À quoi sert un système de gestion de la batterie ?

Le système de gestion de la batterie (BMS) est l'unité centrale de contrôle de la batterie. Le système de gestion de la batterie est aux batteries ce que le cerveau est aux personnes.

Le système de gestion de la batterie se compose de nombreux sous-systèmes, tels que le contrôleur hôte ou maître, une série de contrôleurs esclaves (en fonction du type de système), des capteurs et le logiciel qui permet à tous les systèmes de fonctionner. Certains incluent même des dispositifs de contrôle électronique dans le système de gestion de la batterie, tels que des interrupteurs, des fusibles, des extrémités frontales haute tension, des boucles de verrouillage haute tension et des dispositifs de mise hors tension.

Pourquoi le système de gestion de la batterie est-il si important ?

Quel rôle peut jouer le système de gestion de la batterie ?

Comme son nom l'indique, le système de gestion de la batterie est utilisé pour gérer la batterie de manière à ce qu'elle conserve un meilleur état et un fonctionnement stable. En termes simples, le système de gestion de la batterie empêche les modes de défaillance de la batterie tels que la surcharge, la décharge excessive, la surchauffe ou la sous-chauffe, et le court-circuit interne. Outre la protection de la batterie, le système de gestion de la batterie a également une fonction de surveillance.

En fait, sans la capacité de surveiller la batterie et la cellule, il n'y a pas de protection. Le système de gestion de la batterie peut également connecter au système des contrôleurs situés à l'intérieur et à l'extérieur de la batterie. En fin de compte, le système de gestion de la batterie fournit des performances optimales de la batterie pour répondre à une variété d'exigences en matière d'énergie et de puissance. Ces performances sont contrôlées par un logiciel qui estime divers facteurs de la batterie, tels que l'état de santé (SOH), l'état de charge (SOC) et la tension maximale.

Pourquoi les batteries lithium-ion ont-elles besoin d'un système de gestion de la batterie ?

Ces dernières années, les véhicules à énergie nouvelle alimentés par des batteries au lithium-ion ont attiré l'attention du public et sont devenus le point névralgique du développement automobile mondial. Toutefois, une utilisation anormale des batteries lithium-ion peut entraîner une réduction de leur durée de vie et des dommages, voire des problèmes de sécurité potentiels et des facteurs de préjudice.

En tant qu'élément central de la protection et de la gestion de la batterie, le système de gestion de la batterie joue un rôle de plus en plus important dans les performances des véhicules électriques. Il peut améliorer le taux d'utilisation de la batterie lithium-ion, empêcher la surcharge, la décharge excessive, la surchauffe, le court-circuit et d'autres situations, surveiller l'état de la batterie, de manière à prolonger la durée de vie de la batterie.

Pourquoi les véhicules ont-ils besoin d'un système de gestion de la batterie ?

Le système de gestion de la batterie gère la durée de vie et la sécurité de la batterie en contrôlant la sortie de la batterie et l'entrée de l'énergie et de la puissance. Les batteries de la plupart des appareils portables, tels que les ordinateurs, ne durent qu'un an ou deux et sont généralement utilisées à des températures très peu variables (par exemple, les ordinateurs portables sont rarement placés ou utilisés à l'extérieur dans le froid de l'hiver).

Cependant, les batteries de véhicules et les batteries industrielles doivent durer 8, 10, 15 ans ou plus et résister à une large gamme de températures de fonctionnement, y compris les étés dans le désert d'Arabie et les hivers extrêmement froids dans l'Arctique. Par conséquent, les grandes batteries ont souvent besoin d'un système de gestion de la batterie pour optimiser leurs performances.

Les batteries lithium-ion peuvent-elles ne pas utiliser de système de gestion de la batterie ?

J'ai entendu dire que certains types de voitures électriques de course prétendent ne pas utiliser de système de gestion de la batterie. Cependant, la course n'est qu'une application très spécifique des batteries lithium-ion, et la durée de vie de la batterie dans ces conditions dure généralement une saison de course, de sorte qu'il n'y a pas d'inquiétude à avoir quant aux garanties et à la longévité. Cependant, à part cela, il n'existe aucun domaine où les batteries sont utilisées sans BMS.

Par rapport à d'autres types de batteries, les batteries lithium-ion doivent être gérées pour garantir leur sécurité. Les batteries plomb-acide, par exemple, ne présentent pas d'accidents de type emballement thermique en cas d'utilisation abusive, de sorte que la sécurité peut être facilement contrôlée sans commandes électroniques. La batterie lithium-ion doit être gérée de manière à ce que la cellule fonctionne dans les conditions de tension, de température et de courant autorisées, afin d'éviter efficacement les défaillances de sécurité.

