Si vous utilisez une batterie au lithium dans votre projet, il est important de comprendre les bases du fonctionnement du système de gestion de batterie (BMS). La carte de protection BMS pour Li-ion est responsable de la surveillance et de la protection des cellules de la batterie, et elle comporte de nombreux paramètres dont vous devez être conscient.
Dans cet article, nous aborderons les paramètres de protection BMS les plus importants et ce qu'ils signifient pour votre batterie.
Qu'est-ce qu'un système de gestion de batterie (BMS)?
Votre Système de gestion de batterie (BMS) est un élément essentiel de tout système de batterie au lithium. Le BMS surveille et contrôle l'état de charge, la tension, le courant et la température des cellules de la batterie.
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Il a également des paramètres de protection qui sont décrits ci-dessous. Cela permet à la batterie d'être utilisée dans une large gamme de produits, des appareils de secours à faible consommation aux véhicules électriques à haute puissance.
Le BMS est généralement mis en œuvre sous la forme d'une carte de circuit imprimé séparée qui est connectée aux cellules de la batterie. Il contient un microcontrôleur, des capteurs et des MOSFET (transistors à effet de champ à oxyde métallique) ou d'autres commutateurs à semi-conducteurs.
Le logiciel BMS s'exécute sur le microcontrôleur et contrôle le fonctionnement du système. Plusieurs étapes sont nécessaires pour produire un panneau de protection BMS.
Lors du choix d'un BMS pour votre produit, il est important d'en sélectionner un qui possède les fonctionnalités et les performances dont vous avez besoin. Dans certains cas, il peut être nécessaire de concevoir sur mesure un BMS pour répondre aux exigences spécifiques de votre application.
Il existe plusieurs types de BMS disponibles sur le marché, chacun avec son propre ensemble de fonctionnalités et de capacités. Certains BMS sont plus sophistiqués que d'autres, mais tous les BMS remplissent les fonctions de base décrites ci-dessous.
Les principales fonctions de BMS incluent :
Mesure
- Échantillonnage de la tension des cellules
- Échantillonnage de la température des cellules
- Échantillonnage de tension totale du pack, etc.
La fonction de mesure surveille l'état de base de la batterie en temps réel et constitue la base de toutes les fonctions du BMS. Sans ces mesures, tous les algorithmes de base et les fonctions d'application de BMS sont difficiles à exécuter.
Algorithme de base
- SOC (état de la batterie)
- SOH (état de vie)
- SOP (état d'alimentation)
- Égalisation de la batterie, etc.
L'égalisation de la batterie a deux types de technologies : l'égalisation active et l'égalisation passive.
L'égalisation active consiste à utiliser une alimentation externe pour forcer la tension et le courant de chaque cellule à s'équilibrer. Il a donc besoin d'un contrôleur et de certains périphériques externes, comme des résistances ou des condensateurs.
L'égalisation passive signifie que la batterie ajuste automatiquement sa propre résistance interne afin que toutes les cellules aient approximativement la même tension. L'égalisation passive n'a pas besoin de composants supplémentaires, mais elle prend plus de temps que l'égalisation active.
En plus de ces caractéristiques de sécurité, le BMS peut également être utilisé pour optimiser les performances ou prolonger la durée de vie de la batterie en contrôlant la quantité d'énergie tirée de chaque cellule. Cet article se concentrera sur les paramètres de protection BMS disponibles dans la plupart des systèmes BMS.
Le système de gestion de la batterie comporte plusieurs paramètres dont vous devez être conscient.
Fonction d'application:
- Protection contre les décharges excessives – Cela empêche la batterie de se décharger en dessous d'un certain niveau de sécurité.
- Protection court-circuit – Cela protège la batterie contre les courts-circuits entre cellules ou entre une électrode et la masse.
- Protection thermique contre l'emballement – Si la température d'une cellule devient trop élevée, cette protection s'activera et éteindra la batterie pour l'empêcher de échauffement.
- Équilibrage cellulaire – Cela garantit que chaque cellule de la batterie est chargée de manière égale et aide à éviter une décharge inégale et des dommages aux cellules.
- Protection actuelle – Cela protège la batterie contre les courants de charge ou de décharge excessifs.
