Optimiseur de batterie Indevolt : avancée technologique pour les centrales électriques de balcon avec stockage

Avec la généralisation des installations solaires empilables avec stockage sur les balcons des ménages, les différences de capacité utile des batteries et les problèmes techniques liés à la combinaison d’anciennes et de nouvelles batteries deviennent de plus en plus évidents. La quantité totale d’énergie utilisable du système est souvent limitée par ce que l’on appelle « l’effet goulot d’étranglement », dans lequel la cellule de batterie la plus faible réduit considérablement la performance globale. La situation devient particulièrement critique lorsqu’une cellule tombe complètement en panne, car cela entraîne l’arrêt complet du système.

Indevolt est la première entreprise à commercialiser un système de stockage solaire pour les installations solaires équipé en série d’une technologie d’optimisation des batteries intégrée. Comment cette innovation dépasse-t-elle les limites techniques actuelles et qu’est-ce que cela signifie pour l’avenir du stockage d’énergie domestique ? Cet article apporte les réponses.

La capacité de la batterie n’est pas synonyme d’énergie utilisable

Dans les systèmes de stockage d’énergie domestiques, la quantité d’énergie réellement utilisable est d’une importance centrale. Bien que les batteries d’une même série offrent initialement des performances similaires, les processus de vieillissement, les cycles de charge et de décharge, ainsi que les fluctuations de température et d’humidité entraînent au fil du temps une perte de performance significative.

Lorsque la consommation électrique du ménage augmente, la capacité de stockage initiale devient insuffisante – de nouvelles batteries sont alors ajoutées. Cependant, l’opération mixte de batteries anciennes et nouvelles aggrave le problème :

Lors de la charge, les batteries anciennes présentent une résistance interne plus élevée et une efficacité moindre, ce qui laisse les nouvelles batteries inactives. La puissance de charge du système diminue. Lors de la décharge, les batteries anciennes se vident plus rapidement, tandis que les nouvelles sont surchargées – ce phénomène entraîne une usure inégale et une durée de vie plus courte.

Que ce soit en raison du vieillissement ou d’un fonctionnement mixte, tous ces facteurs réduisent la quantité de stockage disponible et donc l’utilité réelle du système.

Pourquoi une batterie vieillissante ralentit-elle l’ensemble du système ?

Commençons par les bases techniques du montage en série traditionnel : il s’agit essentiellement d’un montage parallèle centralisé – tous les pôles positifs des batteries sont reliés entre eux, tous les pôles négatifs sont montés en parallèle, ce qui crée un mode de fonctionnement avec « tension et superposition de courant identiques ».

L’inconvénient majeur de cette structure est que, lorsque les tensions ou les résistances internes des différents groupes de batteries sont différentes, le courant circule à l’inverse de la logique de transfert d’énergie, c’est-à-dire des groupes de batteries à faible résistance interne vers les groupes de batteries à forte résistance interne, formant ainsi un circuit inefficace au sein du circuit fermé.

La raison principale de ce circuit inefficace est l’incohérence entre les performances des groupes de batteries, qui sera expliquée plus en détail ci-dessous :

 

1. Différence de tension : décharge passive de « haute tension » à « basse tension »

Le degré de vieillissement, la température de fonctionnement et la capacité initiale des packs de batteries peuvent entraîner des différences, de sorte que leur tension à l’état complètement chargé n’est pas identique. Par exemple, en raison de sa courte durée d’utilisation et du bon état de ses cellules, le bloc-batterie A atteint une tension de charge complète de 52 V, tandis que le bloc-batterie B, en raison de nombreux cycles de charge et de décharge fréquents au fil des ans et d’un vieillissement important, n’atteint qu’une tension de charge complète de 50 V. Lorsque les deux sont connectés en parallèle, la tension élevée de la batterie A conduit le courant vers la batterie B, ce qui fait qu’une partie de l’énergie qui devrait en fait servir entièrement à l’alimentation forme un « cycle de décharge-charge » dans la batterie. Ce courant est donc un gaspillage d’énergie totalement inutile. De plus, il accélère la surcharge de la batterie B et la décharge excessive de la batterie A, ce qui réduit encore davantage la durée de vie des batteries.

