Carte de protection de batterie Lithium-ion et explication complète des connaissances BMS

Dans le précédent article, nous avons présenté les connaissances techniques approfondies relatives aux cellules lithium-ion . Ici, nous abordons plus en détail les notions techniques liées aux cartes de protection des batteries lithium et aux systèmes de gestion de batterie (BMS). Ce guide complet, rédigé par le directeur R&D de Tritek, complète ce résumé.

Chapitre 1 L'origine du panneau de protection

1 Pourquoi les batteries au lithium doivent-elles être protégées

Les batteries lithium-ion ont le plus peur de la surcharge et de la décharge excessive en cours d'utilisation.

Caractéristiques de tension des batteries dans différents matériaux

Batteries lithium-fer-phosphate (LiFePO4) : Tension de coupure de charge standard ≤ 3.85 V, tension de coupure de décharge ≥ 2.5 V

Série Nickel, Cobalt, Magnésium (NCM) : Tension de coupure ≤ 4.2 V, tension de coupure de décharge ≥ 2.7 V

Série de manganate de lithium ( LMO) : tension de coupure ≤ 4.2 V, tension de coupure de décharge ≥ 2.7 V

	tension de coupure de charge	tension de coupure de décharge
LifePo	≤3.85V	≥2.5 V
NCM	≤4.2V	≥2.7 V
LMO	≤4.2V	≥2.7 V

Terme:

Surcharge : La tension de charge dépasse la tension limite supérieure.

Décharge excessive : la tension de coupure de décharge est inférieure à la tension limite inférieure.

Quelles sont les conséquences d'une surcharge et d'une décharge excessive d'une batterie lithium-ion ?

Surcharge : une grande quantité de gaz sera générée dans la batterie, ce qui entraînera une augmentation rapide de la pression interne, entraînant l'explosion de la batterie.

Décharge excessive : capacité réduite, durée de vie de la batterie raccourcie, dommages directs à la ferraille de la batterie.

Lorsque la batterie au lithium est utilisée dans PACK, elle est plus susceptible de surcharger et de surdécharger, ce qui est causé par la différence de cohérence de la cellule. Si le processus de charge et de décharge n'est pas correctement contrôlé, il sera encore augmenté, entraînant le phénomène de surcharge et de décharge excessive d'une partie de la cellule.

Les piles au lithium sont excellentes, mais elles ont besoin de protection. Afin d'assurer la sécurité d'utilisation, il existe de nombreuses exigences:

Exigences de protection de base : protection contre les surcharges, protection contre les décharges excessives.

Renforcer les exigences de protection : protection contre les surintensités, protection contre les hautes températures, protection contre les basses températures, protection contre les courts-circuits, protection contre l'inversion.

Exigences d'expansion : bonne consistance, petite tension de décrochage, petite différence de température.

En raison des caractéristiques matérielles de la batterie au lithium elle-même, il ne peut pas y avoir de surcharge, de décharge excessive, de surintensité, de court-circuit et de charge et de décharge à ultra haute ou basse température, de sorte que l'application de la batterie au lithium a toujours besoin d'une protection circuit.

Après avoir résolu le problème de sécurité, selon différents environnements d'utilisation et occasions d'utilisation, le client a mis en avant de nombreuses exigences fonctionnelles supplémentaires :

• Fonction de communication - Le client doit connaître l'état de fonctionnement du PACK batterie, tel que RS232 / RS485 / CAN, etc. ;
• Calcul SOC (état de charge)/estimation SOH (état de santé) ;
• Fonction d'avertissement - Informez les clients des problèmes de batterie ;
• Fonction d'enregistrement - Enregistrez les données de fonctionnement historiques de la batterie PACK, y compris les données d'alarme historiques ;
• Fonction de diagnostic des pannes – La carte de protection ou le système de gestion lui-même doit être en mesure de diagnostiquer les problèmes ;
• Fonction d'affichage - Les clients peuvent lire directement les informations et définir les paramètres via l'affichage ;
• Fonction d'équilibrage, gestion thermique, etc.

