Guide pratique ! Explication détaillée des batteries lithium-ion

1. 1. Concept et définition du pack de stockage d'énergie
2. Un pack de stockage d'énergie, ou pack de batteries, est l'unité d'alimentation principale d'un système de stockage d'énergie. système de stockage d'énergie Le pack de batteries (PACK) combine de nombreuses batteries individuelles grâce à des connexions en série et en parallèle optimisées, et intègre un système de gestion de batteries, un système de gestion thermique, des composants structurels, des composants électriques, etc., pour former une unité de stockage d'énergie complète. Dans un système de stockage d'énergie, le PACK est le « cœur », déterminant directement la capacité de stockage, les caractéristiques de puissance de sortie, etc. Son principe de fonctionnement repose sur le mouvement des ions lithium entre les électrodes positive et négative : lors de la charge, les ions lithium se déplacent de l'électrode positive vers l'électrode négative, et inversement lors de la décharge. Grâce à l'intégration de ses différents composants, le PACK stocke et restitue efficacement l'énergie électrique, assurant une alimentation stable aux parcs éoliens, aux centrales photovoltaïques, etc., et constitue un élément clé pour le stockage et la conversion d'énergie.

2. Composition du bloc-batterie

Les composantes importantes d'un Bloc-batterie Il comprend quatre parties : des modules de batterie individuels, un système électrique, un système de gestion thermique, un boîtier et un BMS.

▷ Module de batterie : Si l'on compare un bloc-batterie à un corps humain, alors le module est le « cœur », responsable du stockage et de la libération de l'énergie électrique.

▷ Système électrique : Il est principalement composé de barres omnibus en cuivre, de faisceaux de câbles haute tension, de faisceaux de câbles basse tension et de dispositifs de protection électrique. Les faisceaux de câbles haute tension constituent les « artères principales » du pack de batteries, alimentant en continu la charge, tandis que les faisceaux de câbles basse tension représentent le « réseau neuronal » du pack de batteries, transmettant en temps réel les signaux de détection et de commande.

▷ Système de gestion thermique : Les systèmes de gestion thermique utilisent principalement deux méthodes : le refroidissement par air et le refroidissement liquide. Ce dernier se divise en refroidissement par plaque froide et refroidissement par immersion. Le système de gestion thermique s'apparente à l'installation d'un climatiseur pour la batterie. Les batteries génèrent de la chaleur lors de leur décharge ; pour garantir leur fonctionnement à une température ambiante raisonnable et optimiser leur durée de vie, l'écart de température entre les deux systèmes doit généralement être inférieur ou égal à 5 °C.

▷ Logement : Composé principalement du boîtier, du couvercle du boîtier, du support métallique, du panneau et des vis de fixation, il peut être considéré comme le « squelette » du bloc-batterie, assurant le support, la résistance aux chocs mécaniques et aux vibrations, ainsi que la protection contre les agressions environnementales.

▷ BMS : Abréviation de « Battery Management System » (Système de gestion de batterie), il peut être comparé au « cerveau » de la batterie. Il est principalement chargé de mesurer les paramètres de la batterie tels que la tension, le courant et la température, et assure également des fonctions comme l'égalisation. Il peut transmettre des données au MES (Manufacturing Execution System, Système d'exécution de la production).

3. Caractéristiques des blocs-batteries

▷ Blocs-batteries lithium-ion nécessitent une grande constance dans les caractéristiques de la batterie (capacité, résistance interne, tension, courbe de décharge, durée de vie) ;

▷ La durée de vie d'un bloc-batterie est plus courte que celle d'une cellule unique ;

▷ Il doit être utilisé dans des conditions spécifiques (notamment courant de charge et de décharge, méthode de charge, température, etc.) ;

▷ Une fois un bloc-batterie lithium-ion assemblé, la tension et la capacité de la batterie augmentent considérablement, ce qui nécessite une protection par l'égalisation de la charge, la surveillance de la température, de la tension et des surintensités ;

▷ Le bloc-batterie doit répondre aux exigences de tension et de capacité prévues.