Type de système de gestion de la batterie

Il existe deux types fondamentaux de systèmes de gestion de la batterie : les systèmes centralisés et les systèmes distribués. La plus grande différence entre les deux types est l'endroit où le matériel est installé. Le contrôleur principal ou l'unité de contrôle peut généralement réaliser les principaux objectifs de conception du système de stockage d'énergie :

● Interrupteur de contact pour surveiller la température de la batterie, et établir une communication avec la carte de contrôle du cœur pour surveiller la température du cœur ;

● Surveillez la tension de la batterie et de la carte de contrôle du noyau ;

● Gestion thermique basée sur les données de température, chauffant ou refroidissant la batterie ;

● Gérer la sécurité de la batterie (fonctionnement on/off du contact en fonction de la tension, de la température et de l'état de la batterie) ;

● Calcule, gère, enregistre l'état de la batterie et communique avec la voiture (ou un autre système). Le contrôleur est principalement composé de deux parties, l'une est la carte de contrôle matérielle, l'autre est un grand nombre de logiciels de traitement des données, les deux parties travaillent ensemble pour assurer la performance et la sécurité de l'ensemble du système.

Système de gestion centralisée de la batterie

Pour le système de gestion centralisée de la batterie, la carte de contrôle principale et la carte de contrôle de détection de la cellule sont installées au même endroit lors de l'assemblage de la cellule, et la partie interne est connectée comme un tout par des fils. Cela minimise la quantité de matériel mais augmente le nombre de fils dans le bloc-batterie.

Système de gestion de la batterie distribuée

Système de gestion de batterie distribué, avec un contrôleur principal dans un emplacement central, et un certain nombre de cartes de circuit séparées pour détecter l'état de la cellule. En général, ces cartes isolées surveillent directement le noyau ou le module, ce qui réduit l'utilisation de câbles car les cartes dépendantes peuvent être chaînées. Mais l'augmentation du nombre de cartes de circuits imprimés (PCBS) a entraîné une hausse partielle des coûts.

La conception d'un système de gestion de batterie distribuée est largement utilisée dans les applications pratiques, car chaque carte de circuit imprimé esclave ne contrôle qu'un nombre limité de cellules, ce qui a un meilleur effet de contrôle sur le système de batterie.

Outre le système de gestion de la batterie distribué et centralisé, le système de gestion de la batterie peut avoir de nombreuses structures différentes, mais cela dépend en fin de compte de l'endroit où le système de gestion de la batterie est utilisé et des exigences fonctionnelles spécifiques.

Matériel dans le système de gestion de la batterie

Le matériel du système de gestion de la batterie est une partie importante de la conception du circuit imprimé. En général, le matériel du système de gestion de la batterie consiste en une ou plusieurs cartes de circuits imprimés, qui peuvent intégrer tous les composants pour former une carte de circuits de contrôle, y compris des condensateurs, des résistances, des capteurs de courant, des composants CAN (Controller Area Network), LIN (Local Interconnect Network) et d'autres composants de communication, et surtout un circuit intégré spécifique à l'application (ASIC).

Tous ces éléments sont montés sur un substrat non conducteur, recouvert de cuivre conducteur (gravé sur des feuilles de cuivre), qui est ensuite laminé sur le circuit imprimé.

La carte de circuit imprimé esclave porte généralement des noms différents, qui sont personnalisés par le concepteur, notamment moniteur de température de tension (VTM), circuit de surveillance des cellules (CSC), etc. Mais dans tous les cas, la conception de la carte de circuit imprimé esclave est similaire, en particulier les deux modules les plus importants que sont la gestion du circuit d'équilibrage et la gestion de la chaleur résiduelle. Une carte de circuit imprimé dotée d'un système passif de gestion de l'équilibre convertit l'énergie en chaleur résiduelle. Toutefois, lors de la conception de la carte de circuit imprimé, l'influence de la chaleur résiduelle sur le noyau ou les composants de la carte de circuit imprimé doit être réduite autant que possible.

Un autre problème dans la conception du matériel est la prise en compte des interférences électromagnétiques (EMID) et de la compatibilité électromagnétique (EMC) dans le système de gestion de la batterie. Lorsque le circuit imprimé de commande se trouve à proximité de chargeurs, d'onduleurs, de convertisseurs de fréquence ou d'autres équipements à haute tension, il est important d'étudier les interférences électromagnétiques et la compatibilité électromagnétique, et de prévoir un blindage électrostatique et des connexions de câblage appropriés pour ces dispositifs.

Une autre bonne façon d'utiliser les cartes esclaves PCB consiste à utiliser des cartes ou des circuits flexibles. De même, les PCBS rigides peuvent être remplacés par des substrats plastiques flexibles, ou une combinaison des deux. Cette méthode est généralement utilisée pour les cartes CSC (circuit de supervision des cellules), et le CSC peut être monté directement sur le module cellulaire.