Vous pouvez obtenir toutes les fonctions supplémentaires que vous souhaitez auprès de Tritek.

2 Classification des produits de protection des batteries au lithium

Afin de répondre aux différents besoins, il existe de nombreux types de produits de protection des batteries au lithium.

Chapitre 2 Carte de protection de type matériel

1 Caractéristiques et classification de la carte de protection de type matériel

Carte de protection de type matériel :

Utilisez une puce de protection de batterie au lithium spéciale, lorsque la tension de la batterie atteint la limite supérieure ou la limite inférieure, le tube MOS du dispositif de commutation de commande coupe le circuit de charge ou le circuit de décharge, pour atteindre l'objectif de protéger la batterie.

Caractéristiques:

1. Seule la protection contre les surcharges et les décharges excessives peut être réalisée. Partial peut réaliser une protection contre les surintensités, une protection contre les courts-circuits, une protection contre les surchauffes et une protection contre les inversions de connexion. Aucune des autres fonctions supplémentaires ne peut être satisfaite.

2. Le seuil de protection ne peut pas être modifié (le point de protection général est de 3.9 V et 2.0 V)

3. Le seuil d'équilibre ne peut pas être modifié (courant d'équilibre général inférieur à 150 mA)

Classification:

La carte de protection de type matériel peut être divisée en :

Carte de protection de port séparée - Trois ports au total : port de charge, port de décharge, borne commune

Carte de protection de port commun (même port) - Totalement deux ports : port positif et négatif

2 Aspect physique de la carte de protection de type matériel

Vous trouverez ci-dessous l'apparence physique de la carte de protection de type matériel :

Carte de protection de type matériel à 3 ports séparés

Le circuit de charge et de décharge est différent, c'est-à-dire que les ports de charge et de décharge sont séparés.

4 port commun (même port) carte de protection de type matériel

Le circuit de charge et de décharge est le même circuit, c'est-à-dire que la charge et la décharge partagent un même port.

5 La différence entre le port séparé et le port commun (même port)

Pourquoi faut-il faire la distinction entre port commun et port séparé ?

1. Pour les clients, ne vous souciez généralement pas du port séparé ou du port commun. Tout ce que nous avons à faire est de leur fournir des électrodes de batterie positives et négatives. Mais le port de charge et le port de décharge de certains clients partagent un port commun, certains clients exigent que le port de charge et le port de décharge puissent être séparés par un câblage.
2. La capacité de surintensité de la carte de protection est déterminée par la capacité de surintensité et la quantité du tube MOS. Le tube MOS représente la majeure partie du coût de la carte de protection. D'une manière générale, le courant de charge est plus petit et le courant de décharge est plus grand. Pour cette exigence d'application, nous avons conçu une carte de protection de port séparée pour réduire le coût.

Quelques connaissances sur la carte de protection de port séparée et la carte de protection de port commune :

1. Le mode de contrôle de la carte de protection de port séparée et de la carte de protection de port commune est le même ;
2. La capacité de surintensité de la carte de protection est déterminée par la capacité de surintensité et la quantité du tube MOS ;
3. Le tube MOS de charge est connecté en série avec le tube MOS de décharge dans le cas d'un port commun et d'un port semi-séparé ; Le port entièrement séparé est parallèle ;
4. Le nombre de tubes MOS en charge est inférieur ou égal au nombre de tubes MOS en décharge ;
5. Le nombre de tubes MOS de charge de la carte de protection de port commun est égal au nombre de tubes MOS de décharge, et le nombre total de tubes MOS doit être pair.
6. Le nombre de tubes MOS de charge des cartes de protection de port séparées est généralement inférieur à celui des tubes MOS de décharge.
7. La carte de protection de port commune peut être utilisée directement comme carte de protection de port séparée, en choisissant la carte de protection de port commune lorsque le courant de charge est supérieur au courant de décharge ;
8. En principe, le port séparé ne peut pas être utilisé comme port commun, soit pour charger la surcharge et la surintensité du tube MOS, soit pour décharger les déchets du tube MOS ;
9. Le tube MOS de la carte de protection est relativement coûteux, en dernière analyse, le but de la carte de protection séparée est d'utiliser raisonnablement la capacité d'écoulement du tube MOS, de ne pas gaspiller et d'économiser de l'argent.

