette architecture évolutive permet le réglage de la tension, l'extension de capacité et les configurations hybrides.
Par exemple, des modules de 12 V peuvent être connectés en série pour former un pack batterie modulaire de 24 V ou 48 V afin d'augmenter la tension de sortie. Si une puissance et un courant plus élevés sont requis, des connexions en parallèle peuvent être réalisées. De plus, une connexion combinée série-parallèle (par exemple, 2 séries + 2 parallèles) peut également être utilisée pour augmenter la tension et la capacité. Pour l'assemblage de packs batteries modulaires, la constance des performances des cellules doit être bien contrôlée. Il est important de veiller à la dissipation thermique et de garantir une maintenance aisée. La meilleure méthode de connexion dépend des exigences clés de l'application (priorité tension/capacité), du budget et des besoins de fiabilité. Pour plus de détails, consultez notre documentation. connexions série, parallèle et série-parallèle pour les modules de batterie 12 V.
Les conceptions de modules de batterie modernes incluent souvent des circuits d’équilibrage actifs et des systèmes de gestion thermique pour optimiser les performances.
Conception intelligente du BMS pour les packs de batteries modulaires
La conception BMS constitue l’épine dorsale opérationnelle de tout système de batterie, intégrant plusieurs composants spécialisés dans une plate-forme de gestion cohérente.
Ces systèmes comprennent des capteurs de température, des capteurs de courant, des unités de contrôle et des circuits de communication. Ils fonctionnent ensemble pour créer un système BMS intégré grâce à une configuration et une connexion intelligentes.
Architecture BMS centralisée
L'architecture BMS centralisée offre des avantages indéniables pour les applications basse tension et faible capacité, notamment les outils électriques, les robots et les maisons connectées IoT. En haute tension, elle est chargée de collecter la tension d'une batterie et de surveiller la tension et la résistance d'isolement de l'ensemble du système. En basse tension, elle couvre des composants clés tels que les circuits d'alimentation, les circuits CPU, les circuits de communication CAN et les circuits de contrôle.
Architecture BMS distribuée
L'architecture BMS distribuée est spécialement conçue pour les applications énergétiques exigeantes, notamment les véhicules électriques et les systèmes de stockage d'énergie. Sa conception modulaire facilite la gestion des systèmes de batteries de grande capacité.
Dans une architecture distribuée, l'unité de contrôle Clave (CSC) est chargée des contrôles de tension et de température, ainsi que de la gestion de l'équilibrage des cellules. L'unité de gestion haute tension (HVU) se concentre sur la surveillance de la tension totale de la batterie et de la résistance d'isolement. L'unité de gestion de batterie (BMU) est chargée d'évaluer l'état, la gestion et la communication de la batterie.
Un BMS centralisé intègre toutes les fonctions de gestion dans un seul contrôleur, ce qui le rend efficace pour les petits systèmes basse tension. Cependant, sa vitesse de traitement et son évolutivité peuvent être limitées à mesure que le système se développe. En revanche, un BMS distribué offre une fiabilité et une flexibilité accrues pour les systèmes de batteries complexes et de grande capacité. Chaque module fonctionne indépendamment, ce qui permet des mesures précises, une meilleure répartition de la chaleur et une meilleure identification des défauts.
Les architectures BMS centralisées et distribuées peuvent intégrer les protocoles de communication RS485/CAN485 pour une surveillance de haute précision de la tension, du courant, de la température et des cycles. Cependant, leurs méthodes de mise en œuvre et leurs performances varient selon la conception du système.
Technologie de batterie modulaire au lithium échangeable à chaud
La capacité de remplacement à chaud est devenue une exigence courante pour les packs de batteries modulaires. Cela permet de pallier une limitation majeure des systèmes de batteries standard : la nécessité de mettre l'équipement hors tension lors du remplacement des batteries, ce qui entraîne des temps d'arrêt opérationnels et une perte d'efficacité. Ces interruptions sont particulièrement inacceptables pour les applications critiques comme les équipements médicaux.
Les packs de batteries modulaires avec capacité de fonctionnement en temps réel résolvent ce problème en permettant :
- Remplacement de modules individuels défectueux sans arrêt du système
- Fonctionnement continu de l'équipement pendant la maintenance
- Efficacité opérationnelle considérablement améliorée
Système de gestion thermique des batteries modulaires
La dissipation thermique représente un défi majeur dans les systèmes de batteries de grande capacité, ce qui fait de la conception modulaire une approche particulièrement efficace pour y remédier. Le système de gestion thermique intégré au bloc-batterie modulaire garantit la sécurité de l'appareil pendant son fonctionnement. La chaleur est générée lors des processus de charge et de décharge de la batterie. Si elle n'est pas dissipée rapidement, cette chaleur peut entraîner une dégradation de la capacité, voire un emballement thermique.
Le pack de batteries modulaire permet un contrôle thermique complet grâce à une approche à trois niveaux combinant l'ingénierie structurelle, la science des matériaux et la gestion intelligente du système.