2. Différences dans la résistance interne : « conflits » entre « faible résistance interne » et « forte résistance interne »

La résistance interne est l’un des facteurs clés de l’inefficacité d’une source d’alimentation. Son ampleur a un impact direct sur la puissance de sortie et la durée de vie de l’appareil. Dans le cas d’une batterie présentant une résistance interne élevée, la loi d’Ohm (I=U/R) entraîne une réduction du courant de sortie. Les packs de batteries en bon état doivent quant à eux absorber une quantité excessive de courant. Cette charge déséquilibrée entraîne non seulement un cycle énergétique inefficace entre les packs de batteries, mais accélère également le vieillissement général en raison de la chaleur générée par la résistance interne, ce qui conduit à un cercle vicieux de « détérioration du circuit électrique → déséquilibre de la résistance interne → détérioration accrue du circuit électrique ».

3. Répartition inégale de la température : l’effet amplificateur des « différences de température »

Si le système de refroidissement ne parvient pas à réguler précisément la température pendant le fonctionnement de la batterie, cela entraîne une répartition inégale de la température entre les différents blocs de batterie, la température et la résistance interne étant étroitement liées : chaque augmentation de 10 °C de la température entraîne une baisse d’environ 5 % de la résistance interne du bloc de batterie. Les packs de batteries à basse température et à haute résistance interne ont une puissance de sortie inférieure, tandis que les packs de batteries à haute température et à faible résistance interne ont une puissance de sortie bien supérieure à la normale, ce qui aggrave les problèmes de gaspillage d’énergie et d’endommagement des batteries dans le système.

Optimiseur de batterie – pour un état optimal de chaque batterie

L’analyse ci-dessus montre que les systèmes de stockage d’énergie conventionnels souffrent principalement de l’« effet tonneau en bois » en raison des effets de rétroaction entre les blocs de batteries, ce qui non seulement entraîne un gaspillage de la capacité totale, mais accélère également l’usure du système. Ce problème technique est désormais résolu grâce au système de stockage d’énergie pour balcon Indevolt SolidFlex 2000, une innovation révolutionnaire. L’optimiseur de batterie qu’il contient est équipé d’un système indépendant pour chaque bloc de batterie, ce qui confère au système de stockage d’énergie une sorte de « réseau neuronal intelligent » et résout ainsi le problème traditionnel à un niveau fondamental. Dans les paragraphes suivants, nous analyserons en détail comment cette technologie innovante redéfinit l’efficacité et la durée de vie du stockage d’énergie dans les foyers.

Qu’est-ce qu’un optimiseur de batterie ?

Commençons par examiner l’architecture principale des optimiseurs de batterie et des systèmes centralisés traditionnels.

Grâce à l’installation d’un optimiseur d’énergie dans chaque bloc-batterie, le système peut surveiller en temps réel l’état de fonctionnement de chaque cellule de batterie et les réguler indépendamment les unes des autres. Des paramètres tels que la perte de capacité, les variations de tension et de température des différents modules sont ainsi contrôlés avec précision. Parallèlement, la régulation dynamique de l’équilibrage, qui consiste à adapter dynamiquement les seuils de charge et de décharge en fonction de l’état de la batterie, l’utilisation d’une stratégie qui donne la priorité à l’état des batteries afin d’utiliser en premier lieu les batteries en bon état et de réduire ainsi le nombre de cycles de charge des batteries vieillissantes, ainsi que la compensation active de la tension de tous les blocs-batteries, évitent « l’effet tonneau », dans lequel les batteries les plus faibles nuisent aux performances.

Les avantages concrets sont les suivants :

1. Augmentation de l’efficacité et durée de vie prolongée

Grâce à une commande modulaire, chaque bloc-batterie peut fonctionner indépendamment. Les batteries en bon état sont davantage sollicitées, tandis que celles qui sont affaiblies sont ménagées. Cela améliore l’efficacité globale et prolonge la durée de vie du système.