6 Le principe de sélection du port séparé et du port commun (même port)

Le principe de base :

1. Certains clients qui comprennent le principe et le coût du panneau de protection spécifieront l'utilisation d'un port séparé ou commun, auquel cas le client a le dernier mot.
2. Si le courant de charge est faible, le courant de décharge est élevé. Par exemple, charge 5A, décharge 20A. Un port séparé est recommandé. (1 tube MOS pour la charge et 4 tubes MOS pour la décharge)
3. Si le courant de charge est similaire au courant de décharge, ou si le courant de charge est supérieur au courant de décharge. Une carte de port commune est recommandée. (Il y a autant de MOS en charge que de MOS en décharge)

7 Principe de fonctionnement de base du panneau de protection

Schéma de principe de la carte de protection générale à section unique (typique)

U1 : circuit intégré de contrôle ; toutes les fonctions de la carte de protection sont réalisées par un circuit intégré surveillant la différence de tension entre VDD-VSS et VM-VSS et commandant le CMOS pour effectuer des actions de commutation.

Cout : borne de contrôle de surcharge ; l’interrupteur du tube MOS est commandé par la tension de grille T2 du tube MOS.

Dout : borne de commande de décharge excessive, de surintensité et de court-circuit ; l'interrupteur du tube MOS est commandé par la tension de grille T1 du tube MOS.

VM (V-) : borne de détection de tension pour la protection contre les surintensités et les courts-circuits ; la protection contre les surintensités et les courts-circuits peut être réalisée en détectant la tension de la borne VM. (U(VM) = I*R(MOSFET))

Lorsque la carte de protection est normale, Vdd est de haut niveau, Vss et VM sont de bas niveau, et Dout et Cout sont de haut niveau. Lorsqu'un paramètre de Vdd, Vss et VM est transformé, le niveau de Dout ou Cout change. À ce moment, MOSFET exécute l'action correspondante (ouvrir ou fermer le circuit), afin de réaliser la fonction de protection et de récupération du circuit.

Schéma de principe de la carte de protection (schéma simplifié)

1 : Etat général

Lorsque la tension de la batterie est supérieure à la tension de détection de décharge excessive (supérieure à 2.75 V) et inférieure à la tension de détection de surcharge (inférieure à 4.3 V), la tension de la borne VM est supérieure à la tension de détection du chargeur, et lorsque la surintensité /la tension de détection est inférieure à l'OV, IC contrôle le tube MOS en surveillant la différence de tension entre VDD-VSS et VM-VSS. Les bornes DO et CO sont de haut niveau et le tube MOS est à l'état marche-arrêt. À ce moment, il peut charger et décharger librement.

Comme le montre l'image ci-dessous, IC est alimenté par une cellule de batterie et peut fonctionner de manière fiable à une tension de 2v-5v.

2 : Protection et récupération contre les surcharges

Lorsque la batterie est chargée à la tension dépasse la valeur définie VC (4.25-4.35 V, la tension de protection contre les surcharges spécifique dépend de IC), VD1 s'inverse de sorte que Cout passe au niveau bas, la coupure T1 et la charge s'arrête. Lorsque la tension de la batterie retombe à VCR (3.8-4.1 V, la tension de récupération spécifique de la protection contre les surcharges dépend de IC), Cout devient de haut niveau, T1 allume la charge pour continuer et VCR doit être inférieur à VC avec une valeur fixe pour éviter les sauts fréquents.

De plus, l'ajout d'une décharge de charge à la fin de la sortie à la tension de la batterie inférieure à la tension de protection contre les surcharges peut également être récupéré.

