Équilibrer les inhomogénéités, ou pourquoi un bus LFP s’arrête parfois [Le cycle de la batterie n°5 | Sortie en 2026]

Il y a cinq ans, grâce aux connaissances de Claudius Jehle, PDG de volytica diagnostics GmbH, nous avons lancé la série d’articles « The Battery Cycle », dans le but de faire la lumière sur les complexités des batteries Li-Ion.

Cette série a fourni une grande quantité d’informations précieuses pour tous ceux qui travaillent dans le domaine de la mobilité électrique.

Aujourd’hui, cinq ans plus tard, nous revenons sur ces mêmes sujets – toujours en collaboration avec Claudius Jehle – enrichis par des données issues du monde réel et des leçons apprises.

Toute la série d’articles, entièrement mise à jour, est également publiée dans un numéro spécial monographique accompagnant les éditions de Sustainable Bus (ainsi que ses plateformes sœurs Sustainable Truck & Van et Powertrain International) tout au long de l’année 2026.

Nous accueillons vos questions, vos retours et vos contributions à l’adresse info@sustainable-bus.com.

Crédit photo : Forsee Power

Mais avec cette astuce simple, de nouveaux problèmes apparaissent : déséquilibre, inhomogénéité, énergie inaccessible et nécessité de trouver un équilibre.

Inhomogénéité : une expérience de pensée

Si nous partons d’un système où toutes les cellules sont identiques, nous rencontrons de sérieux problèmes que nous expliquerons ici. Comme d’habitude, nous commençons par des analogies simples qui conviennent (presque) parfaitement aux conversations quotidiennes. Prenons un système à une seule chaîne (ce qui fonctionne exactement de la même manière avec des systèmes à plusieurs chaînes) et imaginons-le – attention : c’est une métaphore – comme une cascade des verres déjà présentés, se connectant les uns aux autres.

Êtes-vous d’accord pour dire que, tant qu’il n’y a pas de fuite, la quantité de liquide qui entre en haut passe complètement intacte à travers chacune des cellules ?

Ainsi, si maintenant toutes ont exactement la même capacité (SoH, articles ultérieurs), et que toutes commencent à la même hauteur de remplissage (tension), alors elles possèdent toutes le même niveau de contenu initial (SoC). Lorsque le courant circule dans cette cascade, chaque cellule de cet exemple parfait se remplit/vide d’une quantité exactement identique de liquide. Si vous continuez à les décharger, elles atteindront toutes simultanément 0 % de SoC**. Inversement, si vous continuez à les remplir, elles seront toutes pleines à 100 % en même temps.

La batterie se vide soudainement. La conséquence en est une fermeture d’urgence du système, que l’on appelle parfois un événement de décharge soudaine (SDE) : un véhicule qui affichait il y a encore quelques minutes un niveau de charge suffisant et sans problème s’arrête brusquement, avec un niveau de charge tombant à 0 %. D’ailleurs, si vous avez suivi tous les articles jusqu’à présent, vous devriez comprendre pourquoi c’est surtout le LFP qui est sujet à cet effet.

L’équilibrage est essentiel !

Que fait actuellement le fonctionnement d’équilibrage ? En termes très simples : le circuit d’équilibrage du système de gestion des batteries doit veiller à ce que toutes les cellules aient le même niveau de charge (SoC), idéalement en permanence, afin que le maillon le plus faible ne limite pas les performances globales de la manière décrite. L’approche la plus simple, mais aussi la plus courante, est souvent appelée équilibrage passif, et elle semble gaspilleuse : une logique maîtresse détermine le niveau de charge de la (ou des) cellule(s) défectueuse(s) et décharge toutes les autres cellules****. Oui, dans l’exemple ci-dessus, un système d’équilibrage passif commencerait à faire fuir environ 5 % de l’énergie de toutes les 99 cellules saines, les vidant presque complètement*****. Cette énergie est perdue.

Il existe également des systèmes de compensation actifs, bien plus sophistiqués, mais eux-mêmes sujets à des pannes en raison de leur complexité et nécessitant davantage d’investissements. Le résultat est que les 100 cellules finissent toutes par atteindre le même niveau de charge, mais en transférant activement l’excès de charge des 99 autres pour soutenir celle en défaut, aucune charge n’est perdue au cours du processus.

Quand a lieu la compensation ?

Dans les grands systèmes stationnaires très sollicités, la compensation active gagne progressivement du terrain. Cependant, la simplicité et la fiabilité des systèmes passifs en font encore le choix privilégié dans presque toutes les applications, y compris pour les bus et les camions. Ainsi, pour simplifier, ce qui suit ne s’applique qu’aux systèmes passifs.

