Sources d'alimentation bidirectionnelles de simulation du réseau : peuvent-elles réduire les pertes d'énergie lors des essais de batteries ?

Défis liés aux essais de performance des batteries

Dans une installation d'essais de performance des batteries, plusieurs obstacles opérationnels sont posés par les systèmes d'essai traditionnels. Premièrement, durant les cycles d'essai, ces systèmes perdent de l'électricité en dissipant de l'énergie. Dans les systèmes d'essai traditionnels, l'énergie est perdue sous forme de chaleur, de charges résistives et de besoin de refroidissement supplémentaire. En définitive, les systèmes d'essai traditionnels entraînent des pertes énergétiques supplémentaires.

Une solution à ces défis consiste à intégrer des sources d’alimentation de simulation réseau bidirectionnelles dans les équipements d’essai de performance des batteries. Contrairement aux systèmes d’essai traditionnels, les sources d’alimentation de simulation réseau bidirectionnelles ne perdent pas d’énergie sous forme de chaleur, car l’appareil d’essai est capable de capter et de réinjecter l’énergie déchargée dans le réseau électrique de l’installation.

Comprendre le processus d’essai régénératif

Le principe de récupération d’énergie dans les essais de batteries est direct, et les systèmes concernés sont à la fois simples et sophistiqués. Lorsqu’un module ou un pack batterie est soumis à un essai de décharge, le système bidirectionnel fonctionne en mode récepteur et prélève de l’énergie sur la batterie. Cette énergie est convertie à l’aide d’un onduleur CC-CA à haut rendement. Plutôt que de la gaspiller sous forme de chaleur, le système est synchronisé avec le réseau électrique de l’installation, ce qui permet de réinjecter cette énergie pour une réutilisation ultérieure.

La réduction de la chaleur générée procure également d'autres avantages. Moins de chaleur signifie que l'environnement de test est plus confortable pour les techniciens ; ceux-ci ne sont pas exposés à autant de chaleur provenant du système ; en outre, les systèmes doivent assurer un refroidissement moindre, ce qui entraîne une diminution des besoins en maintenance, une fiabilité accrue et une durée de vie prolongée.

Applications dans les essais de modules et de blocs de batteries

La validation moderne des performances des batteries est bien plus complexe qu'un simple essai de capacité. Les ingénieurs doivent également évaluer la réponse dynamique, les caractéristiques de résistance interne ainsi que la réaction aux charges telles qu'elles se produisent réellement en conditions d'utilisation. Le système d'essai équipé d'un simulateur réseau bidirectionnel contrôlable est capable d'exécuter des programmes d'essai complexes et de simuler, selon les besoins, une charge réelle.

Par exemple, pour tester les batteries des véhicules électriques, l’équipement d’essai doit simuler un cycle de conduite présentant certaines caractéristiques, notamment une accélération brutale (décharge élevée), suivie d’un freinage régénératif (ce qui implique que la batterie doit être rechargée rapidement). Les systèmes bidirectionnels permettent un basculement sans effort entre les modes « délivrance » et « absorption » de puissance, ce qui les rend idéaux pour les configurations nécessitant des transitions rapides de charge.

Lors de la validation des systèmes de stockage d’énergie, la capacité à simuler l’interaction avec le réseau électrique est essentielle. L’équipement d’essai doit certifier que les systèmes batteries sont capables de répondre aux signaux de régulation de fréquence, soit en consommant, soit en fournissant de l’électricité, selon l’état du réseau. Grâce à la technologie bidirectionnelle, un seul appareil peut assumer ces deux fonctions simultanément, réduisant ainsi la complexité de la configuration d’essai tout en améliorant la précision des mesures.

Fournir des interfaces de communication pour les essais automatisés

Tester les performances des batteries repose entièrement sur des interfaces de communication sophistiquées, ou modules. Les modules de communication permettent au système de gestion de la batterie (BMS) de dialoguer avec le superviseur de contrôle et le contrôleur. Les systèmes d’essai modernes peuvent utiliser, et sont compatibles avec, de nombreuses normes industrielles de communication, telles que le bus CAN, RS485, RS232 et Modbus. Cette variété d’interfaces de communication facilite la mise en place d’un système de test automatisé.

Dans les essais de batteries, la communication par bus CAN fait partie des normes de communication hautement prioritaires en raison de sa grande fiabilité et de sa capacité à assurer une communication en temps réel. En outre, cette norme de communication permet une interaction directe entre l’équipement d’essai et le module de commande individuel (BMU) du bloc-batterie. Cette interaction permet à l’équipement d’essai de déterminer les mesures de tension et de température de chaque cellule individuelle, ainsi que d’effectuer un cycle de charge ou de décharge pour l’ensemble du bloc-batterie. Cela confère à l’équipement la capacité de garantir des conditions d’essai sûres et de surveiller tous les paramètres pendant l’essai.