2. Capacité utile plus élevée

Dans un système de batterie classique, la capacité totale du système est limitée par la batterie la plus ancienne et la moins performante lorsqu’une batterie ancienne est connectée en parallèle avec deux batteries neuves. Grâce à l’utilisation d’un optimiseur de batterie, chaque batterie est chargée et déchargée indépendamment les unes des autres, de sorte que l’ancienne batterie peut déployer sa capacité réelle et que les nouvelles batteries peuvent fonctionner à pleine puissance. Cela augmente la capacité utile du système d’au moins 10 %.

Exemple de calcul avec SolidFlex 2000 (une ancienne batterie + deux nouvelles batteries) :

3. Isolation des défauts en quelques millisecondes

Les systèmes de stockage d’énergie empilés traditionnels utilisent une topologie centralisée. Lorsqu’un seul module de batterie tombe en panne, un mécanisme se déclenche et force l’arrêt de l’ensemble du groupe, ce qui réduit l’efficacité du système et la sécurité de l’alimentation. Les optimiseurs de batterie basés sur une architecture de gestion intelligente distribuée disposent d’une fonction d’isolation des défauts en quelques millisecondes. Lorsqu’ils détectent une anomalie lors de la charge ou de la décharge d’un module de batterie, ils coupent immédiatement le canal du module défectueux, tandis que les autres modules fonctionnels continuent de fonctionner à pleine puissance.

4. Équilibrage actif

Dans le cadre du système de gestion de batterie (BMS), nous obtenons un calibrage précis de la tension de deux cellules grâce à une technique spéciale de circuit d’équilibrage : D’une part, l’énergie excédentaire des cellules à forte charge est dérivée avec précision afin d’éviter un vieillissement accéléré de certaines batteries dû à une surcharge prolongée, de sorte que toutes les batteries du groupe présentent toujours un état de charge similaire, ce qui améliore considérablement la cohérence du groupe de batteries. D’autre part, nous réduisons les écarts de tension cumulés des différentes cellules pendant le processus de charge et de décharge et diminuons les dommages irréversibles tels que le vieillissement et la séparation de l’électrolyte causés par des déséquilibres à long terme. Cela empêche une seule cellule de limiter la capacité de l’ensemble de la batterie en raison de l’« effet de tonneau », ce qui prolonge considérablement la durée de vie de la batterie. Cela améliore l’uniformité du bloc-batterie et empêche la limitation due à des cellules individuelles faibles.

5. Problèmes résolus à la source

Plus il y a de cellules, plus les problèmes de dégradation de la capacité du système, de réduction de la durée de vie et de perte d’efficacité sont prononcés, ce qui peut même entraîner des risques potentiels pour la sécurité.

Pour résoudre ce problème dans le secteur, Indevolt SolidFlex 2000 utilise une conception innovante et minimaliste avec deux cellules haute capacité connectées en série et renonce complètement à une connexion en parallèle : la réduction significative du nombre de cellules diminue considérablement le risque de pertes dues à l’équilibrage de la connexion en série et évite parfaitement les pertes de puissance causées par le manque de cohérence des cellules dans les connexions en série et en parallèle traditionnelles. Cette conception permet non seulement d’augmenter considérablement les performances du système, mais offre également de nombreux avantages tels qu’une efficacité accrue, une durée de vie plus longue, des risques réduits et une capacité utile plus élevée.

Conclusion : efficacité, fiabilité et viabilité

En résumé, on peut dire que tandis que les systèmes de stockage d’énergie conventionnels restent limités par « l’effet tonneau » et les goulots d’étranglement qui en découlent, Indevolt SolidFlex 2000 résout le problème des déséquilibres dans le bloc-batterie grâce à une combinaison de trois technologies : « optimiseur de batterie + cellules haute performance + circuit d’équilibrage spécial ». Cela permet une gestion et une optimisation indépendantes de chaque bloc de batteries, augmente la capacité utile, prolonge la durée de vie des batteries et améliore le retour sur investissement du stockage d’énergie.