3 : protection contre les décharges excessives et récupération

Lorsque la tension de la batterie est réduite à la valeur définie VD (2.3-2.5 V, la tension de protection spécifique contre les surcharges dépend de IC) en raison de la décharge, VD2 s'inverse, et après un court délai fixé dans IC, Dout devient bas niveau, T2 est coupé et la décharge s'arrête.

Enlevez la charge ou lorsque la batterie est mise en charge, retournez l'intérieur ou la porte pour que T2 se rallume en vue de la prochaine décharge.

4 : Surintensité de décharge, protection contre les courts-circuits et récupération

Lorsque le courant de décharge du circuit dépasse la valeur définie ou que la sortie est court-circuitée, l'action du circuit de détection de surintensité et de court-circuit, de sorte que le tube MOS (T2) s'éteint, coupure de courant.

Retirer la charge ou lorsque l'impédance entre P+ et P- est supérieure à l'impédance de récupération automatique peut être récupérée.

5 : Protection contre les surintensités de charge et récupération

Lorsque le courant de charge du circuit dépasse la valeur définie, surintensité, action du circuit de détection de court-circuit, de sorte que le tube MOS de charge (CHG) s'éteint, coupure de courant.

Lorsque le chargeur est débranché, le système revient à un fonctionnement normal lorsque la broche V est restaurée à la tension de détection de surintensité de charge ou supérieure.

Comme pour la cellule unique, dans le circuit de protection multi-cellules, la carte de protection doit également être en mesure de fournir une protection contre les surcharges, les décharges excessives, les surintensités et les courts-circuits contre la cellule.

Chapitre 3 Carte de protection de type logiciel

1 Aspect physique de la carte de protection de type logiciel

2 Carte de protection de type logiciel Schéma du système

Vous trouverez ci-dessous le schéma du système de la carte de protection de type logiciel :

3 Caractéristiques et classification de la carte de protection de type logiciel

Outre les fonctions de base de la carte de protection de type matériel telles que surcharge, décharge excessive, surintensité, surchauffe, court-circuit, etc., elle possède également les fonctions suivantes :

Fonctions de communication : CAN/RS485/RS232/UART/I2C/SMBus/ModBus, Bluetooth, WIFI, GPS+GPRS, 4G

Estimation de l'état de la batterie (SOC/SOH)

Fonction d'avertissement

Fonction de diagnostic de panne en ligne

Fonction de stockage et d'enregistrement des données

Fonction d'affichage

Fonction d'équilibrage

Gestion des charges et des décharges

La gestion thermique

Classification:

1. Classé par utilisation : station de base de communication, carte de protection d'alimentation de secours (UPS), carte de protection d'alimentation de démarrage automobile, carte de protection de stockage d'énergie, carte de protection de batterie d'alimentation, etc.
2. Classé par port de charge et de décharge : même port, port séparé (port semi-séparé, port entièrement séparé)
3. Classé par interrupteur de commande : version tube MOS, version relais

4 La différence entre le tube MOS et le relais

Tube MOS :

Avantage : commande par tension, interrupteur électronique, pas de point tactile, petite taille, vitesse de commutation rapide, fréquence de travail élevée, pas d'interférence électromagnétique, direction équipée, action silencieuse

Inconvénient: Émettent fortement de la chaleur, avec des caractéristiques de déclassement à haute température, plus la température est élevée, plus la capacité de surintensité est mauvaise, le tube MOS est préférable d'avoir un meilleur environnement de dissipation thermique; Le dépassement de la plage de tension entraînera une panne ou un épuisement.

Le tube MOS est sélectionné entre 120A et 150A de surintensité.

Relais:

Avantage : contrôle électromagnétique du commutateur physique piloté par le courant, plus sûr et stable par rapport au tube MOS qui peut supporter une puissance plus élevée ; légèrement thermique et excellente capacité de surintensité même sans environnement de dissipation thermique.

Inconvénient : avoir un point tactile, un grand volume, une faible fréquence de travail, des interférences électromagnétiques, du bruit ; Il y a une limite de temps de fonctionnement, et le temps de fonctionnement est beaucoup plus lent que celui du tube MOS.

