La taille utilisable d'une batterie est souvent différente de la taille de la plaque signalétique, et il est important de comprendre avec quoi vous travaillez.
L'état de charge de la batterie (SoC) est similaire à celui de la jauge de carburant d'une voiture ou au niveau de remplissage de votre verre à bière. Il y a deux manières principales d'y penser, Capacités techniques et Capacité opérationnelle. Pour les applications de recharge et pour la conduite et la recharge de véhicules électriques, la capacité opérationnelle, c'est-à-dire la quantité d'énergie que vous pouvez utiliser entre « plein » et « vide », est presque toujours la mesure la plus intéressante. Il est important de reconnaître que la capacité opérationnelle est un choix de conception de l'OEM et certains des compromis impliqués dans sa sélection. Lors de la planification et de l'analyse, il est également important de vérifier que vous travaillez avec la capacité opérationnelle requise.
À l'instar d'un verre à bière, il existe deux manières de penser à « plein » et à « vide » avec une batterie, Capacités techniques, et Capacité opérationnelle. Vous pouvez remplir le verre à bière jusqu'au bord, de sorte que la bière (et non la mousse) soit presque épuisée ; cela équivaut à la capacité technique. Certains pubs utilisent des verres à pinte et le font, mais vous avez tendance à renverser de la bière lorsque vous déplacez le verre. (ici Capacité opérationnelle = Capacité technique) De même, si vous travaillez dans une application extrêmement performante comme les voitures solaires, vous pouvez essayer d'utiliser toutes les capacités techniques pour gagner la course, sachant que les batteries ne seront plus utilisables plus tard.
D'autres pubs utilisent des verres surdimensionnés où il y a un peu plus de place pour la mousse et vous éviterez ainsi de la renverser. (Capacité opérationnelle < Capacité technique) Au fond du verre à bière, vous avez la même différence : vous pourriez prendre une paille et une éponge et essayer de sortir les dernières gouttes de bière du verre (capacité technique), mais vous pourriez avoir des regards amusants au pub, et cela ne vaut pas le détour lorsqu'il y a un robinet de bière en parfait état avec plus de bière à proximité.
La capacité opérationnelle est généralement légèrement inférieure à la capacité technique des batteries pour plusieurs raisons (aucune d'entre elles n'implique de renversement de bière). Il est souvent difficile de travailler avec les extrémités de la charge, qu'elles soient très pleines ou très vides, car les tensions s'éloignent de la valeur nominale. Comme un verre à bière vide où vous pourriez essayer d'en tirer le meilleur parti avec une paille, une batterie très vide aura une résistance interne élevée, ce qui rendra difficile toute consommation d'énergie. Concrètement, cela peut signifier que vous n'avez pas l'accélération à laquelle vous vous attendez, car la batterie ne peut tout simplement pas fournir la puissance requise lorsqu'elle est très faible.
Lorsque le pack est très plein, vous devez le charger plus lentement, ce qui prend plus de temps à charger. Semblable à un verre à bière où il faudrait verser plus lentement pour le remplir à ras bord sans le renverser. L'énergie ne peut entrer nulle part ailleurs dans la batterie, vous ne pouvez donc pas la « renverser » en toute sécurité. Cela peut rapidement se transformer en rendements décroissants, où la recharge peut prendre autant de temps pour passer de 80 % à 100 % que de 20 % à 80 %. La dernière petite quantité d'énergie, de 99 % à 99,9 % de la capacité technique, pourrait prendre beaucoup de temps à être remplie, ce qui rendrait inefficace l'utilisation des ressources de recharge. La batterie se dégrade également davantage à la fin de la charge, ce qui réduira sa durée de vie. Souvent, charger entre 20 et 80 % de la capacité technique d'une batterie lui confère une durée de vie beaucoup plus longue que charger entre 0 % et 100 % de la capacité technique. Le stockage d'une batterie à des températures élevées est généralement mauvais pour sa durée de vie, mais si la batterie est également pleine, cela ne fera qu'empirer l'effet. L'ampleur de ces effets varie en fonction de la chimie de la batterie et de sa conception spécifique.
Il y a des raisons de parler de capacité technique. Pour le marketing, des chiffres plus élevés sont meilleurs, donc parler de capacité technique améliore le son d'une batterie. Dans certains cas, la capacité opérationnelle n'est pas une limite unique. Elle peut varier en fonction de la température, ou il peut y avoir une fonction de réserve où il reste un peu d'énergie en dessous de zéro. (Il en reste encore un peu dans la plupart des voitures lorsque l'aiguille de la jauge de carburant atteint le bas de la zone rouge, mais vous feriez mieux de vous arrêter à la prochaine station-service.) Certaines voitures disposent également d'une fonction de « réserve ». Ils ne factureront qu'à 80 %, à moins que vous ne leur disiez que vous planifiez un voyage en voiture et, s'il vous plaît, passez à 100 %, augmentant ainsi la capacité opérationnelle dans le cadre de la même capacité technique lorsque vous en avez vraiment besoin.
Un exemple illustratif de différence entre la capacité technique et opérationnelle est illustré ci-dessous. La capacité technique correspond à l'autonomie complète de la batterie, qui nécessite dans ce cas un peu plus de 4 heures de charge. La capacité opérationnelle est ensuite définie pour cet exemple entre 10 % et 95 % de la capacité technique. Cela coûte une certaine quantité d'énergie utilisable (15 %) mais contribuera à améliorer la durée de vie de la batterie. Cela réduira également le temps de charge d'environ 1 heure, soit une réduction de 25 % du temps de charge pour une réduction de capacité de 15 % seulement.
Enfin, la limite opérationnelle inférieure de 10 % permettra de maintenir la tension du pack dans une plage étroite comprise entre 670 V et 735 V, au lieu de descendre à 470 V au bas de la décharge. Cela pourrait permettre des câbles plus petits (pour la même puissance, mais avec une tension plus élevée) et une électronique de puissance plus efficace dans tout le véhicule, car la plage de tensions d'entrée n'a pas besoin d'être aussi large.
La plupart des batteries pour véhicules électriques auront une capacité opérationnelle inférieure à leur capacité technique afin de réduire le temps de charge, la dégradation et la plage de tension de fonctionnement. Lorsque vous examinez les données relatives à la taille de la batterie et au comportement de charge, assurez-vous de travailler avec la capacité opérationnelle. La capacité opérationnelle est un choix de conception que le fabricant de batteries peut faire et ajuster si nécessaire au cours du processus de conception. Assurez-vous donc de disposer des données les plus récentes de leur part lors de l'analyse de votre itinéraire et de la charge. La technologie des batteries évolue rapidement. L'exemple présenté ici est basé sur un modèle théorique de simulation de batterie pour illustrer les concepts. Il n'est représentatif d'aucun pack en particulier.
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