Les batteries au lithium sont un élément essentiel de la technologie moderne, alimentant tout, des smartphones aux véhicules électriques. Bien que les termes « cellule de batterie », « module de batterie » et « bloc-batterie » soient souvent utilisés de manière interchangeable, pack de modules de cellules de batterie désigne les différentes étapes de la construction de la batterie. Il est essentiel de comprendre ces distinctions, en particulier lorsqu'il s'agit de systèmes de batteries destinés à des applications de plus grande envergure telles que les véhicules électriques ou les systèmes de stockage d'énergie.
Comparaison des modules de cellules de batterie : cellule de batterie, module de batterie et pack de batteries
Une cellule de batterie est l'unité de base d'une batterie, tandis qu'un module de batterie est un ensemble de cellules de batterie. Un pack, en revanche, se compose d'un ou de plusieurs modules ainsi que de tous les autres composants nécessaires au fonctionnement, tels qu'un boîtier, des connecteurs et des circuits de commande. Le tableau comparatif suivant illustre cela plus en détail :
| Aspect | Cellule de batterie | Module de batterie | Batterie |
| Définition | La plus petite unité de base d'un système de batterie capable de stocker et de libérer de l'énergie électrique par le biais de réactions électrochimiques. | Un assemblage de plusieurs cellules de batterie avec circuit de contrôle et de protection intégré, souvent avec son boîtier. | Une solution d’alimentation complète comprenant plusieurs modules ou cellules, ainsi que des systèmes de gestion et de sécurité avancés. |
| Composants | 1. Cathode 2. Anodes 3. Électrolyte 4. Séparateur 5. Collecteur de courant 6. Boîtier de cellule | 1. Plusieurs cellules de batterie 2. Interconnexions cellulaires 3. Circuits de surveillance de tension 4. Capteurs de température 5. BMS au niveau du module Système de refroidissement (dans certains cas) 6. Soutien structurel | 1. Plusieurs modules ou cellules de batterie 2. BMS au niveau du pack 3. Système de gestion thermique 4. Dispositifs de sécurité (fusibles, contacteurs) 5. Interconnexions haute tension 6. Interfaces externes Boîtier de protection |
| Portée de tension | Généralement 3.2 V à 3.7 V pour les cellules Li-ion | 12V à 48V, selon le nombre de cellules et la configuration | Peut aller de 48 V à 800 V ou plus, en particulier dans les applications EV |
| Capacités | Généralement mesuré en mAh (milliampères-heures) ou Ah (ampères-heures), allant de 100 mAh à 5000 XNUMX mAh pour les tailles courantes | Généralement comprise entre 0.5 kWh et 5 kWh | Peut varier de 1 kWh à plus de 100 kWh, selon l'application |
| Système de gestion | Circuit de protection de base (le cas échéant) | BMS au niveau du module pour l'équilibrage des cellules et la protection de base | BMS complet pour la gestion globale du système, comprenant : 1. Équilibrage cellulaire 2. Estimation de l'état de charge 3. Gestion thermique 4. Protocoles de sécurité 5. Communication avec des systèmes externes |
| Gestion thermique | Refroidissement passif grâce à la conception des cellules | Peut inclure une gestion thermique de base (par exemple, des dissipateurs de chaleur) | Cela peut inclure une gestion thermique de base (par exemple, des dissipateurs de chaleur) |
| Évolutivité | Limité aux améliorations au niveau cellulaire | La conception modulaire permet une certaine évolutivité au sein du module | Hautement évolutif grâce à l'ajout ou à la configuration de modules |
| Applications | 1. Petits appareils électroniques (par exemple, montres, prothèses auditives) 2. Dispositifs médicaux 3. Toilettes intelligentes avec télécommande | 1. Automobile 2. Stockage en grille 3. Systèmes de propulsion marine | 1. Produits électroniques portables 2. Véhicules électriques (VE) 3. Solutions de stockage d'énergie stationnaires |
| Personnalisation | Limité à la chimie cellulaire et au facteur de forme | Personnalisation modérée dans la disposition des cellules et les fonctionnalités de base | Hautement personnalisable pour des applications spécifiques, y compris la tension, la capacité et le facteur de forme |
Unité de base d'un bloc-batterie : les cellules de batterie
Au cœur de chaque pack de batteries se trouve la modeste cellule de batterie. Elle fonctionne comme l'unité de stockage d'énergie fondamentale où les réactions électrochimiques ont lieu pour stocker et libérer l'énergie. Les caractéristiques des cellules de batterie, telles que leur forme, leur taille et leur composition chimique, influencent considérablement leurs performances, ce qui les rend adaptées à une variété d'applications.
