La signification de la durée de la phase de tension constante dans la recharge des batteries au lithium

La durée de la phase de tension constante reflète l'ampleur du rapport de courant constant. Du point de vue des données, il s’agit de la représentation la plus directe de l’état interne de la batterie.

I. Qu'est-ce que le rapport de courant constant ?

La technologie de charge standard la plus courante est la charge à courant constant/tension constante, c'est-à-dire CC (courant constant) + CV (tension constante). La phase de courant constant est le processus de charge rapide, au cours duquel le chargeur charge avec un courant fixe élevé et la tension de la batterie augmente continuellement. Lorsque la tension atteint sa limite supérieure (par exemple 4,3 V pour les piles au lithium ternaires), elle passe automatiquement en phase de tension constante. À ce moment-là, la tension reste constante et le courant diminue progressivement jusqu'à ce qu'il tombe à 0,05C-0,1C, moment auquel la charge se termine. Rapport de courant constant = CC / (CC + CV)

II. Le mécanisme de la durée de la phase de tension constante

La durée de la phase de tension constante est fondamentalement affectée par deux facteurs : les changements de résistance interne et de polarisation.

1. Modifications de la résistance interne
Selon la loi d'Ohm U=IR, sous un courant de charge constant, une augmentation de la résistance interne de la batterie entraînera une chute de tension ohmique plus élevée. Il en résulte ce que nous appelons communément une tension « artificiellement élevée » : la quantité réelle de charge stockée à l’intérieur de la batterie est loin d’être pleine, mais la tension aux bornes mesurée de l’extérieur a déjà atteint la tension de coupure de charge, forçant la batterie à passer prématurément de l’étape de courant constant à l’étape de tension constante.

2. Influence de la polarisation
La tension de polarisation fait référence à la différence entre le potentiel de fonctionnement réel de l'électrode et le potentiel d'équilibre thermodynamique. Nous pouvons comprendre cela avec une formule simple : tension mesurée en externe = tension réelle en circuit ouvert de la batterie + chute de tension ohmique + tension de polarisation. À la fin de la charge à courant constant, lorsque la tension mesurée extérieurement atteint la tension de terminaison, après déduction de la chute de tension ohmique et de la tension de polarisation, la véritable tension en circuit ouvert de la batterie est encore bien inférieure à la tension de charge complète.

L'essence de l'étape de tension constante est de réduire progressivement le courant de charge pour réduire simultanément la chute de tension ohmique et la tension de polarisation, permettant ainsi à la véritable tension en circuit ouvert de la batterie d'augmenter lentement jusqu'au véritable niveau de charge complète. Lorsque la résistance de polarisation de la batterie augmente de manière significative, cela signifie qu'un temps plus long et un courant plus faible sont nécessaires pour réduire la tension de polarisation à un niveau suffisamment bas pour terminer la charge de la charge restante.

III. La durée de la phase de tension constante reflète les caractéristiques de la batterie

1. État de santé cellulaire :

Le rapport de courant constant est fortement corrélé positivement à l’état de santé (SOH) de la batterie. Le rapport de courant constant diminue progressivement à mesure que le nombre de cycles augmente.

2. Capacité de charge rapide :

Le rapport de courant constant reflète la capacité de charge rapide. Différents taux de charge (1C, 2C, 3C) entraînent différents rapports de courant constant. De plus, le rapport de courant constant diminue avec l’augmentation du taux de charge. Par conséquent, au même taux de charge, un rapport de courant constant plus élevé indique une meilleure capacité de charge rapide.

3. Performances de sécurité :

Un rapport de courant constant plus faible indique une phase de tension constante plus longue, suggérant une résistance interne plus élevée au sein de la cellule. Une forte baisse du rapport de courant constant avec une augmentation du nombre de cycles cellulaires indique souvent de graves risques pour la sécurité. Une résistance interne élevée entraîne une génération excessive de chaleur pendant la charge, accélérant ainsi le vieillissement de la batterie. Plus dangereux encore, les batteries très vieillies, lorsqu'elles sont chargées avec un faible courant pendant des périodes prolongées à la fin de la phase de tension constante, subissent une détérioration de la dynamique des électrodes négatives, déclenchant facilement le placage au lithium. Le lithium métallique déposé peut percer le séparateur, provoquant des courts-circuits internes, voire un emballement thermique.

4. Cohérence de la batterie
Dans les batteries de véhicules électriques ou de stockage d’énergie, la différence de temps de tension constante entre les cellules individuelles est un indicateur crucial de cohérence. Si la durée de tension constante d'une cellule est nettement plus longue que celle des autres, cela indique un vieillissement plus grave, une résistance interne plus élevée et deviendra un « maillon faible » dans l'ensemble de la batterie, limitant les performances globales et augmentant les risques de sécurité.

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Résumé: La durée de la phase de tension constante pour les cellules neuves est déterminée par le taux de charge, la température ambiante, le système chimique et la tension de coupure de charge.