Le BMS dans les batteries au lithium : ce qu'il est et son rôle dans l'équilibrage des cellules

Lorsque l'on parle de batteries au lithium, l'abréviation BMS (Battery Management System) va souvent de pair. Malgré son importance, de nombreuses personnes ignorent sa fonction et sa signification. Dans cet article, nous expliquerons ce qu'est le BMS dans les batteries au lithium et quelle est sa fonction dans l'équilibrage des cellules.

Qu'est-ce qu'un BMS pour batterie au lithium ?

L'importance de ce système dans l'équilibre cellulaire

Bien que les piles au lithium présentent de nombreux avantages par rapport aux piles conventionnelles, elles n'ont pas les caractéristiques suivantes piles traditionnelles Malgré leur grande efficacité, elles ont aussi une faiblesse : laquelle ? La difficulté d'équilibrer les cellules et d'assurer l'uniformité de la production d'énergie d'une cellule à l'autre.

Cela peut faire la différence à trois égards :

• Capacité nominale
• Résistance interne
• Autodéchargement

Au fil du temps ou de l'utilisation, ces différences peuvent déséquilibrer les cellules de la batterie, entraînant un écart compris entre 31 et 61 TTP3 selon les conditions d'utilisation et les cycles de charge et d'utilisation de la batterie au lithium.

Lorsqu'une batterie au lithium est déséquilibrée, cela signifie que les éléments qui la composent n'ont pas la même charge ou le même état de charge. Certaines cellules peuvent alors se décharger plus rapidement que d'autres, ce qui peut réduire la capacité globale de la batterie, diminuer ses performances et raccourcir sa durée de vie. Sans un système approprié d'équilibrage des cellules, la différence entre les cellules peut devenir de plus en plus importante, réduisant progressivement la capacité de charge disponible, endommageant la batterie ou provoquant des situations dangereuses telles qu'un incendie ou une explosion, en particulier si la batterie est soumise à des charges et décharges importantes. Il est donc important de disposer d'un système d'équilibrage approprié qui maintienne la batterie équilibrée et en bon état pour garantir l'efficacité et la sécurité.

Comme les cellules d'une batterie au lithium sont connectées en série, elles se chargent et se déchargent toutes au même niveau d'énergie. Toutefois, si un système d'équilibrage des cellules n'est pas mis en place, les différences entre les cellules peuvent augmenter au fil du temps, ce qui diminue progressivement la capacité globale de la batterie. C'est pourquoi, la première fonction d'un BMS dans une batterie lithium-ion est de l'équilibre des cellules.

Batteries lithium-ion : BMS et équilibrage des cellules

Quelle est l'incidence d'un système de gestion des bâtiments conventionnel sur l'équilibre ?

Un BMS commun résout le déséquilibre en appliquant une résistance aux cellules les plus chargées, jusqu'à ce que les cellules les plus faibles atteignent le même niveau.

Examinons les avantages et les inconvénients de cette technologie :

AVANTAGES

• L'utilisation d'une GTB commune est rentable : grâce à son architecture simple, elle permet de maintenir le coût de l'électronique à un niveau peu élevé.

CONS

• Extrêmement lent en période d'équilibre. 

Le processus d'équilibrage avec un système conventionnel est extrêmement lent en raison du faible courant appliqué (généralement entre 0,1 A et 1 A), ce qui signifie un temps d'équilibrage de 6 à 12 heures. Par exemple, sur une batterie de 400 Ah, après avoir utilisé 300 Ah, un chargeur de batterie de 100 A mettrait 3 heures à rétablir la puissance, mais il faudrait 6 à 12 heures supplémentaires pour l'équilibrer. Le temps de charge total est donc de 9 à 15 heures.

• Réduction progressive de l'énergie disponible

L'utilisation continue de la batterie avant la fin du processus d'équilibrage peut augmenter progressivement la différence entre l'élément le plus chargé et l'élément le moins chargé, ce qui diminue la capacité nominale de la batterie. Cela peut entraîner une diminution des performances des véhicules équipés de ces batteries au lithium, car l'élément le moins chargé limite la décharge et l'élément le plus chargé limite la charge.

• Coûts d'entretien élevés 

L'entretien des batteries dotées d'un BMS conventionnel peut être coûteux, car les éléments individuels ne peuvent pas être remplacés sur place, ce qui oblige souvent à renvoyer la batterie au fabricant, ce qui entraîne des frais d'expédition élevés.

Comment fonctionne le système d'équilibrage en instance de brevet de NCPOWER ?

Nous commencerons par expliquer la différence entre l'équilibrage actif et l'équilibrage passif, deux techniques différentes pour équilibrer les cellules d'une batterie lithium-ion.

L'équilibrage passif se produit naturellement lorsqu'une batterie est connectée en série. Les éléments ayant une charge plus élevée transfèrent l'énergie excédentaire aux éléments ayant une charge plus faible jusqu'à ce que tous les éléments soient équilibrés. Ce processus est lent et peut prendre beaucoup de temps.

L'équilibrage actif, quant à lui, est obtenu par l'utilisation de circuits électroniques qui surveillent la tension de chaque cellule et transfèrent l'énergie des cellules les plus chargées vers les cellules les moins chargées, ce qui permet d'atteindre l'équilibre plus rapidement. 

L'équilibrage actif est plus efficace et plus rapide que l'équilibrage passif et est utilisé dans les systèmes de gestion de batterie les plus avancés.

Notre système d'équilibrage des batteries, appelé Système NCPOWERse distingue d'un BMS traditionnel par sa capacité à équilibrer chaque cellule individuellement en combinant l'équilibrage actif et passif, en utilisant au moins 20 fois plus de courant.

Figure 1 : Déséquilibre et équilibre cellulaires

AVANTAGES

• Équilibrage actif et passif de la puissance élevée (20A)
• Temps de charge court et prévisible (temps d'équilibre inférieur à 25 minutes)
• Soutien actif pour les cellules plus faibles pendant la décharge
• Contrôle total de la températureavec 2 capteurs dans chaque cellule (50 capteurs dans une batterie de 80V)

CONS

• Applicable uniquement aux batteries de 5kWh et plus, car l'électronique est plus coûteuse dans ce cas.

Autres fonctions d'un BMS dans les batteries au lithium

Jusqu'à présent, nous avons vu la fonction principale d'un BMS, le rôle crucial qu'il joue et la différence entre un BMS conventionnel et un BMS NCPOWER.

Cependant, ce type de système remplit encore d'autres fonctions essentielles pour les piles au lithium. Vous pouvez les découvrir en détail ici.