- Cellules de batterie cylindriques:Ils sont étiquetés en fonction de leurs dimensions, probablement 18650, 21700, 26650 et 32700. Ils sont connus pour leur durabilité et leur capacité à gérer une puissance élevée, ce qui les rend idéaux pour une utilisation dans les batteries d'ordinateurs portables, batteries d'outils électriques, batteries de vélo électrique, batteries d'appareils de mobilité et rbatteries pour robotsEn outre, les cellules de batterie cylindriques présentent certains avantages tels qu’une stabilité mécanique élevée, une gestion thermique et une production à faible coût.
- Cellules prismatiques: Elles sont connues pour leurs performances de sécurité relativement bonnes et leurs dimensions plus flexibles que les batteries cylindriques. Elles sont utiles pour produire des batteries de grande capacité et sont bien adaptées au groupe de batteries. En raison de leur méthode de fabrication simple, les batteries prismatiques sont idéales pour la production à grande échelle. Les grandes batteries prismatiques avec une énergie de cellule individuelle supérieure à 1 kWh sont largement utilisées dans une variété d'applications. De plus, les batteries de type lame ont accéléré la processus de fabrication en éliminant la nécessité d'un assemblage de modules de batterie, ce qui simplifie le groupe de batteries. Les cellules de batterie prismatiques courantes sont classées en cellules de batterie LiFePO3.2 50 V 4 Ah, cellules de batterie LiFePO3.2 100 V 4 Ah, cellules de batterie LiFePO3.2 200 V 4 Ah et cellules de batterie LiFePO3.2 280 V 4 Ah.
- Cellules de poche:Ils constituent un excellent choix pour les applications où l'efficacité de l'espace et la personnalisation sont essentielles. Leur flexibilité en termes de conception et de format les rend idéaux pour les appareils portables et compacts. En raison de leur profil fin et de leur densité énergétique élevée, ils sont couramment utilisés dans les smartphones, les tablettes, les ordinateurs portables et les appareils électroniques grand public.
Chaque type de cellule possède ses propres caractéristiques, telles que la capacité, la tension et la chimie.
Une unité assemblée à partir de plusieurs cellules de batterie : modules de batterie
Le modèle de batterie Li-ion est connecté à des cellules de batterie série-parallèle, à une conception structurelle et à un système de gestion de batterie. Ces modules sont constitués de nombreux composants critiques, notamment des unités de contrôle de module, des cellules de batterie, des connecteurs conducteurs, des cadres en plastique, un système de refroidissement, des plaques d'extrémité et un ensemble de fixations pour les maintenir ensemble.
Le module de batterie est un composant essentiel du système de gestion de la batterie, agissant comme un lien entre les cellules individuelles et l'ensemble de la batterie. Il est chargé de surveiller et de réguler les performances, la sécurité et le niveau de charge de chaque cellule. Un pack de batterie complet combine de nombreux modules, qui sont gérés par un ou plusieurs modules de batterie. Cette structure hiérarchique permet le contrôle efficace des systèmes de batteries à grande échelle, tels que ceux utilisés dans les véhicules électriques ou le stockage d'énergie à l'échelle du réseau.
Les modules de batterie fonctionnent avec l'ensemble Système de Gestion de Batterie (BMS) pour améliorer les performances, la sécurité et la longévité de la batterie. Il joue un rôle important.
- Fuite thermique Prévention
- Diagnostic au niveau du pack
- Optimisation des performances
- Gestion de la durée de vie
À quoi sert un module de contrôle de batterie ?
