Alors que le monde devient de plus en plus dépendant de la technologie alimentée par des batteries lithium-ion, la demande de batteries plus efficaces et plus puissantes augmente. Les solutions de conception de modules de batteries lithium-ion série-parallèle attirent les yeux des ingénieurs de batteries au lithium et des industrie de conception de batteries pour diverses applications.
Pourquoi de plus en plus de chefs de produit préfèrent-ils concevoir des packs de batteries parallèles, en série et en série-parallèle ?
En 2024, de plus en plus de personnes optent pour des conceptions de batteries lithium-ion parallèles, en série et en série-parallèle pour deux raisons principales :
1) Les batteries de plus de 100 wattheures (Wh) ne peuvent pas être transportées à bord des avions, ce qui rend les batteries parallèles, série et série-parallèle plus optimales.
2) Les conceptions de batteries parallèles, en série et en série-parallèle offrent un remplacement pratique, une portabilité et une configuration flexible pour des applications spéciales telles que les gros équipements extérieurs.
Que sont les batteries lithium-ion parallèles, série et série-parallèle ?
1. Packs de batteries lithium-ion série
En revanche, une conception de bloc-batterie en série connecte les blocs-batteries de bout en bout pour augmenter la tension des blocs-batteries. Le principal avantage des batteries rechargeables en série est qu'elles ont une tension plus élevée, tandis que l'inconvénient est qu'elles ont une capacité et un courant de décharge inférieurs à ceux des batteries parallèles.
La case en pointillés dans la figure ci-dessus représente le BMS, où la résistance R1 représente l'impédance du MOS. Lorsque le MOS est activé, le MOS est dans un état de faible impédance, en supposant que R1 = 0.001 Ω ; lorsque le MOS n'est pas allumé, le MOS est dans un état de haute impédance, en supposant que R1 = 1000 XNUMX MΩ.
Prenons comme exemple 4 batteries au lithium en série, le schéma après la connexion en série est simplifié comme suit.
En supposant que la tension de chaque batterie est de 4 V. Si le BMS des 4 batteries est en état de conduction.
That is, R1=R2=R3=R4=0.001Ω;
La tension aux bornes de chaque résistance est respectivement U1, U2, U3 et U4 ;
Then, U1=U2=U3=U4=4V.
Si le BMS de la première des 4 cellules est entièrement dans un état non conducteur,
Autrement dit, R1 = 1000 2 MΩ ; R3=R4=R0.001=XNUMXΩ ;
La tension aux bornes de chaque résistance est respectivement U1, U2, U3 et U4 ;
Then, U1≈16V; U2=U3=U4≈0V.
Après l’analyse ci-dessus, la conclusion suivante peut être obtenue :
Une fois plusieurs batteries LiPo connectées en série, si le BMS de l'une des batteries LiPo déclenche une sorte de protection et que le MOS passe à un état de résistance élevée, les bornes MOS résisteront à presque toute la tension de l'ensemble du circuit. Dans ce cas, si la tension totale dépasse la limite du MOS, alors le MOS brûlera.
Par conséquent, seules les batteries conçues pour être connectées en série peuvent être connectées en série et le nombre de chaînes ne doit pas dépasser la valeur de conception.
2. Packs de batteries lithium-ion parallèles
Une conception de batterie en parallèle connecte des cellules individuelles en parallèle afin d'augmenter la capacité de la batterie. Ce type de connexion est couramment utilisé dans les applications nécessitant un courant de sortie élevé. L'un des avantages de cette connexion est l'augmentation de la capacité et des courants de décharge. Cependant, cette conception nécessite le développement d'une technologie importante pour le système de gestion de batterie (BMS).
Prenons l'exemple de quatre batteries au lithium en parallèle ; le schéma simplifié est le suivant. La tension de chaque batterie est U4, U1, U2, U3 ; la résistance interne est R4, R1, R2, R3.
En supposant que R1 = R2 = R3 = R4 = 0.03 Ω
Idéalement, U1=U2=U3=U4, le circuit fonctionne normalement ;
Si U1>U2=U3=U4, alors la batterie 1 chargera les batteries 2, 3 et 4.
Le courant de charge peut être simplifié comme suit :
Courant de charge pour les batteries 2, 3, 4.
I2 = I3 = I4 = (U1 – U2) / (0.03 + 0.03/3) / 3
En supposant U1=12V, U2=U3=U4=9V, en remplaçant la formule ci-dessus, on obtient :
I2=I3=I4=25A
D'après le calcul ci-dessus, on peut conclure :
1. Si la différence de pression est suffisamment faible lorsque les batteries au lithium sont connectées en parallèle, c'est possible.