1. Gestion thermique structurelle
- Chaque module intègre des zones de dissipation thermique dédiées
- Les canaux de refroidissement intégrés prennent en charge les systèmes de refroidissement par air et par liquide
- Les matériaux d'interface thermique à haute efficacité (par exemple, les feuilles de graphite) améliorent le transfert de chaleur
- Les barrières coupe-feu entre les modules contiennent les événements d'emballement thermique
2. Système de contrôle intelligent
- Les capteurs de température distribués fournissent une surveillance en temps réel au niveau du module
- La régulation adaptative du refroidissement (vitesse du ventilateur/débit de la pompe) répond aux charges thermiques
- Les algorithmes prédictifs permettent une atténuation proactive des risques thermiques
- Alertes de sécurité à plusieurs niveaux pour des conditions de température anormales
3. Flexibilité spécifique à l'application
- Solutions de refroidissement configurables (air/liquide/thermoélectrique)
- Architecture évolutive pour différentes densités de puissance
- Performances robustes dans des environnements extrêmes.
Cette approche intégrée garantit des performances thermiques optimales tout en préservant la sécurité et la fiabilité du système dans diverses applications. La conception modulaire permet un contrôle précis de la température au niveau de chaque cellule, tout en empêchant la propagation thermique dans l'ensemble du système de batterie.
Chargement plus rapide des batteries modulairess
Les systèmes de batteries modulaires atteignent des vitesses de charge supérieures grâce à trois mécanismes clés.
1. Avantages des cellules standardisées de petit format (18650/21700) :
- Chemins de diffusion ionique plus courts (réduction de 30 à 50 %)
- Résistance interne plus faible (amélioration de 15 à 25 %)
- Des réactions de transfert de charge plus efficaces
2. Configuration de cellules parallèles
- Divisez le courant total proportionnellement
- Maintient un taux <1C par cellule pendant la charge du système 3C
- Réduit la charge thermique de chaque cellule de 40 à 60 %
- Capacité de courant évolutive
- Zones de gestion thermique indépendantes
3. Les mesures de protection actives empêchent :
Caractéristiques de l'architecture BMS distribuée :
- Surveillance de la tension par cellule (précision de ± 5 mV)
- Détection de température (précision ±1°C)
- Équilibrage dynamique du courant
Les mesures de protection actives empêchent :
- Surchauffe localisée
- Goulots d'étranglement du courant de charge
- Dégradation de la performance
Contrairement aux conceptions à cellule unique, les architectures de batteries modulaires offrent des capacités de charge rapide supérieures. Elles optimiseront la vitesse de charge des packs de batteries modulaires.
Coûts de conception des solutions de batteries modulaires
Grâce à leurs systèmes de contrôle CMU intégrés et à leur technologie BMS intelligente, les packs de batteries modulaires ont un coût initial 20 à 30 % plus élevé que les packs de batteries standard.
Les packs de batteries modulaires prolongent la durée de vie totale du système grâce au remplacement sélectif des modules, offrant ainsi des avantages distincts par rapport aux packs conventionnels. Cependant, les performances des packs de batteries traditionnels diminuent généralement considérablement après 5 à 8 ans, car ils ne peuvent pas être remis à neuf, les composants ne peuvent pas être changés séparément et doivent être entièrement mis au rebut. Les conceptions modulaires peuvent prolonger la durée de vie du système jusqu'à 10 à 15 ans, réduisant ainsi la fréquence et les coûts de mise à jour des équipements.
Contrairement aux batteries traditionnelles qui deviennent des déchets une fois épuisées, les systèmes modulaires adhèrent aux principes de l'économie circulaire. Les modules hors d'usage peuvent encore être utilisés pour des appareils à faible consommation, comme les éclairages de secours et les jouets. Les batteries modulaires inutilisées sont facilement démontables et disposent d'interfaces standard, ce qui facilite le tri, les tests et le recyclage.
Transportabilité améliorée et compatibilité transparente
Le principal avantage des packs de batteries modulaires réside dans leur transportabilité. Ils peuvent être démontés en pièces plus petites, ce qui facilite leur manipulation, leur transport et même leur installation en avion. Cependant, lors de la mise à l'échelle ou de la mise à niveau du système, la compatibilité devient un défi. Le remplacement ou l'ajout de modules nécessite des tests pour garantir la coordination des performances et la sécurité électrique de l'ensemble du système. Ce compromis souligne la nécessité d'une planification minutieuse de la conception modulaire, afin de trouver le juste équilibre entre flexibilité et intégration précise.
En conclusion, la conception de batteries modulaires n'est plus une option technique : elle est devenue une solution essentielle pour construire des systèmes énergétiques flexibles, fiables et durables. Cependant, la conception d'une batterie modulaire implique des considérations complexes, et négliger un seul aspect peut entraîner des risques pour la sécurité.
Avec plus de 100 projets réussis dans le domaine des systèmes de batteries modulaires personnalisés, CM Batteries accorde la priorité à la sécurité. Notre équipe d'ingénieurs adhère aux normes de l'industrie et fournit solutions de batteries modulaires personnalisées Pour chaque client. De la correspondance précise des paramètres de batterie à la conception robuste du circuit de protection, en passant par l'optimisation des stratégies de charge/décharge, chaque détail est évalué pour garantir un fonctionnement fiable et sûr dans diverses applications.
Si vous avez des questions ou des exigences concernant les packs de batteries modulaires, n'hésitez pas à nous contacter. contactez votre conseiller exclusif.
