Batteries domestiques en série ou en parallèle : qu’est-ce qui détermine la compatibilité ?

Deux batteries au lithium peuvent avoir la même tension nominale et la même capacité nominale sans pour autant être compatibles avec un branchement direct.

La différence ne se limite pas aux seules spécifications indiquées sur leur plaque signalétique. La conception du système de gestion de batterie (BMS), les limites de charge et de décharge, les exigences de communication et les configurations approuvées par le fabricant influent toutes sur la compatibilité des batteries.

Pour le stockage d'énergie résidentiel, il est essentiel de comprendre ces restrictions lors de l'évaluation d'un système de batteries ou de l'ajout de modules. Les principes électriques de base des connexions en série et en parallèle sont simples, mais leur application aux batteries finies nécessite une analyse approfondie du fonctionnement de chaque produit.

Série vs. Parallèle : Qu'est-ce qui change électriquement ?

Les connexions en série et en parallèle influent différemment sur la tension et la capacité en ampères-heures. Comprendre ces différences est essentiel pour évaluer une configuration de batterie proposée.

Comment fonctionnent les connexions en série

Lorsque des batteries compatibles sont connectées en série, leurs tensions nominales s'additionnent, tandis que leur capacité en ampères-heures reste généralement inchangée.

Par exemple, deux batteries de 51,2 V et 100 Ah formeraient théoriquement un banc de batteries de 102,4 V et 100 Ah, avec environ 10,24 kWh d'énergie nominale combinée.

Ce montage augmente la tension totale. Toutefois, ce calcul ne prouve pas que deux batteries résidentielles de 51,2 V soient homologuées pour un branchement en série. La conception de leur système de gestion de batterie (BMS), leurs exigences d'isolation et leurs autres limitations techniques doivent permettre la configuration prévue.

Comment fonctionnent les connexions parallèles

Lorsque des batteries compatibles sont connectées en parallèle, leur tension nominale reste la même tandis que leur capacité en ampères-heures augmente.

En utilisant le même exemple, deux batteries de 51,2 V et 100 Ah connectées en parallèle formeraient théoriquement un banc de batteries de 51,2 V et 200 Ah, avec également environ 10,24 kWh d'énergie nominale combinée.

La tension du système reste inchangée, mais la capacité nominale totale du parc de batteries augmente.

Comparaison des connexions en série et en parallèle

Lorsque l'on utilise le même nombre de batteries identiques et compatibles, les deux configurations fournissent approximativement la même énergie nominale combinée. La différence réside dans la manière dont cette énergie est délivrée, en termes de tension et de courant.

L'énergie réellement utilisable dépend des spécifications de la batterie, des conditions de fonctionnement, des pertes du système et de la plage de fonctionnement autorisée.

1. Les batteries complètes ne sont pas identiques aux cellules individuelles.

Une source fréquente de confusion est l'hypothèse selon laquelle les principes de connexion utilisés pour les cellules de batterie individuelles peuvent être appliqués directement aux produits finis de batteries au lithium.

Les cellules individuelles sont assemblées en un bloc-batterie selon une conception électrique définie. Le produit fini peut comprendre un système de gestion de batterie (BMS), des dispositifs de protection, des fonctions de surveillance et d'autres composants qui déterminent ses limites de fonctionnement.

Les batteries de stockage d'énergie résidentielles sont des produits complets conçus pour des applications spécifiques. Leurs bornes externes permettent les connexions électriques, mais cela ne signifie pas que toutes les configurations de connexion possibles sont prises en charge.

Une batterie conçue pour une extension en parallèle, par exemple, peut ne pas convenir à un branchement en série. Un autre produit peut ne prendre en charge qu'un nombre limité d'unités en parallèle ou nécessiter des paramètres de communication spécifiques lorsque plusieurs batteries fonctionnent simultanément.

Cette distinction est importante car le résultat électrique théorique d'une connexion n'est pas identique à la configuration d'un produit homologué.

Avant de combiner des batteries, la première question à se poser est de savoir si les modèles exacts sont conçus et homologués pour fonctionner ensemble dans la configuration proposée.

2. Comment la conception du BMS affecte la compatibilité de la batterie

Le système de gestion de la batterie est l'un des principaux facteurs déterminant si une batterie au lithium peut être utilisée dans une configuration multi-batteries.

Selon le produit, le BMS peut surveiller la tension, le courant et la température des cellules, gérer les limites de charge et de décharge, équilibrer les cellules et déclencher des réponses de protection lorsque les conditions de fonctionnement sortent des plages autorisées.

