Quels que soient le procédé de fabrication, le type d'utilisation ou la capacité des batteries plomb-acide, la tension nominale d'une batterie est généralement de 2 V. Par conséquent, la tension nominale du bloc-batterie (24 V, 48 V, etc.) doit être composée de plusieurs batteries individuelles en série.
La capacité de la batterie est déterminée en fonction des besoins d'utilisation de l'équipement électrique, allant de quelques ampères-heures à des milliers, voire des dizaines de milliers d'ampères-heures. Cependant, pour diverses raisons telles que la production, le transport, la manutention, l'installation et le raccordement, il est impossible de fabriquer une batterie de grande capacité. Cela nécessite de calculer la capacité nominale et la tension de fonctionnement requises à partir de la combinaison de connexions de batteries individuelles.
Connexion en série (augmentation de la tension)
La méthode de connexion en série d'un bloc-batterie consiste à connecter les électrodes positive (+) et négative (-) de plusieurs batteries l'une après l'autre, la première et la dernière bornes constituant la sortie totale. Dans cette méthode de connexion, la tension totale = tension de chaque cellule × nombre de batteries, et la capacité totale = capacité de chaque cellule (reste inchangée). Par exemple, après avoir connecté 4 batteries 12 V 100 Ah en série, la tension totale est de 12 V × 4 = 48 V, et la capacité totale est toujours de 100 Ah (équivalente à une seule cellule).
Il s'agit de la méthode de connexion la plus courante. Une fois la capacité et la tension du bloc-batterie requises déterminées, lorsque la capacité est inférieure à 1 000 Ah, les cellules individuelles sont généralement connectées en série pour former un bloc-batterie. Cette méthode est plus intuitive et pratique pour l'installation, la connexion, l'entretien et la réparation du bloc-batterie. La capacité réelle du bloc-batterie peut être déterminée en trouvant la plus faible capacité individuelle du bloc-batterie.
La connexion en série convient aux appareils nécessitant une tension plus élevée, tels que les véhicules électriques, les systèmes solaires et les équipements industriels. Il convient toutefois de noter que toutes les batteries connectées en série doivent être du même modèle, de la même capacité et du même âge afin d'éviter toute surcharge ou décharge excessive due à une puissance inégale. De plus, un chargeur de tension adaptée (par exemple, un chargeur 48 V) doit être utilisé lors de la charge afin de garantir la sécurité et la durée de vie de la batterie.
Connexion en parallèle (augmentation de la capacité)
La méthode de connexion en parallèle du bloc-batterie consiste à connecter les pôles positif et négatif de toutes les batteries, la puissance totale étant tirée des deux extrémités du groupe parallèle. Dans cette méthode de connexion, la tension totale = tension de chaque cellule (reste inchangée) et la capacité totale = capacité de chaque cellule × nombre de batteries. Par exemple, après avoir connecté 4 batteries 12 V 100 Ah en parallèle, la tension totale reste de 12 V, mais la capacité totale est portée à 100 Ah × 4 = 400 Ah.
Cette méthode n'a aucun impact sur la tension de fonctionnement, elle ne fait qu'augmenter la capacité. Généralement, deux packs de batteries indépendants, composés de cellules individuelles, sont connectés en série et mis en parallèle. Ainsi, les deux groupes de batteries peuvent être entretenus et réparés séparément, et une fois les packs de batteries utilisés en parallèle, le courant de décharge d'un groupe est réduit. Par conséquent, la capacité de décharge réelle des deux groupes de batteries en parallèle sera supérieure à la somme des capacités nominales de chaque groupe sous la même tension de terminaison.
La connexion en parallèle convient aux appareils nécessitant une capacité plus importante et une durée de vie de la batterie plus longue, tels que les systèmes de stockage d'énergie pour camping-cars, les alimentations UPS, etc. Cependant, il convient de veiller à ce que les tensions des batteries en parallèle soient strictement constantes (la différence est de préférence ≤ 0,1 V), faute de quoi la différence de tension pourrait provoquer un retour de courant et endommager la batterie. Pour garantir un fonctionnement sûr et stable, il est recommandé d'utiliser un équilibreur de batterie ou d'ajouter des diodes d'isolation afin d'éviter les problèmes de circulation entre les batteries.