- Protection contre les surcharges – Cela évite à la batterie d'être surchargée, ce qui peut endommager voire détruire les cellules.
Chacune de ces fonctionnalités BMS est importante pour protéger la batterie et garantir ses performances à long terme. Dans certains cas, vous devrez peut-être ajuster ces paramètres pour répondre aux exigences spécifiques de votre application.
Par exemple, si vous utilisez la batterie au lithium dans un produit haute puissance, vous devrez peut-être augmenter le paramètre de protection de courant BMS pour éviter d'endommager les cellules.
Il est également important de noter que ces paramètres ne sont pas statiques ; ils peuvent être modifiés au besoin en fonction des conditions d'utilisation. Par exemple, si vous êtes utilisation de la batterie dans un environnement froid, vous devrez peut-être réduire le paramètre de protection contre les décharges du BMS pour vous assurer que la batterie ne s'éteindra pas prématurément.
Les fonctions de protection BMS sont une partie importante de tout système de batterie au lithium et doivent être soigneusement prises en compte lors de la sélection d'une batterie pour votre application. En comprenant ces paramètres et leur fonctionnement, vous pouvez vous assurer que votre batterie fonctionnera de manière sûre et fiable dans toutes les conditions. Examinons chacun d'eux de plus près.
Protection contre les décharges excessives BMS (ODP)
La protection contre les décharges excessives (ODP) BMS ou la coupure basse tension (LVC) BMS est une caractéristique de sécurité essentielle dont disposent de nombreux systèmes de gestion de batterie. Ce paramètre de protection s'active lorsque la batterie au lithium est déchargée en dessous d'un certain niveau de tension, généralement entre deux et trois volts par cellule.
Lorsque cela se produit, le système de gestion de la batterie arrête de décharger davantage la batterie pour éviter qu'elle ne soit endommagée.
La protection contre les décharges excessives peut être personnalisée en fonction de vos besoins. Par exemple, vous souhaiterez peut-être le régler plus haut si vous utilisez la batterie pour des applications à haute puissance, ou plus bas si vous l'utilisez pour des applications à faible puissance.
Ce paramètre de protection BMS est important car si une batterie lithium-ion est déchargée trop profondément, cela peut causer des dommages irréversibles aux cellules. Cela signifie que même si vous rechargez à nouveau la batterie, il se peut qu'elle ne soit pas en mesure de maintenir une charge ou que ses performances de cycle de vie soient réduites.
Dans certains cas, une batterie lithium-ion trop déchargée peut même prendre feu.
C'est pourquoi il est important de toujours s'assurer que votre système de gestion de batterie est réglé sur une protection contre les décharges excessives. Cela aidera à garantir que votre batterie reste sûre et protégée contre les dommages.
Si le seuil de coupure basse tension du BMS n'est pas atteint, la batterie continuera à se décharger jusqu'à atteindre 0 volt. À ce stade, la batterie sera endommagée et pourrait ne plus être utilisable.
La plupart des BMS auront un paramètre ODP réglable, vous pouvez donc choisir le niveau de tension auquel vous souhaitez que la protection se déclenche. Si vous utilisez votre batterie pour des applications à forte consommation comme les vélos électriques, vous souhaiterez peut-être régler la protection contre les décharges excessives du BMS sur une tension plus élevée afin qu'elle ne se déclenche pas souvent.
Assurez-vous que le système de gestion de la batterie de votre appareil a activé ODP afin que vous puissiez être assuré que votre appareil sera en sécurité, quel que soit le niveau de sa batterie.
Il est important de noter que la protection contre les décharges excessives de BMS n'est pas une garantie à 100 % contre les incendies de batterie - d'autres facteurs peuvent également y contribuer. Mais c'est toujours une caractéristique de sécurité importante à avoir, et c'est quelque chose que vous devez absolument prendre en compte lors du choix d'une batterie au lithium.
Protection contre les courts-circuits BMS
Une protection contre les courts-circuits BMS peut se produire lorsque les bornes de la batterie sont accidentellement connectées, provoquant la circulation d'un courant important. Cela peut provoquer une surchauffe de la batterie et potentiellement prendre feu. La protection contre les courts-circuits déconnectera la batterie si elle détecte un court-circuit.
