Batteries Lithium : Comprendre la logique du SoC

Contrairement aux batteries au plomb traditionnelles dont l’estimation du niveau de charge peut être fait simplement en regardant la tension (voltage), l’estimation de celui des batteries au Lithium (LFP) est plus complexe. Chaque manufacturier de batteries au lithium LFP dispose de sa propre stratégie pour déterminer le niveau de charge affiché en pourcentage (SoC).
L’algorithme visant à établir le bon SoC pour une batterie au lithium est donc complexe et dépend donc de chaque fabricant, c’est une question de calcul et de dérive.

Dans cet article, nous expliquons comment le BMS de votre batterie au LFP calcule ce pourcentage et pourquoi il est crucial de « synchroniser » vos batteries régulièrement.

La méthode de mesure : Le comptage de Coulombs

Pour afficher un pourcentage de charge (SoC – State of Charge), les batteries LFP n’utilisent pas la tension, mais une méthode appelée le comptage de Coulombs (Ampères-heures).

Imaginez un compteur d’eau à l’entrée d’un réservoir.

• Le BMS (Battery Management System) utilise un shunt intégré ultra-précis (une résistance de mesure) pour compter chaque ampère qui entre (charge) et chaque ampère qui sort (décharge).
  Chaque batterie possède donc son propre shunt pour comptabiliser l’énergie.
• C’est la méthode la plus fiable pour le lithium, car la courbe de tension du lithium est trop plate pour être utilisée comme indicateur précis.

Pourquoi le pourcentage devient-il faux ? (Le phénomène de dérive)

Cependant, aucun capteur n’est parfait.
Il y a donc deux facteurs principaux qui peuvent fausser le calcul et donc le pourcentage affiché avec le temps :

1. L’erreur du capteur : Si le capteur de courant a une marge d’erreur, même minime (ex: 1 %), et que la batterie effectue des cycles pendant des semaines sans jamais atteindre 100 %, le SoC affiché va « dériver » de la réalité. Le BMS pourrait afficher 50 % alors que la batterie est réellement à 40 %.
2. L’effet « Banc de batteries » : Imaginez cette dérive s’il y a trois batteries en parallèle dans un banc de batteries. Le courant se divise naturellement en trois, ce qui réduit l’intensité mesurée par chaque unité. Cela peut augmenter la marge d’erreur relative de la lecture.

C’est ce que l’on appelle la dérive.

La solution : La synchronisation (Le « Reset »)

Toute fois il existe un solution technique à ce phénomène de dérive, c’est la synchronisation !

Comment réussit-on à surmonter ces défis et à corrige l’affichage?

La synchronisation haute (reset à 100%)

Lorsque l’on charge un banc de batteries LFP et que la tension de chaque batterie atteint un seuil maximal (disons 55,5 V pour un système en 48 V), la batterie est physiquement pleine.

Alors même que le SoC affiché par le BMS était de 85 %, ce dernier reconnaît que cette tension interne de 55,5 V est la preuve irréfutable que la batterie est chargée. Il actualisera alors l’affichage du pourcentage, qui passera alors instantanément de 85 % à 100 %.

Note importante : À partir de cet instant, on considère que nous sommes sur une base solide (un vrai 100 %). C’est pourquoi il est crucial de configurer les chargeurs pour atteindre cette tension périodiquement. Si on ne l’atteint jamais, le SoC affiché deviendra faux avec le temps.

La synchronisation basse (reset à 0%)

L’inverse est tout aussi vrai pour une décharge complète. Si la tension d’une cellule touche son seuil minimal (ex: 2,50 V), le BMS force immédiatement le SoC à 0 %, peu importe ce que disait le compteur (qui pouvait afficher encore 10 %). À partir de là, le système est de nouveau synchronisé.

En résumé

La précision du calcul SoC repose sur un équilibre entre le comptage des ampères-heures et la validation par les tensions limites. Bien que le comptage soit efficace au quotidien, seule la synchronisation (atteindre le seuil de tension haut ou bas) garantit un repère absolu.
Assurez-vous donc que la configuration de vos équipements (onduleurs/régulateurs) permet d’atteindre périodiquement les tensions de synchronisation (ex: 55,5 V en 48 V) pour éviter que l’affichage ne s’éloigne de la réalité.