2. Si la batterie au lithium est connectée en parallèle avec une différence de pression relativement importante, un courant instantané important sera généré, ce qui pourrait endommager la batterie.
3. Packs de batteries lithium-ion série-parallèle
Une conception de bloc-batterie série-parallèle combine les caractéristiques des blocs-batteries parallèles et série. Ce type de batterie permet une tension et une capacité accrues ainsi qu'un courant de décharge plus élevé. Le principal inconvénient de la connexion de batterie en série parallèle est son coût accru.
Systèmes de gestion de batterie (BMS) modulaires ou centraux : qu'est-ce qui est le meilleur pour la conception de votre batterie ?
Lors de la conception d'un système de gestion de batterie (BMS), les ingénieurs doivent s'assurer que les cellules de la batterie maintiennent un bon équilibre entre les cycles et la température de fonctionnement. Les cellules de la batterie doivent conserver le même état de charge (SOC) tout au long des cycles de décharge et de charge. À CM Batteries, notre CTO utilise des calculs et des simulations pour concevoir des systèmes qui garantissent la sécurité des batteries et prolongent les cycles de vie et la fiabilité de la batterie.
CM Batteries offre les options de conception BMS suivantes :
Comme le montre la figure 1, le BMS modulaire est divisé en plusieurs sous-modules identiques, et chaque module est équipé de câbles reliant différentes parties du panneau afin de surveiller chaque zone spécifique de la batterie. Un module BMS est désigné comme « maître », responsable de la gestion de la programmation de l'ensemble du pack et de la communication avec l'extérieur. Le BMS « esclave » communique avec le BMS « maître » via le bus de communication, mais ils ont tous deux la même fonction.
Avantages :
- Miniaturisation du BMS centralisé : présente plusieurs cascades et la plupart des avantages du BMS centralisé, notamment une maintenance facile, des coûts réduits, etc.
- Taille de module unique plus petite : le sous-module du fil de batterie unique est relativement court et peut être positionné plus près de la batterie pour éviter les problèmes cachés et les erreurs causés par des fils trop longs.
- Facile à étendre : davantage de sous-modules peuvent être ajoutés pour réaliser une extension.
Inconvénients :
- Nécessite plus de fils qu'un BMS centralisé : un BMS modulaire doit non seulement se connecter à la batterie, mais chaque module doit également se connecter entre les fils.
- Coût plus élevé : Bien que la fonction de chaque module soit la même, toutes les fonctions ne seront pas utilisées, ce qui entraînera du gaspillage, d'autant plus que le module esclave est peu utile.
Parce que nous estimons que cette conception n'est pas particulièrement efficace, CM Batteries propose une version améliorée de cette conception BMS, comme le montre la figure 2.
Dans cette conception, nous séparons les modules esclaves en fonction des différentes fonctions du maître et de l'esclave et supprimons les fonctions qui ne sont pas utilisées par les modules esclaves afin de pouvoir réduire considérablement les coûts.
Le BMS principal est responsable de relativement plus de fonctions, telles que le calcul, la prédiction, la prise de décision, la communication, etc. Le module esclave est uniquement responsable de la mesure. Cette conception hérite de la plupart des avantages de la structure modulaire, tout en réduisant également les coûts d’extension.
Il existe également une solution de conception BMS distribuée qui offre une fiabilité de connexion élevée, aucun câble trop long et une intégration étroite de la batterie et des circuits de mesure pour aider à réduire les interférences et les erreurs. Ce modèle est plus sûr. Cependant, en raison du coût élevé et du processus très compliqué, ce n'est pas la conception préférée de nombreux clients.
Les options de conception de blocs-batteries parallèles, en série et en série-parallèle deviennent de plus en plus populaires dans les solutions de blocs-batteries, en particulier pour les applications d'équipement extérieur. De plus en plus de personnes devraient choisir des solutions de blocs-batteries parallèles, en série et en série-parallèle tout au long de 2024 en raison des limitations de la capacité actuelle maximale des batteries à bord des vols et de la commodité et de la flexibilité qu'offrent ces conceptions. Chaque modèle a ses avantages et ses inconvénients, et une conception minutieuse du système de gestion de batterie (BMS) est essentielle pour garantir le fonctionnement sûr, la fiabilité et la durée de vie prolongée de chaque batterie. Les solutions de conception modulaires BMS peuvent répondre à différentes exigences et réduire les coûts, et les ingénieurs de CM Batteries sont là pour vous aider à faire exactement cela.