Certaines batteries ont plusieurs niveaux de protection contre les courts-circuits, tandis que d'autres n'en ont qu'un. Le type le plus courant de protection contre les courts-circuits BMS est la coupure thermique, qui s'active lorsque la température de la batterie atteint un certain point. D'autres types de protection incluent la coupure par fusible et la coupure électronique.
La plupart des batteries au lithium ont un réglage de protection contre les courts-circuits d'environ 200-300mA. C'est généralement suffisant pour protéger la batterie contre les dommages, mais si vous utilisez des appareils à haute puissance qui peuvent consommer plus de courant, vous pouvez augmenter la protection contre les courts-circuits à 500 mA ou plus.
Si vous utilisez une batterie avec un taux de décharge élevé, assurez-vous d'augmenter également la protection contre les courts-circuits BMS. Un taux de décharge élevé peut faire circuler un courant important en cas de court-circuit, ce qui peut endommager voire détruire la batterie.
La protection contre les courts-circuits BMS est un paramètre très important à prendre en compte lors de l'utilisation de batteries lithium-ion. Assurez-vous de choisir un réglage qui protégera votre batterie des dommages tout en vous permettant d'utiliser les appareils dont vous avez besoin.
Protection contre l'emballement thermique BMS (TRP)
La protection contre l'emballement thermique BMS est une condition qui peut survenir dans les batteries lithium-ion lorsque les cellules de la batterie deviennent trop chaudes. Un événement d'emballement thermique peut provoquer une surchauffe de la batterie, entraînant un incendie ou une explosion. Pour éviter que cela ne se produise, la plupart des batteries lithium-ion disposent d'une fonction de protection contre l'emballement thermique BMS.
Le TRP éteindra la batterie si elle devient trop chaude, l'empêchant d'entrer en emballement thermique. La plupart des fonctions de protection contre l'emballement thermique BMS sont configurées pour s'activer à environ 65 degrés Celsius, mais vous devez vérifier les spécifications spécifiques de votre batterie pour en être sûr.
Si vous utilisez une batterie lithium-ion dans un appareil doté d'une fonction TRP, il est important de vous assurer que le TRP est activé. Si la protection contre l'emballement thermique du BMS n'est pas activée, la batterie peut surchauffer et provoquer un incendie ou une explosion. Pour activer le TRP, vérifiez les spécifications de votre batterie ou consultez les fabricants de batteries.
En savoir plus sur les principales causes d'emballement thermique et les techniques de prévention de l'emballement thermique dans les batteries lithium-ion.
La plupart des batteries lithium-ion ont également une température de coupure thermique (TCT). Le TCT est la température à laquelle la batterie s'éteindra pour l'empêcher de surchauffer.
La température de coupure thermique est généralement fixée à environ 80 degrés Celsius, mais vous devez vérifier les spécifications spécifiques de votre batterie pour en être sûr. Si votre batterie n'a pas de TCT, il est important de la tenir à l'écart des sources de chaleur et de faire preuve de prudence lors de la charge.
Il est également important de noter que la protection contre l'emballement thermique (TRP) du BMS et la température de coupure thermique ne sont pas les mêmes choses.
Le TRP est une fonction de sécurité qui éteindra la batterie si elle devient trop chaude, l'empêchant de s'emballer thermiquement. Le TCT est la température à laquelle la batterie s'éteindra pour l'empêcher de surchauffer. Ces deux caractéristiques sont importantes pour prévenir les incendies et les explosions dans les batteries lithium-ion.
Protection d'équilibrage des cellules BMS
Lors de l'utilisation d'une batterie lithium-ion, il est important de s'assurer que les cellules sont équilibrées. Cela signifie que toutes les cellules de la batterie ont approximativement la même tension. Si une ou plusieurs cellules ont une tension plus élevée que les autres, cela peut endommager la batterie.
La protection d'équilibrage des cellules BMS est le processus qui garantit que toutes les cellules d'un bloc-batterie sont au même état de charge ou proches de celui-ci. Ceci est important pour maintenir des cellules saines et prolonger durée de vie de la batterie.
La protection d'équilibrage des cellules est généralement effectuée par le BMS lorsqu'il détecte qu'une ou plusieurs cellules ont atteint un état de charge plus élevé que les autres. Le BMS enverra alors un courant de charge ou de décharge aux cellules affectées jusqu'à ce qu'elles atteignent le même niveau de charge que les autres cellules du pack.