Hybride (série-parallèle, prenant en compte la tension et la capacité)
La méthode de connexion hybride (série-parallèle) du bloc-batterie permet d'optimiser simultanément la tension et la capacité en connectant d'abord en série pour augmenter la tension, puis en parallèle pour augmenter la capacité (ou l'inverse). Dans cette méthode de connexion, la tension totale est égale à la tension d'un groupe série, et la capacité totale est égale à la capacité d'un groupe parallèle multipliée par le nombre de groupes parallèles.
Prenons l'exemple de 8 batteries 12 V 100 Ah connectées en 2 séries et 4 en parallèle : connectez d'abord 2 batteries en série pour former un groupe (12 V × 2 = 24 V, la capacité restante étant de 100 Ah), puis connectez 4 groupes de ces batteries en parallèle, jusqu'à obtenir une puissance de sortie de 24 V 400 Ah (100 Ah × 4).
Cette méthode hybride est particulièrement adaptée aux applications nécessitant à la fois une haute tension et une grande capacité, comme les grandes centrales de stockage d'énergie, les navires électriques et autres applications industrielles. En fonctionnement réel, la cohérence des paramètres de la batterie doit être strictement contrôlée. Les paramètres de performance de chaque groupe de batteries en série doivent donc être parfaitement adaptés, et la différence de tension entre les groupes parallèles ne doit pas dépasser 0,2 V.
Pour les systèmes hybrides complexes, il est fortement recommandé de configurer un système de gestion de batterie (BMS) professionnel afin de garantir une surveillance en temps réel, une gestion de l'équilibrage et une protection de sécurité, afin de garantir un fonctionnement stable et efficace du système.
Notez les points clés suivants.
Lors de l'utilisation de batteries mixtes (c'est-à-dire en combinant des batteries en série et en parallèle), une attention particulière doit être portée aux points clés suivants afin de garantir la sécurité et la stabilité du système :
Cohérence des batteries
Toutes les batteries doivent être du même modèle, de même capacité et d'âge constant, et la différence de tension entre chaque batterie ne doit pas dépasser 0,1 V. Si les performances de la batterie sont irrégulières, la batterie la plus puissante peut inverser la charge de la batterie la plus faible, provoquant une surchauffe, voire des dommages, et affectant gravement la durée de vie et la sécurité du système.
Sélection des câbles et des connecteurs
Pour réduire l'impédance de la ligne, il est recommandé d'utiliser des câbles en cuivre à faible impédance et de section suffisante (par exemple, un câble de 25 mm² peut supporter un courant de 100 A). De plus, les bornes de connexion doivent être étamées ou argentées pour éviter la corrosion au plomb et garantir une connexion électrique stable à long terme.
Mesures de sécurité
Dans chaque circuit série, un fusible de spécifications appropriées (par exemple 1,25 fois le courant nominal) doit être installé pour éviter les dommages dus aux surintensités. En cas de connexion en parallèle, il est recommandé d'utiliser une isolation par diode ou un équilibreur de batterie pour éviter la circulation du courant entre les batteries, réduisant ainsi les pertes d'énergie et les risques de surchauffe.
Gestion de la charge
Le chargeur doit correspondre à la tension totale du système hybride (par exemple, un chargeur 24 V convient à une batterie 24 V). Si les conditions le permettent, un port de charge indépendant peut être configuré pour chaque groupe de batteries en série afin de garantir une charge équilibrée et de prolonger la durée de vie de la batterie.
Le respect des précautions ci-dessus peut améliorer efficacement la fiabilité et la sécurité du système de batterie hybride et éviter les risques potentiels.
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