Vous montez dans votre véhicule électrique, vous l'allumez et le cluster vous indique le nombre de kilomètres que vous pouvez parcourir. Sur la base de cette autonomie, vous décidez des arrêts aux stands que vous effectuerez pour atteindre votre destination, mais vous êtes-vous déjà demandé comment votre véhicule calcule la distance qu'il peut parcourir ?
Eh bien, le système de gestion de la batterie ou le BMS garde un œil sur la batterie qui alimente votre véhicule électrique et estime l'autonomie pour vous. De plus, le système surveille l'état de la batterie et garantit qu'elle peut être utilisée en toute sécurité.
Comprendre les batteries et les cellules lithium-ion
Avant d'aborder les systèmes de gestion de batterie, il est essentiel de comprendre comment les batteries sont fabriquées.
Une batterie sur un véhicule électrique est constituée de cellules lithium-ion, et ces cellules sont connectées les unes aux autres pour créer un module de batterie. Ces modules sont en outre connectés à d'autres modules pour créer une batterie. Cette conception modulaire aide à gérer efficacement la batterie et améliore la facilité d'entretien. Grâce à cette architecture de conception, le fabricant du bloc-batterie peut remplacer un module défectueux plutôt que de remplacer tout le bloc-batterie.
En termes d'avantages, les cellules Lithium-ion offrent plusieurs caractéristiques telles qu'un rapport puissance/poids élevé rapport, haute efficacité énergétique, faibles caractéristiques d'autodécharge et bonne haute température performance. En raison de ces caractéristiques, les cellules lithium-ion sont le choix incontournable pour les véhicules électriques, mais ces batteries ne sont pas sans défaut, et technologie de batterie à semi-conducteurs tente de résoudre les problèmes liés aux batteries lithium-ion.
Une autre chose à noter ici est que les cellules lithium-ion ne peuvent offrir les avantages mentionnés ci-dessus que si elles sont exploitées dans des limites spécifiées. Vous trouverez ci-dessous un bref aperçu de ces limites opérationnelles.
- Spécifications de tension: Le pack batterie d'un véhicule électrique est constitué de plusieurs cellules Lithium-ion. Pour mettre les choses en perspective, le Tesla Roadster est livré avec 6 831 cellules, et chacune de ces cellules doit fonctionner dans une plage de tension définie. Pour la plupart des cellules, cette plage se situe entre 3,0 et 4,1 volts. Si les cellules sont utilisées en dehors de ces plages, la durée de vie de la batterie et les performances qu'elle offre se détériorent.
- Limites de température : En plus des limites de tension, la température des batteries lithium-ion doit également être surveillée. Pour la plupart des cellules, cette plage se situe entre -4 et 131 degrés Fahrenheit (-20 et 55 degrés Celsius). Si les cellules fonctionnent en dehors de ces plages de température, les performances et la durée de vie de la batterie peuvent diminuer considérablement.
- Tirage actuel : La quantité de courant tiré des cellules doit également être surveillée. Si la quantité de courant tiré des cellules est en dehors des limites prescrites, la durée de vie des cellules se dégrade de façon exponentielle.
- Courant de charge: La batterie doit également être surveillée pendant la charge. En effet, de grandes quantités de courant sont pompées dans la batterie en peu de temps, et cela se produit généralement pendant charge rapide avec des chargeurs de niveau 3. En raison de ce flux de courant élevé dans la batterie, les cellules peuvent se surcharger, les faisant chauffer, dégradant la durée de vie et les performances des cellules.
Comme plusieurs paramètres doivent être surveillés pour une performance optimale d'un bloc-batterie, il a besoin d'un système de gestion de batterie. Ce système de gestion est un dispositif informatique qui surveille plusieurs caractéristiques de chaque cellule et s'assure que la batterie fonctionne dans les limites spécifiées.
Que se passe-t-il si les cellules ne fonctionnent pas dans les limites prescrites ?
Si les cellules d'une batterie fonctionnent à haute température ou si trop de courant en est tiré, un phénomène connu sous le nom d'emballement thermique peut se produire.
Vous voyez, une batterie lithium-ion fournit de l'énergie grâce à une série de réactions chimiques. Ces réactions génèrent de la chaleur, et si les batteries ne fonctionnent pas dans des plages appropriées, la quantité de chaleur générée par ces réactions augmente de façon exponentielle.
En raison de cette augmentation de la génération de chaleur, les cellules peuvent prendre feu et provoquer une réaction en chaîne dans la batterie. Par conséquent, il est essentiel de surveiller la température de chaque cellule pour éviter l'emballement thermique.
Comment fonctionne un système de gestion de batterie et à quoi sert-il ?
Le Battery Management System est un ordinateur connecté à plusieurs capteurs. Ces capteurs surveillent la tension, le courant et la température de chaque cellule et les envoient au BMS.
Le système de gestion de la batterie analyse ensuite ces données pour s'assurer que chaque cellule fonctionne dans les limites prescrites. Si ce n'est pas le cas, il essaie de résoudre le problème.
Si les cellules à l'intérieur du bloc-batterie sont trop chaudes, le BMS gère le système de refroidissement pour réduire la température du bloc-batterie.
En cas de variations de tension des cellules, le système de gestion de la batterie effectue un équilibrage des cellules. Pour équilibrer les cellules, il transfère l'énergie d'une cellule à l'autre pour s'assurer que toutes les cellules fonctionnent au même niveau de tension.
En plus des tâches mentionnées ci-dessus, le BMS prend des journaux des données qu'il reçoit pour calculer l'état de charge et la santé de la batterie.
Comment un système de gestion de batterie calcule-t-il l'autonomie ?
L'un des capteurs connectés au BMS mesure la quantité de courant entrant et sortant de la batterie. Sur la base de ces données, le système de gestion de la batterie estime la quantité de courant dont dispose la batterie et la distance que votre véhicule peut parcourir, garder votre anxiété à distance.
Les systèmes de gestion de batterie sont-ils vraiment nécessaires ?
Le système de gestion de la batterie d'un véhicule électrique surveille de près chaque cellule de la batterie. Il garantit que la batterie est sûre à utiliser et protège la voiture si les cellules ne fonctionnent pas correctement.
De plus, il estime l'autonomie que le véhicule peut parcourir et contribue à améliorer le cycle de vie global de la batterie. Par conséquent, un système de gestion de batterie est un élément essentiel d'un véhicule électrique, et un bon système de gestion de batterie peut améliorer la durée de vie d'un véhicule électrique de plusieurs années.