Différence entre les architectures de batterie lithium de voiture électrique : parallèle et série
Une batterie de voiture électrique, comme toute batterie de taille conséquente qui offre plusieurs kWh de réserve d'énergie, se compose d'une multitudes de piles qu'on appelles cellules.
Ce sont toutes ces cellules reliées entre elles qui constituent donc votre batterie. Toutefois il y a plusieurs manières de les connecter entre elles, et c'est ici qu'on va parler de montages en série ou parallèle.
Bien entendu, et vous devez vous en douter, les batteries sont dotées d'unités qui sont connectées à la fois en série ET en parallèle.
Quels sont les différentes architectures d'une batterie de voiture électrique ?
Ici on voit trois modules composés de cellules mises en série (voyez comment elles sont liées entre elles via des languettes en métal qui lie les + aux -)
Le montage en série
Le montage en série consiste en gros à relier de manière basiques les cellules entre elles, à savoir les mettre à la queuleuleu en reliant les plus (+) aux moins (-).
Ce type d'architecture de batterie favorise un plus gros voltage (addition du voltage de toutes les cellules) et donc une plus grande puissance.
Si j'ai 3 cellules de 3V j'aurai en sortie 9V (c'est comme si j'avais une seule cellule de 9V).
Ici on favorise la vitesse de charge ainsi que les performances de la voiture (car plus de Voltage).
A lire aussi :
- De quoi dépend la vitesse de charge d'une voiture électrique ?
- Comparatif des vitesses de charge des voitures électriques
Le montage en parallèle
Le montage en parallèle ne consiste donc pas à connecter les cellules en série (je sais que vous vous en doutez ...) mais plutôt de manière jointes.
Elles sont en quelque sorte collaborative, et en ajouter consiste à ajouter de la réserve d'énergie plutôt que de la puissance.
En effet, si j'ai 3 cellules mises en parallèle j'aurai au final un total de puissance qui reste à 3V. La différence est que j'aurai 3V mais avec une réserve (Ah) trois fois supérieure. La vitesse de décharge maximale sera donc moins rapide qu'avec 3 cellules mises en série.
Le souci ici est que le montage en série ne supporte pas bien des différences de voltage sur une même grappe (groupe de cellules mises en parallèle). Ces différences de voltage peuvent être dues par des résistances internes différentes, même minimes (la température modifie la résistance par exemple).
Des recherches (HAL Open Science) ont montré que les courants différents au niveau d'un paquet de cellules en parallèle ne peuvent pas être mesurés par le BMS (seuls les voltages des packs de cellules le sont, car un pack de plusieurs cellules en parallèle revient à avoir une seule grosse cellule).
Et il suffit par exemple qu'il n'y ait que 20% d'écart de courant entre ces cellules pour que la durée de vie (en nombre de cycles) soit réduite de 40% ! Et seulement 3% suffit déjà à faire des dégât.
Il est donc impératif que les résistances d'un pack de cellules mises en parallèle soient identiques, car il faut charger chaque cellule à un voltage précis qui dépend de son niveau de charge. Et donc si je charge plusieurs cellules qui n'ont pas la même charge à un voltage unique certaines seront dégradées (c'est à ça que sert l'équilibrage des cellules). A lire : pourquoi la vitesse de charge ralentit et est évolutive tout au long du processus ?
Enfin, si une des cellules d'un pack de cellules mises en parallèle a une résistance d'autodécharge élevée, alors cela provoquera la décharge des autres cellules jointes ...
Dans le cas où a batterie est rechargée régulièrement ça ne posera pas trop de souci. En revanche, si il y a déséquilibre dans un groupe mis en parallèle, alors il se déchargera tout seul pour atteindre le niveau critique de 0V (très néfaste pour les cellules tout en risquant un incendie lors de la charge).
Et il suffit qu'un seul groupe soit à 0V pour que le BMS empêche la charge de la batterie dans son ensemble ... Il est donc avantageux de laisser sa voiture branchée quand elle n'est pas utilisée un certain temps afin que le BMS puisse gérer tout ça en injectant parfois du courant là où il le faut.
Série + parallèle
En réalité une batterie se compose de packs mis en série parallèle comme vous pouvez le voir ci-dessous.
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