Le nom complet du BCM est « Battery Control Module » (module de contrôle de batterie). Son rôle est comparable à celui d’un « gestionnaire de batterie ». Il permet à la batterie de vérifier sa « santé » et son « niveau de charge », en s’assurant que chaque cellule de batterie fonctionne correctement sans surchauffer, ni refroidir ni se surcharger. Si une cellule de batterie montre des signes de « maladie », le gestionnaire alerte et arrête le fonctionnement de la cellule pour éviter tout dommage supplémentaire. Cela protège la batterie, prolonge sa durée de vie et assure la sécurité et la fiabilité de l’ensemble du système.
Le pack complet : packs de batteries
Qu'est-ce qu'un pack de batteries ? Un pack de batteries est un assemblage intégré de plusieurs cellules ou modules de batteries qui servent de source d'alimentation unique et unifiée. Ces cellules ou modules sont généralement interconnectés et contenus dans un conteneur protecteur, garantissant un fonctionnement sûr et efficace. Les packs de batteries sont rigoureusement construits pour optimiser les performances, la capacité et la tension de sortie tout en répondant aux besoins spécifiques de leur application prévue. Il s'agit d'un système bien pensé qui maximise les performances, la capacité et la tension de sortie pour une utilisation spécifique. Un pack de modules de cellules de batterie est l'assemblage complet, comportant généralement de nombreux modules et plusieurs composants critiques :
- Cellules ou modules de batterie
- Système de Gestion de Batterie
- Système de refroidissement
- Interfaces électriques
- Enceinte de protection
Les lignes de production de packs doivent remplir deux fonctions : l'assemblage et l'emballage. Les fabricants de packs de batteries adoptent les lignes d'assemblage de packs semi-automatiques, qui sont utilisées pour assemblage de paquets pour le processus de brasage, de soudage, d'insolation et le processus de test des packs de batteries et des emballages semi-finis. Par exemple, lorsque deux modules de batterie sont connectés en série ou en parallèle dans une forme spécifique en fonction des besoins du client, nous parlons de pack. Vous pouvez trouver des packs de batteries classés par leur tension.
- Pack de batteries au lithium de 12 volts
- Pack de batteries au lithium de 24 volts
- Pack de batteries au lithium de 36 volts
- Pack de batteries au lithium de 48 volts
Et l'augmentation du nombre de cellules de la batterie disposées en parallèle augmente la capacité. Consultez cet article sur Batteries au lithium 12V en série et en parallèle.
Facteurs de conception des batteries
De nombreux facteurs critiques affecteront la conception du pack de modules de cellules de batterie. Explorons-les plus en détail.
- Sélection de cellule:Déterminer le type et la taille appropriés des cellules en fonction des exigences de performances.
- Gestion thermique:Installation de systèmes de refroidissement pour éviter la surchauffe.
- Des dispositifs de sécurité:Inclure des mesures de protection contre les surcharges, les courts-circuits et autres dangers.
- Connections electriques:Utilisation de connexions à faible résistance pour maximiser l'efficacité.
- Conception de l'enceinte:Créer un boîtier solide et sûr qui permet également une dissipation efficace de la chaleur.
Pour garantir la fiabilité et la sécurité du pack de modules de cellules de batterie, chaque prototype de pack de batteries est soumis à des tests rigoureux, tels que des tests de performance dans diverses conditions, des tests de sécurité (surcharge, court-circuit, tests d'écrasement, etc.), des tests de durée de vie et de cycle et des tests environnementaux (températures extrêmes, humidité, vibrations, avec une attention sélective portée à des tests de sécurité spécifiques en fonction de la fonctionnalité du pack de modules de cellules de batterie.
La structure hiérarchique des systèmes de batteries lithium-ion, des cellules individuelles aux conceptions modulaires et aux packs de batteries complets, illustre la complexité et la polyvalence de la technologie des batteries. Cette conception en couches améliore non seulement les performances et la durabilité des systèmes de batteries, mais permet également d'utiliser les systèmes de batteries lithium-ion dans une variété d'applications, allant des petits appareils portables aux systèmes de stockage d'énergie à grande échelle. Les fournisseurs de solutions de batteries professionnelles sont devenus de plus en plus essentiels. Grâce à sa vaste expérience dans le domaine des batteries lithium-ion, CM Batteries fournit batterie personnalisée des solutions adaptées aux besoins individuels de ses clients.
