Notions électriques - recharge CCCV, capacité réduite et taux de charge

Previous Topic Next Topic
 
classic Classique list Liste threaded Arborescence
9 messages Options
Répondre | Arborescence
Ouvrir ce message en vue arborescente
|

Notions électriques - recharge CCCV, capacité réduite et taux de charge

proflutz
Ce message a été mis à jour le .
Pour le bénéfice de la communauté, voici la première d'une série de capsules sur l'électricité.

Le processus standard de recharge des piles lithium ion, CCCV

La recharge se fait en 2 temps: une phase à constant currrent et une 2e phase à constant voltage d'où l'acronyme CCCV.

Phase CC: à courant constant


La phase à courant constant se fait nécessairement à voltage variable: la source 'intelligente' choisi toujours le bon voltage pour que soit maintenu le courant désiré. Mais puisque la pile se recharge (en regénérant ses réactifs chimiques) la tension à ses bornes augmente et donc au borne du chargeur aussi. Dans le graphique suivant, la phase CC dure envirion 7 minutes. C'est un graphique enregistré lors de la charge d'une Leaf mais le processus est le même pour toutes les li-ion (il y a d'autres méthodes, pulsée, etc... mais restent marginales)


Phase CV: à voltage constant


Le voltage de la phase CC monte jusqu'à quelle valeur?  Jusqu'à la valeur choisie par le BMS et communiquée au chargeur. Cette valeur sera gardée constante et n'est jamais dépassée lors de la charge, Nissan a choisi de topper les cellules à 4.1V alors que la réaction chimique pourrait monter jusqu'à 4.2V et ce dans le but de ménager la batterie pour une plus grande durée de vie (plus de détail sur la capacité réduite plus loin). Cette phase à voltage constant est appelée CV. Ici le CV de la Leaf est  96 modules fois 4.1V soit 394V.



Power


Si on fait le produit tension fois courant on obtient la puissance en Watt (ici en DC donc pas de VA!). Puisque dans la phase CC le voltage augmente, la puissance aussi. Inversement dans la phasse CV le courant diminue donc la puissance redescend: la puissance est maximale à la transition CC-CV, 52 kW pour la Leaf dans le graphique suivant:



Conduite avec capacité affaiblie (ou Qui veut aller loin ménage sa monture)


Les cellules utilisées par Nissan sont fabriquées par l'Automotive Energy Supply Corporation (AESC), un joint venture etablit par Nissan et NEC en 2007.  Elles sont composées d'oxyde de lithium-manganèse (LiMn2O4) avec LNO incorporé (Lithium Nickel Aluminium Oxide). Le battery pack est de configuration 96S2P (96 série 2 parallèles), les cellules (sous forme de pochettes, voir sur AESC) sont mises en parallèles (2 par modules) puis en serie.

Chaque pochette peut contenir 32.5 Ah, donc un module, 65 Ah. Des modules en série ne font pas augmenter la capacité alors le bloc peut lui aussi contenir 65 Ah et sous une tension nominale de 3.8V par cellule, ça fait 65x3.8x96 = 23.7 kWh.

Le bloc pourrait fournir 24 kWh chargé à ras bord et vidé complètement mais cela écourterait sa vie. Nissan limite la recharge à 4.1V alors qu'elle pourrait aller jusqu'à 4.2V et limite également la décharge: le BMS (battery management system) éteint tout à 3.2V alors que la cellule peut descendre jusqu'à 2.5V . En conséquence, le bloc n'est rempli qu'avec une charge de 62 Ahr qui résulte en une énergie stockée de 22.5 kWh (@3.8V). Vous pouvez vérifier ces valeurs sur la courbe de décharge suivante, faite avec un module de Leaf:



Taux de charge


Les taux de charge (et décharge) sont souvent désignés en unité de C, (C-rate en anglais) et non pas en Ampères. Comment convertir une valeur de C-rate en Ampère? Dans le graphique suivant, à quel courant correspond les taux 1C et 1/3C?



Pour cette conversion, il faut convenir que le nombre de C correspond au nombre de fois que vous déchargeriez votre pile en 1 heure (sans compter le temps pour les recharges). Lorsque vous déchargez à 1C (courbe verte), le temps nécessaire sera de 1 hr. Ici la pile contient 32.5 Ahr, il faudra fournir 32.5A. La même pile déchargée à 1/3C (courbe turquoise) le sera en 3 heures (car vous déchargez de ⅓ en 1h) et devra fournir un courant de 32.5A/3 soit 10.8A .


Une recharge vraiment rapide, les BRCC?

Combien de C correspond 120A pour la Leaf? t=Q/I=58.9/120=0.49hr et C=1/t donc c'est un recharge à 2C, alors qu'on peut recharger à 5C! Mais avec dégradation de la durée de vie...

Les graphiques et valeurs sont tirés de


EV Battery Degradation and Scan with Leaf Spy Pro

"Re: Nissan Leaf: SOC curve" sur www.diyelectriccar.com

Rajagopalan, Satish & Maitra, Arindam & Halliwell, John & Davis, Morgan & Duvall, Mark. (2013). Fast charging: An in-depth look at market penetration, charging characteristics, and advanced technologies. 1-11. 10.1109/EVS.2013.6914945. EVS27

Yutaka Motoaki, Matthew G. Shirk, 2017. Consumer behavioral adaption in EV fast charging through pricing. Energy Policy Volume 108, September 2017, Pages 178-183 sci-hub.