Conseils pratiques : 1) Prévoyez un équilibrage passif. Après avoir chargé la batterie à 100 %, suivez les recommandations du fabricant concernant le temps d’inactivité nécessaire pour permettre au BMS d’équilibrer efficacement les cellules. 2) Demandez des données de diagnostic détaillées de la batterie. Exigez des informations sur l’écart de SoC, les tensions des cellules et les indicateurs de déviation, de préférence au niveau des cellules, ou au moins par module ou série. 3) Précisez ces exigences dans les appels d’offres. Exigez une stratégie d’équilibrage définie, un seuil maximal d’déséquilibre des cellules, ainsi qu’un accès à long terme aux données brutes de la batterie.

Vous comprenez maintenant pourquoi les fabricants recommandent une phase d’inactivité prolongée immédiatement après un chargement à 100 % ? Exactement : rester en mode inactif avec un SoC élevé facilite l’équilibrage – plus c’est long, mieux c’est.

Nous n’avons pas répondu aux questions sur le fait pourquoi toutes les cellules ne se comportent pas de la même manière. Nous avons donné l’exemple où une cellule est légèrement moins pleine que les autres (c’est-à-dire le SoC). La réalité est très complexe, avec de nombreuses interactions. Pour souligner une raison particulièrement importante – car automatiquement en vigueur – : en raison d’imperfections de fabrication, de flux de refroidissement/chaleur inégaux, de problèmes de soudure, d’imperfections électroniques, etc., certaines cellules se dégradent légèrement plus rapidement que d’autres – vraiment seulement légèrement – ce qui entraîne une variation de leur capacité (SoH). Lorsqu’elles sont constamment chargées et déchargées, ces différences de SoH font que les SoC de toutes les cellules commencent à diverger d’une manière comparable à l’exemple initial.

Pour aggraver les choses, une cellule légèrement plus petite que les autres subit un courant plus élevé par unité de capacité (taux C), ce qui accroît la pression liée à la dégradation et la rend encore plus petite que les autres. De plus, elle présente probablement une résistance légèrement accrue, ce qui entraîne une hausse de température. En outre, la fenêtre de SoC en est affectée. Une « cellule prématurément dégradée » risque donc de continuer une spirale descendante irréversible.

Bien que le système de balance tente constamment d’équilibrer le SoC, il ne peut pas remédier à la dispersion irréversible du SoH. Cela peut être atténué par un système de balance pendant quelques mois ou années ; au moins, l’opérateur ne ressentira pas directement ce processus en cours. Mais à un moment donné, les temps de balance prendront tellement de temps pour équilibrer complètement tout le système que son fonctionnement en sera gravement affecté. Ou bien, si ces temps restent trop courts, le risque de défaillances SDE augmentera considérablement.

Alors, qu’en est-il ?

Les fabricants d’équipements originaux et les constructeurs sont très conscients de ce que nous avons écrit ci-dessus, et les systèmes disposent généralement d’équipements adéquats pour assurer un équilibrage correct. Il est cependant essentiel que les clients soient conscients du déséquilibre et des risques de sous-performance du système pour chaque équipement, ainsi que de la nécessité d’adopter une stratégie d’équilibrage appropriée et de respecter les recommandations du fabricant.

Aperçu

Les systèmes de batteries sont complexes. Ils se composent de centaines de cellules qui doivent fonctionner comme une seule entité : sinon, il n’est pas possible d’obtenir toute l’énergie apparentement disponible.

Dans les pires cas, des systèmes déséquilibrés peuvent subitement entrer en phase de « déplechage spontané », entraînant des arrêts soudains, coûteux et potentiellement dangereux en cours de route.

L’équilibrage nécessite du temps et des conditions spécifiques. Il a généralement lieu pendant les phases d’inactivité prolongées suivant une charge complète.

Les raisons de l’déséquilibre et de l’inhomogénéité sont complexes. Un déséquilibre préexistant peut entraîner une dégradation interne auto-renforçante, ce qui aggrave le problème.

Il est conseillé de suivre les recommandations du fabricant et de surveiller indépendamment l’inhomogénéité (réversible et irréversible) ainsi que l’efficacité de l’équilibrage.

* De nombreux lecteurs pourraient objecter : l’électronique de puissance fonctionne également mieux à des tensions plus élevées ! C’est vrai, mais principalement pour les mêmes raisons, à savoir la densité de courant.

** Notez que pour l’instant nous considérons le processus comme extrêmement rapide, c’est-à-dire que la résistance des cellules est extrêmement faible, et cela vaut pour chacune d’elles. En réalité, ce n’est bien sûr pas le cas.

*** En fait, c’est 49,95 % (1×45 % + 99×50 %), mais un SoC n’est jamais indiqué avec deux décimales.

**** En fait, chaque cellule dont le SoC est supérieur à la valeur critique est déchargée à l’aide de petits résistances chauffantes.

****** En réalité, ce processus est parfois appelé « drainage », et le circuit qui l’utilise est constitué de « résistances de drainage ».

L’article « Équilibrer les inhomogénéités, ou pourquoi un bus LFP s’arrête parfois » [The Battery Cycle #5 | 2026 RELEASE] est apparu pour la première fois sur Sustainable Bus.