En raison des caractéristiques intrinsèques des batteries au lithium, il est essentiel d'intégrer un module de circuit de puissance (PCM) ou un système de gestion de batterie (BMS). L'utilisation de batteries sans module de protection ni système de gestion est strictement interdite, car elles présentent des risques importants pour la sécurité. Pour les systèmes de batteries, la sécurité doit toujours être la priorité absolue.
Sans protection ni gestion adéquates, les batteries peuvent subir des risques de réduction de leur durée de vie, de dommages ou d'explosion. Les modules de circuit d'alimentation (PCM) sont principalement utilisés dans les produits grand public tels que les téléphones portables et les ordinateurs portables. Systèmes de gestion de batterie (BMS) sont principalement utilisées pour alimenter les batteries dans des systèmes à grande échelle tels que les véhicules électriques, les vélos électriques et le stockage d'énergie.
Les principales fonctions du système de protection de la batterie (PCM) comprennent la protection contre la surcharge (OVP), la protection contre la décharge excessive (UVP), la protection contre la surchauffe (OTP) et la protection contre les surintensités (OCP). En cas d'anomalie, le système s'arrête automatiquement pour garantir la sécurité.
Les principales fonctions d'un système de gestion de batterie (BMS) comprennent non seulement les fonctions de protection fondamentales du système, mais aussi la mesure de la tension, de la température et du courant de la batterie ; l'équilibrage énergétique ; le calcul et l'affichage de l'état de charge (SOC) ; les alarmes de défaut ; la gestion de la charge/décharge ; et la communication. Certains systèmes BMS intègrent en outre la gestion thermique, le chauffage de la batterie, l'analyse de l'état de santé (SOH) et la mesure de la résistance d'isolement.
- 1. Protection de la batterie au lithium
Semblable au PCM, il offre une protection contre la surcharge, la décharge excessive, la surchauffe, la surintensité et les courts-circuits. Pour les batteries lithium-manganèse standard et ternaire batteries au lithium, Le système coupe automatiquement le circuit de charge ou de décharge si la tension d'une cellule dépasse 4,2 V ou descend en dessous de 3,0 V. Si la température de la batterie dépasse sa plage de fonctionnement ou si le courant dépasse sa limite de décharge, le système interrompt automatiquement le circuit électrique afin de garantir la sécurité de la batterie et du système.
- 2. Équilibre énergétique
L'ensemble de la batterie, composé de nombreuses cellules connectées en série, présentera à terme des variations de performance significatives après une utilisation prolongée. Ces écarts proviennent des différences inhérentes aux cellules et des variations de température de fonctionnement, ce qui impacte considérablement la durée de vie de la batterie et les performances du système. L'équilibrage énergétique corrige ces différences individuelles grâce à une gestion active ou passive de la charge et de la décharge, garantissant ainsi l'homogénéité des cellules et prolongeant la durée de vie de la batterie.
Dans le secteur, on distingue généralement deux méthodes d'équilibrage : l'équilibrage passif et l'équilibrage actif. L'équilibrage passif vise principalement à atteindre l'équilibre en dissipant l'excès de charge par des résistances, tandis que l'équilibrage actif transfère la charge des batteries les plus chargées vers celles qui le sont moins, via des condensateurs, des inductances ou des transformateurs. Un tableau comparatif de l'équilibrage passif et actif est présenté ci-dessous.
| Élément de comparaison | Égalisation passive | Équilibrage actif |
| Méthode d'équilibrage | dissipation de résistance | Transfert d'inductance |
| Efficacité d'équilibre | Faible | Haut |
| Maturité de la solution | Mature | Plus mature |
| Complexité du système | Faible | Haut |
| Coût du système | Faible | Haut |
En raison de la complexité relative et du coût plus élevé des systèmes d'égalisation active, l'égalisation passive reste l'approche dominante.
- 3. Informatique SoC
Le calcul de la capacité de la batterie est un élément essentiel du système de gestion de batterie (BMS), car de nombreux systèmes nécessitent une connaissance relativement précise de la charge restante. Grâce aux progrès technologiques, de nombreuses méthodes ont été développées pour le calcul de l'état de charge (SOC). Pour les applications moins exigeantes en termes de précision, la capacité restante peut être estimée à partir de la tension de la batterie. Parmi les méthodes plus précises, on trouve principalement l'intégration du courant (également appelée méthode Ah), où Q = ∫i dt, ainsi que les méthodes basées sur la résistance interne, les réseaux de neurones et le filtrage de Kalman. La méthode d'intégration du courant demeure la norme du secteur.
- 4. Communications
Les exigences en matière d'interfaces de communication varient selon les systèmes, les options les plus courantes étant SPI, I2C, CAN et RS485. Parmi celles-ci, les systèmes automobiles et de stockage d'énergie utilisent principalement CAN et RS485.