PS

L'application LeafSpy évalue la SOH en comparant avec une capacité de 66 Ahr, ce qui est excessif. Il est convenu que la capacité énergétique maximale d'un bloc neuf est de 281 GIDs soit 22.5 kWh. À combien d'Ahr cela correspond dépend de la valeur moyenne de la tension (Vmoy) que vous choisissez et utilisez dans ce calcul: 22.5*1000/(96*Vmoy)
Répondre | Arborescence
Ouvrir ce message en vue arborescente
|

Re: Notions électriques - recharge CCCV, capacité réduite et taux de charge

proflutz
Ce message a été mis à jour le .
CONTENU SUPPRIMÉ
L'auteur a supprimé ce message.
Répondre | Arborescence
Ouvrir ce message en vue arborescente
|

Re: Notions électriques - recharge CCCV, capacité réduite et taux de charge

Michel Lacasse
Très intéressant! Merci beaucoup! La dégradation, pour moi qui a une Leaf fin 2013 avec une batterie de 24 kw n'est pas encore apparente. J'ai 65000 km. Je recharge 4 fois/semaine sur une BRCC un 40% à chaque fois.
Michel Lacasse
Daveluyville
Tesla M3 argent avec autopilotte
 Ford Fusion Energi Vendu
Leaf SV 2013 Vendu



Répondre | Arborescence
Ouvrir ce message en vue arborescente
|

Re: Notions électriques - recharge CCCV, capacité réduite et taux de charge

proflutz
Content de voir que l'usage fréquent de BRCC ne dégrade pas la batterie (j'ai choisi une Leaf avec CHAdeMO). Je précise que le titre de la section Conduite avec capacité affaiblie était un jeu de mot (ref. à la conso d'alcool ) et ne concerne pas l'affaiblissement de la pile avec le temps mais bien le choix de Nissan de n'utiliser que 90% du stockage pourtant disponible.

Un titre plus juste serait Capacité restreinte pour une durée de vie prolongée.
Répondre | Arborescence
Ouvrir ce message en vue arborescente
|

Re: Notions électriques - recharge CCCV, capacité réduite et taux de charge

David Sylvestre
Belle capsule d'information.  Ça serait intéressant de le publier dans les actualités de l'AVÉQ. Pour contacter la rédaction: martin@aveq.ca
Nissan LEAF SV 2014, borne EVDuty 30A
Carleton-sur-Mer, Gaspésie (Baie-des-Chaleurs)
Répondre | Arborescence
Ouvrir ce message en vue arborescente
|

Re: Notions électriques - recharge CCCV, capacité réduite et taux de charge

rudyrednose
Merci beaucoup !
Volt LT 2017
Couronne nord MTL
Répondre | Arborescence
Ouvrir ce message en vue arborescente
|

Re: Notions électriques - recharge CCCV, capacité réduite et taux de charge

Conan
Ce message a été mis à jour le .
En réponse à ce message posté par proflutz
Les batteries (cellules) nommé (pochette) ce nome: Prismatic Cell, voila le vrai nom.

Également, on devrait jamais dépassé 1C pour la recharge, si non vous dégradé la batteries plus rapidement donc duré de vie moins longue. Il y a des chimie de lithium qui son bâti pour etre rechargé moins rapidement sois 1/3 exemple. (Pour une duré de vie maximal) (a 21c).

Par compte, plus il fait froid, plus vous devez baisser l'ampérage de recharge donc en bas de 1C.

Avec un contrôle de la température on peux jouer la dessus et dépassé le 1C sans trop de problemes. La chaleur est l’ennemie #1. a 21, 26 degré, on est au maximum de la performance.
Répondre | Arborescence
Ouvrir ce message en vue arborescente
|

Re: Notions électriques - recharge CCCV, capacité réduite et taux de charge

Richard non grata
En réponse à ce message posté par proflutz
CONTENU SUPPRIMÉ
L'auteur a supprimé ce message.
Répondre | Arborescence
Ouvrir ce message en vue arborescente
|

Re: Notions électriques - recharge CCCV, capacité réduite et taux de charge

proflutz
Rich wrote
Salut, même si tu dis 'le processus est le même pour toutes les li-ion', comme tu mentionne Nissan, Leaf, Leafspy, AEFC, etc....

Les BMS étant différents d'un modèle à l'autre

Est-ce les même chiffres pour les Lithium-Ion-Polymère?
je ne sais pas, j'ai trouvé Charge and discharge characteristics of Li-polymer are identical to other Li-ion systems and do not require a dedicated charger. à Battery University. Mais comme le précise Conan, même la température change les chiffres... toutes ces courbes auraient dû être accompagnées de la T à la quelle les mesures ont été faites...

Est-ce les même chiffres pour (...) les autres types de batterie ?
Assurément, non. Les voltages sont différents, la forme des courbes et la façon dont on les charge sont différentes aussi.