Les batteries au lithium utilisées dans les véhicules électriques sont livrées avec des équilibreurs de cellules intégrés, qui s'occupent de cette tâche sans avoir besoin de l'entrée du BMS. Cependant, la plupart des batteries au lithium n'ont pas de telles capacités d'équilibrage des cellules intégrées et nécessiteront que le BMS exécute cette fonction.
Si le BMS n'est pas en mesure d'équilibrer correctement les cellules d'un bloc-batterie, cela peut endommager les cellules et même provoquer une panne. Il est donc important de s'assurer que le BMS de votre batterie dispose de capacités de protection d'équilibrage des cellules BMS adéquates. Assurez-vous que votre BMS est activé et exécutez cette fonction correctement pour tirer le meilleur parti de votre batterie.
Protection contre les surintensités BMS (OCP)
La fonction de protection contre les surintensités est une fonction de sécurité clé du BMS. L'OCP coupera le courant s'il dépasse la limite programmée, ce qui aide à protéger la batterie et ses composants environnants contre les dommages. La plupart des BMS ont un seuil de protection contre les surintensités BMS réglable, vous pouvez donc le configurer pour répondre aux besoins de votre application.
Lors du réglage du seuil OCP, assurez-vous de tenir compte à la fois de la consommation de courant maximale de votre charge et du courant de court-circuit de votre batterie. La protection contre les surintensités BMS doit être réglée légèrement en dessous de ces valeurs pour permettre une certaine marge.
Si l'OCP est réglé trop près du courant de décharge maximum, il pourrait se déclencher inutilement et provoquer un arrêt prématuré de la batterie.
Il convient également de noter que certains BMS disposent d'une fonction "hystérésis", qui empêche un déclenchement intempestif de la protection contre les surintensités du BMS en raison de petites fluctuations de courant. Cela peut être particulièrement utile dans les applications où il y a de grandes pointes de courant, comme lors du démarrage d'un moteur électrique.
Le courant de court-circuit est la quantité de courant qui traverse une batterie lorsqu'elle est court-circuitée. Par exemple, si vous avez une batterie 12 V avec une résistance de 0.05 ohm, son courant de court-circuit serait de 240 ampères (12 x 0.05 = 0.60 A).
Ainsi, lors de la sélection d'un seuil de protection contre les surintensités BMS pour votre application, assurez-vous qu'il est supérieur à la consommation de courant maximale de votre charge multipliée par le facteur de sécurité (généralement autour de deux ou trois). Cela aidera à s'assurer que l'OCP sera toujours coupé avant que des dommages ne surviennent.
En plus de définir un seuil de protection contre les surintensités BMS approprié, vous devez également surveiller la température de la batterie pour éviter tout faux positif causé par le réchauffement de la batterie. Un faux positif peut se produire si le seuil OCP est réglé trop bas et entraînera une coupure inutile de la batterie.
Assurez-vous donc de prendre en compte à la fois la consommation de courant de votre charge et les caractéristiques thermiques de votre batterie lors de la sélection d'un seuil de protection contre les surintensités BMS.
Protection contre les surcharges BMS
La protection contre les surcharges BMS est un paramètre de protection commun du système de gestion de batterie (BMS) pour les batteries au lithium. Si la tension d'une batterie au lithium dépasse le niveau maximal de sécurité, la protection contre les surcharges s'activera et empêchera le courant d'entrer ou de sortir de la batterie. Cela évite d'endommager davantage la batterie et contribue à assurer la sécurité.
La plupart des paramètres de protection contre les surcharges BMS sont réglables, vous pouvez donc définir la tension à laquelle la protection s'activera. Il est important de consulter la fiche technique ou le fabricant de votre batterie pour déterminer la tension de surcharge recommandée pour votre batterie spécifique.
Une surcharge peut causer des dommages permanents à une batterie au lithium, il est donc important de connaître les paramètres de protection de votre BMS et de vous assurer que votre batterie n'est pas surchargée.
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Merci d'avoir lu notre article de blog sur les paramètres de protection BMS de la batterie au lithium.
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