Chapitre 4 Système de gestion de batterie (BMS)

1 Introduction au système de gestion de batterie (BMS)

BMS est l'abréviation de Battery Management System (système de gestion de batterie). Ce dispositif électronique, souvent appelé « gestionnaire de batterie », surveille et gère la batterie. Il contrôle les processus de charge et de décharge en collectant et en calculant la tension, le courant, la température et l'état de charge (SOC) de la batterie, afin de la protéger et d'améliorer ses performances globales.

2 Architecture du système BMS

1. Architecture maître-esclave (centralisée) : elle présente les avantages d'un faible coût, d'une structure compacte et d'une grande fiabilité. Il est couramment utilisé dans les scénarios où la capacité est faible, la tension totale est faible et le volume du système de batterie est faible. Tels que les outils électriques, les robots intelligents (robots de manutention, robots d'assistance), la maison intelligente IOT (robots de balayage, aspirateurs électriques), les chariots élévateurs électriques, les véhicules électriques à basse vitesse (vélos électriques, motos électriques, véhicules de tourisme électriques, voitures de patrouille électriques, voiturettes de golf électriques, etc.), véhicules hybrides légers.

2. Type de séparation maître-esclave (distribué) : véhicules électriques (électriques purs, hybrides rechargeables), navires électriques, etc.

3. Architecture à trois niveaux : système de stockage d'énergie de conteneur (EMS), centrale électrique de stockage d'énergie

4.2 Architecture du système BMS – Type maître-esclave (distribué)

Vous trouverez ci-dessous le schéma d'architecture générale de type maître-esclave (distribué) :

3 Schéma du système électrique BMS

Vous trouverez ci-dessous un schéma du système BMS maître-esclave du véhicule électrique :

4 Schéma fonctionnel du matériel BCU

Le module de contrôle principal BCU :

Recevez et jugez de manière exhaustive les informations de base sur la batterie, calculez le SOC,

Télécharger ou émettre des instructions de contrôle,

Réaliser une commande de relais externe,

L'ensemble de la communication CAN du véhicule,

Communication CAN de charge,

Communication intranet CAN,

Stockage de données,

Détection de signal d'entrée/sortie,

Collecte de courant de charge et de décharge ; etc.

5 Schéma fonctionnel du matériel BMU

Module de surveillance des informations sur la batterie (module esclave) BMU :

Acquisition de tension de batterie unique,

Acquisition de la température de la batterie,

Gestion de l'équilibre de la batterie,

Fonction de gestion thermique de la batterie à boîtier unique,

Communication intranet CAN ; etc.

6 Schéma fonctionnel du matériel HVU

Module de surveillance d'isolement HVU :

Détection d'isolement du pack batterie,

Détection de la tension totale de la batterie,

Détection de tension de précharge du contrôleur de moteur,

Communication intranet CAN ; etc.

7 Architecture globale du logiciel BCU

8 Fonction GTC

Fonction de base BMS :

Échantillonnage haute tension de la batterie, échantillonnage du courant de la batterie, échantillonnage de la température de la batterie, échantillonnage de la tension de la cellule, échantillonnage de la température de la cellule, protection contre les surtensions, protection contre les surintensités, protection contre les surchauffes, détection d'isolation, verrouillage haute tension (HVIL), etc.

Fonction centrale du BMS :

Équilibrage des cellules, calcul SOC, calcul SOH, calcul SOP statique, calcul SOP dynamique, etc.

Fonctions liées à l'application BMS :

Surveillance des collisions, charge de la voiture, charge rapide, surveillance de l'état du chargeur, état/demande thermique, contrôle automatique du refroidissement, contrôle automatique du chauffage, précharge, réveil/veille, surveillance de l'état du contacteur, communication VCU, communication du chargeur du véhicule, communication de charge rapide, diagnostic des pannes, rafraîchissement et étalonnage du logiciel, etc.

