Une batterie est essentiellement un processus chimique à l’intérieur d’une boîte. La batterie possède de l’énergie chimique et celle-ci est convertie en énergie électrique en cas de besoin.

Les électrons circulent d’une électrode à l’autre dans la batterie. Ce flux produit un courant électrique. Ce flux de courant est le courant que vous utilisez pour alimenter l’équipement.

Tension à vide #

L’une des propriétés d’une cellule est que la tension dépend de la quantité d’énergie restante – l’état de charge (SoC). Plus il y a d’énergie, plus la tension est élevée lorsqu’aucune charge n’est appliquée. Cette tension à vide est appelée tension en circuit ouvert (en abrégé OCV). Cependant, la relation exacte entre la tension en circuit ouvert et le SoC dépend des caractéristiques chimiques de la batterie. Par exemple, le LiFePO4 a une courbe assez plate, notamment entre 40% et 80%, tandis que les chimies NMC et NCA ont une pente plus raide.
Exemple de pente LiFePO4 OCV vs SoC :

Résistance interne #

Chaque cellule de batterie possède sa propre impédance. Pour faire simple, nous ne discuterons que de la résistance DC. La résistance interne de la cellule de la batterie dépend de facteurs tels que le type de batterie, le processus de fabrication, l'âge de la batterie et la température. En général, vous voulez une résistance aussi faible que possible. Moins de résistance signifie moins de perte de puissance et de problèmes. Un BMS maintient la batterie aussi saine que possible, afin de maintenir la résistance interne faible.

Chute de tension #

La résistance interne a des effets sur la tension mesurée. La chute de tension sur la résistance de la cellule peut être calculée avec la formule bien connue :
U = Je x R
Cela signifie que la chute de tension correspond au courant de décharge multiplié par la résistance de la cellule.
Prenons une cellule générique LiFePO4 90Ah qui possède une résistance interne (avec courants DC) d'environ 1 mΩ à 20°C. Lorsque vous tirez 40 A de cette cellule, la chute de tension est :
40A x 0,001Ω = 0,040V
En d’autres termes, lorsque vous déchargez avec 40 A, la tension de la cellule chutera directement à 40 mV en dessous de la tension à vide. Si la tension à vide était de 3,30 V, la tension de la cellule chutera directement à 3,26 V. Lorsque la charge est supprimée, la chute disparaît et la tension revient à la tension à vide.

Tension plus élevée lors de la charge
La chute de tension est inversée lors de la charge. Au lieu d'une tension plus faible, la tension de la cellule deviendra plus élevée lors de la charge. Plus le courant de charge est élevé, plus la tension mesurée sur la cellule est élevée. En suivant le même exemple que ci-dessus, un courant de charge de 40 A fait monter la tension de la cellule à 40 mV au-dessus de la tension à vide. La cellule avec 3,30 V à vide passera instantanément à 3,34 V lors d'une charge avec 40 A.

Influences sur la résistance #

L’un des principaux facteurs déterminants de la résistance interne est la capacité de la batterie. En général : plus la capacité est grande, plus la résistance interne est faible. Une résistance plus petite signifie que vous pouvez charger et décharger avec des courants plus élevés.
Un autre facteur est la température. La température optimale se situe entre 20 et 40 degrés et donne la résistance la plus faible. En dessous de 10 degrés, la résistance augmente rapidement. C’est la raison pour laquelle les voitures électriques doivent d’abord réchauffer la batterie avant de recharger !

Temps de repos #

Avez-vous déjà remarqué que lorsque vous arrêtez de charger, la cellule retombe lentement à une tension inférieure, même lorsque le courant de charge a été supprimé il y a quelque temps ? Cela est dû au processus chimique. Une cellule a besoin de temps avant d’être complètement au repos. Pour LiFePO4, cela peut même prendre jusqu'à 24 heures.