Les configurations en cascade facilitent les tests et la communication entre plusieurs canaux. Cette conception permet aux utilisateurs de réduire la quantité de câblage tout en assurant un transfert de données à haute vitesse. Elle permet également d’étendre le système de test en autorisant les dispositifs à fonctionner en parallèle ou ensemble afin d’effectuer un test synchronisé de plusieurs dispositifs. Cette conception permet aussi aux utilisateurs de tester une grande variété de dispositifs, tels qu’un module batterie individuel ou un important système de stockage d’énergie.

Comprendre les besoins du système contribue à développer un système précis.

Les essais de batteries exigent une grande précision afin de garantir la validation des caractéristiques de la batterie. Les essais de blocs (pack) et de modules offrent une précision de ±0,05 %, ce qui permet de capturer avec exactitude les détails du comportement du système de test pendant l’essai.

Pour identifier les problèmes liés au système de test des performances de la batterie, aux incohérences observées lors de la fabrication ainsi qu’aux batteries défectueuses en cours d’utilisation, qui sont des problèmes liés aux cellules. La mesure de la résistance de la batterie est essentielle et nécessite une grande précision de la tension afin d’appliquer une impulsion sur la batterie lors d’un test par impulsion. Des tensions élevées pendant le test permettent d’obtenir les données les plus importantes à analyser en vue d’évaluer les risques pour la sécurité.

La précision mentionnée s’applique à l’ensemble du système de test. Cela signifie que le système de test peut fournir des mesures précises pendant l’essai, même à des tensions extrêmement basses ou élevées. Cette plage autorise une excellente reproductibilité et comparabilité.

Avantages sur les plans économique et environnemental

La justification financière des équipements d'essai régénératifs continue de s'améliorer à mesure que les coûts énergétiques augmentent et que les volumes d'essais croissent. Bien que les coûts d'investissement initiaux puissent être supérieurs à ceux des systèmes résistifs traditionnels, les coûts d'exploitation réduits liés à une consommation d'énergie moindre entraînent des périodes d'amortissement favorables pour les installations réalisant des essais continus ou à haut volume.

Les systèmes de récupération d'énergie présentent également des impacts environnementaux positifs. Les laboratoires d'essais de batteries consomment une grande quantité d'énergie électrique, et les systèmes régénératifs contribuent à l'objectif de durabilité de l'entreprise en réduisant les déchets. Le recyclage de l'énergie utilisée lors des essais, au lieu de la laisser se transformer en chaleur résiduelle, réduit ainsi l'empreinte carbone de l'installation d'essais.

La capacité de fonctionner de manière économe en énergie crée un avantage concurrentiel pour les fabricants de batteries et les laboratoires d’essais tiers. La mise en œuvre de pratiques économes en énergie est devenue un critère important dans le processus de sélection des fournisseurs, et les systèmes d’essai régénératifs constituent un moyen concret de démontrer son engagement en faveur de la durabilité.

Mise en œuvre du point de vue technique

Divers paramètres techniques doivent être pris en compte pour les systèmes d’essai bidirectionnels destinés aux modules et aux packs de batteries. Parmi ceux-ci figure l’évolutivité en puissance, qui désigne la capacité du système à répondre aux besoins des modules ainsi que des grands systèmes de stockage d’énergie. Les systèmes modulaires fonctionnant en parallèle permettent de satisfaire des besoins d’essai variés sans nécessiter l’achat de nouveaux systèmes.

Chaque type de batterie possède ses propres plages spécifiques de tension et de courant à tester, et les systèmes modernes vous permettent de personnaliser ces sorties dans une plage donnée afin de s’adapter aussi bien aux modules basse tension qu’aux systèmes haute tension, tels que les batteries automobiles ou les batteries destinées au stockage à l’échelle du réseau. La fonction autoranging garantit que vous puisez la puissance maximale dans diverses conditions d’essai, ce qui augmente l’efficacité de l’équipement testé.

Le temps de réponse influence fortement la qualité de la simulation des conditions dynamiques. Les systèmes dotés de temps de montée rapides en courant et utilisant un échantillonnage haute vitesse sont capables de capturer les comportements de ces systèmes transitoires, contrairement aux systèmes plus lents qui pourraient les ignorer, ce qui permet d’obtenir un essai de performance de batterie plus complet.

Résumé : avantages et importance de la technologie bidirectionnelle dans les essais de batteries

L'utilisation de sources d'alimentation de simulation réseau bidirectionnelles comme composant des systèmes d'essai de performance des batteries permet une réduction significative des coûts énergétiques associés aux opérations d'essai des batteries.

Les premiers utilisateurs de systèmes régénératifs obtiendront un avantage concurrentiel à mesure que les exigences en matière d'essais augmenteront et que les coûts énergétiques liés aux batteries s'accroîtront. Les installations équipées de matériel obsolète font face à un rendement décroissant, car la nécessité de procéder à des essais de manière sophistiquée, efficace et durable devient la norme industrielle.

Il apparaît très clairement que la technologie bidirectionnelle ne permet pas seulement de minimiser les pertes d'énergie, mais qu'elle établit également une référence importante pour des essais de performance des batteries durables et économiquement viables.