La caractéristique la plus distinctive d’un système de stockage d’énergie est qu’il comprend un support de stockage d’énergie : les batteries. L'un des principaux indicateurs de performance des batteries est leur vitesse ou capacité de charge et de décharge, souvent exprimée dans les spécifications sous la forme d'un paramètre « ***C », tel que « 0,2C », « 0,3C », « 1C » ou « 2C ». .» Dans les systèmes de stockage d’énergie industriels et commerciaux, la spécification la plus courante est « 0,5 C ». Mais pourquoi 0,5°C est-il le plus fréquemment utilisé ?

1. Qu'est-ce que « C » ?

"C" est l'abréviation de Coulomb, l'unité de charge électrique. Ce concept a été introduit pour la première fois par le physicien français Charles-Augustin de Coulomb et est défini comme la quantité de charge électrique qui traverse la section transversale d'un conducteur en une seconde.

Dans le contexte des batteries de stockage d'énergie, « C » représente le taux de charge et de décharge, qui indique l'ampleur du courant de charge et de décharge. Un taux de charge et de décharge de 1C signifie que la batterie peut décharger toute sa capacité en une heure, tandis qu'un taux de 2C signifie que la batterie peut décharger toute sa capacité en une demi-heure.

2. Comment « C » est-il calculé ou dérivé ?

Le taux « C » est un paramètre conceptuel, contrairement au courant (A) ou à la tension (V) qui sont des valeurs fixes. Par exemple, si un circuit électrique a un courant de 1A, quel que soit l'équipement utilisé pour la mesure, la valeur du courant restera à 1A.

Cependant, pour un taux de charge et de décharge de 1C, cela dépend également de la capacité spécifique de la batterie. Pour une batterie d'une capacité de 1Ah, son courant de charge et de décharge 1C serait de 1A. Pour une batterie d'une capacité de 2 Ah, son courant de charge et de décharge 1C serait de 2 A, et ainsi de suite.

La formule est donc :

Taux de charge/décharge de la batterie (C) = Courant de charge/décharge de la batterie ÷ Capacité nominale de la batterie

Par exemple, une batterie de 1 000 mAh, à 0,2 C, aurait un courant de charge/décharge de 200 mA (1 000 mAh × 0,2), tandis qu'à 1 C, elle aurait un courant de charge/décharge de 1 000 mA (1 000 mAh × 1).

L'utilisation du taux « C » permet de comparer facilement les capacités de charge et de décharge de deux batteries ayant la même capacité totale dans les mêmes conditions. Par exemple, si deux batteries ont toutes deux une capacité de 1 Ah, mais que la batterie 1 a un taux de 3 C, ce qui signifie qu'elle peut charger/décharger à 3 A, tandis que la batterie 2 ne peut charger/décharger qu'à 0,5 C ou 0,5 A, cela montre intuitivement que la batterie 1 a une bien meilleure capacité de charge/décharge instantanée (puissance en rafale).

3. Pourquoi 0,5°C ?

Il est essentiel de comprendre l’impact du taux C sur la batterie :

• Polarisation excessive et résistance interne accrue: Un taux de charge/décharge plus élevé augmente le taux de croissance de la polarisation interne et de la résistance, conduisant à une capacité de stockage d'énergie réduite.
• Perte de matières actives et Li+: Un taux de charge/décharge plus élevé accélère la perte de matériaux actifs et de Li+, entraînant une dégradation de la capacité.
• Consommation d'électrolyte: Un taux de charge/décharge plus élevé augmente la consommation d’électrolyte, affectant encore davantage la durée de vie de la batterie.
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Les batteries au lithium métal typiques utilisent du dioxyde de manganèse (MnO2) comme matériau d'électrode positive, du lithium métallique ou un alliage de lithium comme matériau d'électrode négative et une solution électrolytique non aqueuse spécialisée.

Pour les batteries lithium-ion :

• Réaction de décharge: Li+ + MnO₂ → LiMnO₂
• Réaction aux charges: LiCoO₂ + 6C → Li(1-x)CoO₂ + LixC6

Un taux de charge/décharge trop élevé peut avoir un impact négatif sur la durée de vie de la batterie, il ne doit donc pas être réglé trop haut. Cependant, un taux trop faible, tel que 0,1C, 0,2C ou 0,3C, couramment observé dans les batteries au plomb, signifie un courant de charge faible et une vitesse plus lente. Bien que cela protège mieux la batterie, ce n’est pas idéal pour les projets de stockage d’énergie industriels et commerciaux où le profit provient d’un arbitrage pointe-vallée basé sur les tarifs en fonction du temps d’utilisation fixés par le réseau électrique. Un tarif C inférieur réduit les kWh chargés ou déchargés au cours de la même période, réduisant ainsi le profit quotidien et prolongeant la période de récupération.

En résumé, le choix d’un taux de charge/décharge de 0,5 C équilibre la capacité de charge/décharge, la protection de la durée de vie de la batterie et la compatibilité avec les périodes de pointe. Par exemple, pour un système à armoire unique de 209 kWh ou 215 kWh associé à un PCS (Power Conversion System) de 100 kW, la batterie peut être complètement chargée ou déchargée en 2 heures, en fonction de la durée des périodes de pointe et de vallée définies par diverses sociétés de réseau. Cela garantit que la charge et la décharge peuvent avoir lieu dans le délai spécifié sans perte d'énergie ni de temps et permet d'obtenir le retour sur investissement attendu. Un taux de 0,5°C est donc raisonnable.