Ces fonctions ne rendent pas automatiquement une batterie adaptée à tous les montages en série ou en parallèle.

Restrictions de raccordement en série

Un branchement en série augmente la tension totale du système. Le système de gestion de batterie (BMS) et les composants électriques associés de chaque batterie doivent être adaptés à la configuration prévue.

Si une batterie atteint un seuil de protection et interrompt le fonctionnement, l'ensemble du système en série peut être affecté. La tension totale doit également rester dans la plage admissible de l'onduleur, du chargeur, du système d'isolation et des autres équipements connectés.

Le fait qu'une batterie individuelle possède un BMS ne signifie pas que sa conception de protection supporte un fonctionnement en série.

C’est pourquoi certains modèles de batteries résidentielles autorisent le branchement en parallèle, mais interdisent le branchement en série. La restriction exacte dépend de la conception du produit et de ses applications approuvées.

Restrictions relatives aux connexions parallèles

Le fonctionnement en parallèle soulève des considérations différentes.

Bien que les batteries se partagent la charge, le courant peut ne pas être réparti uniformément dans toutes les conditions. Les différences de tension aux bornes, de résistance interne, d'état des batteries et de configuration des connexions peuvent influencer la quantité de courant fournie ou reçue par chaque unité.

Une batterie qui se déconnecte suite à un événement de protection du système de gestion de batterie (BMS) peut également modifier la charge sur les autres unités. Le système doit donc être configuré dans les limites de courant admissibles des batteries et des équipements associés.

Pour les batteries compatibles, le fabricant peut spécifier des exigences concernant la charge initiale, l'appariement des états de charge, le câblage et le courant de fonctionnement maximal.

Ces exigences doivent être vérifiées avant le branchement plutôt que d'être remplacées par une règle générale supposant que toutes les batteries au lithium se comportent de la même manière.

3. Pourquoi l'adéquation de la tension et de la capacité ne suffit pas

Deux batteries ayant une tension nominale et une capacité nominale identiques peuvent néanmoins présenter des différences importantes au niveau de leurs caractéristiques techniques.

Limites de charge et de décharge

Le courant de charge maximal, le courant de décharge continu et les conditions de fonctionnement autorisées peuvent varier entre des produits présentant des spécifications générales similaires.

Le raccordement de deux batteries ne rend pas leurs limites individuelles identiques. La configuration complète doit rester dans les limites établies pour les batteries et l'électronique de puissance connectée.

État et niveau de charge de la batterie

L'état de chaque batterie est un autre élément à prendre en compte.

Lorsque des batteries sont connectées en parallèle, une différence de tension à leurs bornes peut engendrer un courant d'égalisation. La différence de tension admissible et les éventuelles procédures de préparation nécessaires dépendent des instructions du fabricant.

Dans une configuration en série, des différences dans l'état ou le niveau de charge des batteries peuvent contribuer à un déséquilibre pendant le fonctionnement.

Pour ces raisons, les fabricants peuvent spécifier des exigences concernant l'âge de la batterie, la charge initiale, l'état de charge ou les combinaisons de modèles. Ces exigences sont particulièrement importantes lors de l'ajout de batteries à un système existant.

Différents modèles et fabricants

La correspondance des tensions et des capacités ne garantit pas le fonctionnement simultané de batteries de modèles ou de fabricants différents.

Les produits peuvent utiliser des systèmes de gestion de batterie (BMS) de conception différente, des limites de charge, des seuils de protection, des protocoles de communication ou des paramètres de contrôle différents. Ces différences peuvent affecter à la fois le fonctionnement de la batterie et la manière dont l'onduleur gère le système.

Certains fabricants peuvent approuver des combinaisons spécifiques de modèles, tandis que d'autres peuvent limiter le fonctionnement multi-batteries à une série de produits définie.

La compatibilité doit donc être confirmée à l'aide des numéros de modèle exacts et de la configuration approuvée par le fabricant, plutôt que déduite uniquement de caractéristiques électriques similaires.

4. Protocoles de communication et quantité maximale de batterie

De nombreuses batteries de stockage d'énergie résidentielles communiquent avec un onduleur via des interfaces telles que CAN ou RS485. Dans les systèmes multi-batteries, une communication peut également être nécessaire entre les batteries individuelles ou via un système de contrôle dédié.

Selon le produit, un fonctionnement correct peut nécessiter des paramètres de communication spécifiques, des versions de micrologiciel, des adresses de batterie ou une unité maître désignée.