4. Méthodes d'emballage

▷ Composition série-parallèle : Les modules de batterie sont composés d’éléments individuels connectés en parallèle et en série. La connexion en parallèle augmente la capacité sans modifier la tension, tandis que la connexion en série double la tension sans modifier la capacité. Par exemple, 15 éléments de 3,2 V connectés en série produisent 48 V (augmentation de capacité en série) ; deux éléments de 50 Ah connectés en parallèle produisent 100 Ah (extension de capacité en parallèle).

▷ Exigences relatives aux cellules : Sélectionnez les cellules en fonction des exigences de votre conception. Les cellules connectées en parallèle et en série doivent être du même type et du même modèle, avec des différences de capacité, de résistance interne et de tension ne dépassant pas 2 %. Les batteries souples et cylindriques nécessitent toutes deux plusieurs connexions en série.

Procédé de fabrication des batteries : L’assemblage des batteries s’effectue de deux manières : premièrement, par soudage laser, par ultrasons ou par impulsion, méthodes courantes offrant une bonne fiabilité mais un remplacement difficile ; deuxièmement, par contact métallique flexible, éliminant le besoin de soudage et facilitant le remplacement de la batterie, mais pouvant entraîner un mauvais contact.

Compte tenu du rendement de production, de l'efficacité et de la résistance interne des points de connexion, le soudage laser est actuellement la méthode privilégiée par de nombreux fabricants de batteries.

5. Qu'est-ce qui constitue une ligne de production d'emballages complète ?

Une ligne de production de batteries au lithium désigne un ensemble systématique d'équipements et de procédés nécessaires à la production de batteries au lithium.

Le processus comprend généralement six étapes principales : la fabrication des cellules, les tests des cellules, leur tri, leur assemblage, leur conditionnement et le contrôle qualité. Parmi celles-ci, la fabrication et l’assemblage des cellules sont les plus critiques, car ils influent directement sur les performances et la qualité de la batterie au lithium.

▷ Fabrication des cellules : Il s’agit de la première étape de la chaîne de production et elle peut être divisée en préparation des matériaux d’électrodes positives et négatives, formation de la cellule, injection de l’électrolyte dans la cellule et maturation de la cellule.

La formation des cellules est l'étape la plus critique ; elle fait appel à des méthodes telles que l'enroulement, la lamination et l'estampage. Elle détermine la forme et la taille de la cellule, ce qui influe directement sur ses performances et sa durée de vie.

Différentes méthodes de formage conviennent à différents produits de batteries au lithium, et la méthode spécifique dépend de la situation.

▷ Tests des cellules : Ce processus permet d’éliminer les cellules non conformes, garantissant ainsi le bon déroulement des étapes de production suivantes. Il comprend principalement des tests de capacité, de résistance interne et de température des cellules. Ces tests aident les fabricants à comprendre les performances des cellules, à identifier les problèmes rapidement et à procéder aux ajustements et optimisations nécessaires.

6. Perspectives d'avenir des batteries au lithium

Avec l'expansion continue de batterie de stockage d'énergie Sur le marché, les lignes de production de batteries PACK sont constamment améliorées et perfectionnées afin d'optimiser les performances et la qualité des batteries.

Avec la généralisation de l'automatisation, le processus d'assemblage des batteries passera d'une main-d'œuvre intensive à une approche technologique, axée sur l'adéquation des paramètres et la conception des batteries, le reste étant géré par des machines. À l'avenir, l'évolution technologique des lignes de production de batteries lithium-ion s'articulera principalement autour des axes suivants : 1. Intelligence : grâce à l'intégration de technologies telles que l'intelligence artificielle et l'Internet des objets, la ligne de production sera automatisée, intelligente et basée sur l'information, ce qui améliorera l'efficacité de la production et la qualité des produits.

2. Écologisation : Grâce à l'adoption de matériaux respectueux de l'environnement et à des mesures d'économie d'énergie et de réduction des émissions, le processus de production sera rendu écologique et durable.

3. Personnalisation : Des lignes de production et des services personnalisés seront fournis en fonction des besoins et des exigences des différents clients, améliorant ainsi la satisfaction et la fidélité de la clientèle.

4. Sécurité : En renforçant la gestion de la sécurité et le contrôle des risques, la sécurité et la stabilité du processus de production seront assurées.