Cependant, le fait de disposer du même port de communication ne garantit pas que deux batteries utilisent le même protocole ou puissent échanger les informations nécessaires à un fonctionnement coordonné.

Avant de combiner des batteries, vérifiez que la configuration prévue prend en charge :

• Le protocole de communication et les paramètres requis.
• Modèles de batteries pris en charge par l'onduleur et méthode de contrôle.
• Toute exigence spécifique relative au micrologiciel ou à l'unité maîtresse.
• Nombre maximal d'unités de batterie autorisé par le fabricant.

Pourquoi la quantité maximale de batterie est spécifique au modèle

La quantité maximale de batteries en parallèle spécifiée pour une série ne s'applique pas automatiquement à une autre. L'homologation pour un fonctionnement en parallèle n'implique pas non plus l'homologation pour un fonctionnement en série ou un montage mixte série-parallèle.

L'ajout d'unités augmente l'énergie nominale totale, mais la capacité utilisable du système et la puissance disponible dépendent de la configuration autorisée et des caractéristiques du système complet.

La limite correcte est celle documentée pour le modèle de batterie exact et la configuration approuvée.

5. Que vérifier avant de connecter les batteries de stockage domestiques

Avant de finaliser la configuration de la batterie, les exigences suivantes doivent être vérifiées par rapport à la documentation produit correspondante.

Ces vérifications doivent être effectuées avant l'installation ou le raccordement. Le personnel qualifié doit suivre les instructions du fabricant et les consignes de sécurité électrique.

Foire aux questions

Est-il possible de connecter en parallèle deux batteries au lithium de même tension ?

Pas nécessairement. La compatibilité de tension n'est qu'un critère parmi d'autres. Les batteries doivent également respecter les exigences du fabricant concernant les combinaisons de modèles, les limites de charge et de décharge, le fonctionnement du système de gestion de batterie (BMS) et les procédures de connexion.

Deux batteries au lithium de 51,2 V peuvent-elles être connectées en série ?

Uniquement lorsque les batteries concernées sont explicitement homologuées pour cette configuration. De nombreuses batteries résidentielles basse tension sont conçues pour un branchement en parallèle et ne sont pas homologuées pour un branchement en série. Une tension cumulée plus élevée ne garantit pas la compatibilité avec le système de gestion de batterie (BMS) ou les équipements associés.

Est-il possible de connecter en parallèle des batteries au lithium de marques différentes ?

Il n'existe pas de solution universelle applicable à tous les produits. Même avec une tension et une capacité identiques, différentes batteries peuvent utiliser des systèmes de gestion de batterie (BMS), des limites de charge ou des protocoles de communication incompatibles. L'association proposée ne doit être utilisée que si elle est conforme aux instructions du fabricant.

Combien de batteries de stockage domestiques peuvent être connectées en parallèle ?

La quantité maximale dépend du modèle de batterie et de sa configuration système homologuée. Consultez la documentation technique du fabricant pour connaître le nombre d'unités autorisé, les exigences relatives à l'onduleur, les modalités de communication et toute autre limite applicable.

Pour le stockage d'énergie résidentiel, vaut-il mieux un raccordement en série ou en parallèle ?

Aucune de ces configurations n'est systématiquement meilleure. Le choix de la configuration appropriée dépend de la tension requise du système, des spécifications de l'onduleur, de la conception de la batterie et de l'homologation du fabricant. Dans de nombreuses installations résidentielles basse tension, l'extension en parallèle permet d'augmenter la capacité de stockage tout en maintenant la tension nominale de la batterie ; toutefois, les instructions du produit sélectionné doivent toujours prévaloir sur les règles générales.

Conclusion

Les connexions en série et en parallèle produisent des résultats différents en termes de tension et d'ampères-heures, mais ces principes électriques à eux seuls ne permettent pas de déterminer si deux batteries au lithium résidentielles finies sont compatibles.

La conception du BMS, les limites de charge et de décharge, les exigences de communication, l'état de la batterie et les configurations système approuvées influencent tous la pertinence d'une connexion proposée.

Pour le stockage d'énergie résidentiel, la compatibilité doit être vérifiée à l'aide des modèles de batteries exacts, des équipements associés et de la documentation du fabricant. Une tension et une capacité identiques constituent un bon point de départ, mais ne garantissent pas le fonctionnement simultané des batteries.

Une configuration bien définie commence par la vérification des options de connexion approuvées et des limites techniques du produit. La vérification de ces exigences avant l'installation permet de réduire l'incertitude liée à la configuration et garantit un fonctionnement fiable du système.