9 Technologie d'égalisation des cellules

Tout comme il n'y a pas deux feuilles identiques sur le même arbre, il n'y a aucun moyen de garantir que chaque cellule est identique à 100 % lors du processus de fabrication de la cellule.

Même en supposant que les cellules de la batterie sont exactement les mêmes, elles ne se trouvent pas dans le même environnement dans la batterie. Par exemple, la différence de température autour est souvent relativement importante et elle changera progressivement avec l'augmentation de la durée de vie et des temps de charge et de décharge.

Selon la loi de Cannikin, la cellule la moins performante atteint la condition de coupure en premier lors de la charge et de la décharge, tandis que les autres cellules ont encore une certaine capacité non libérée, ce qui entraîne un gaspillage de batterie.

La fonction d'égalisation est conçue pour éliminer les incohérences des cellules de la batterie pendant l'utilisation de la batterie.

Trois variables peuvent être mesurées en temps réel à l'extérieur de la cellule : la tension V, le courant I et la température T. Les informations variables peuvent être introduites dans l'algorithme pour déterminer la valeur SOC de chaque cellule et la capacité disponible de la cellule. à ce moment, et pour déterminer l'incohérence entre les cellules pour décider si le pack doit entrer dans l'état d'équilibre.

Il existe deux principaux types de technologies d'égalisation de batterie : l'égalisation passive et l'égalisation active.

Égalisation passive :

Aussi connu sous le nom d'égalisation de dissipation d'énergie, le principe de fonctionnement consiste à connecter une résistance en parallèle à chaque cellule de batterie, lorsqu'une cellule de batterie a été complètement chargée à l'avance et doit continuer à charger d'autres cellules, la résistance est connectée et déchargée pour se dissiper l'excès d'énergie.

L'égalisation passive convient aux petites capacités et aux faibles nombres de séries.

Égalisation active :

Également connue sous le nom d'égalisation sans dissipation d'énergie, l'égalisation active transfère l'électricité excédentaire à la cellule à haute capacité lors de la charge et à la cellule à faible capacité lors de la décharge. L'égalisation active est le transfert d'énergie d'une cellule plus à une cellule moins.

Les avantages du circuit d'égalisation actif sont une consommation d'énergie moindre, mais une topologie complexe, un coût élevé, des exigences élevées pour les composants électriques et un grand volume de condensateurs et d'inductances entraînent de grands besoins en espace, etc.

L'égalisation active convient aux applications de batteries au lithium de grande puissance et de grande capacité.

• Système de péréquation passive

Avantages : Circuit simple, faible coût

Inconvénients : Seule l’égalisation de charge est possible. De plus, l’énergie excédentaire est dissipée sous forme de chaleur lors de ce processus, ce qui entraîne un faible rendement, une consommation d’énergie élevée et un courant d’équilibrage de 50 à 100 mA.

Application BMS : vélo électrique, moto électrique

Méthode d'égalisation de la consommation de la résistance de commutation

• Schéma de condensateur volant

Avantages : faible coût, structure simple, utilisation élevée de l'énergie active.

Inconvénients : Efficacité d'égalisation limitée, le condensateur est utilisé comme vecteur de transfert d'énergie. Ce schéma peut réaliser le transfert direct d'énergie entre deux cellules quelconques de la batterie. Étant donné que le courant d'égalisation est limité par la différence entre la tension du condensateur et la tension d'un seul bloc-batterie, la vitesse d'égalisation devient de plus en plus lente à mesure que le processus d'égalisation progresse. Le courant d'égalisation est d'environ 300mA en production de masse.

Méthode d'égalisation du condensateur volant (commuté)

• Égalisation unidirectionnelle DC/DC

Les performances d'égalisation sont limitées, le courant d'égalisation de la production de masse peut atteindre 1A.

• Égalisation bidirectionnelle DC/DC

Effet d'égalisation idéal, coût élevé, structure complexe, adaptée aux batteries de grande puissance ou aux batteries de stockage d'énergie, le courant d'égalisation de la production de masse peut atteindre 5A.

Méthode d'égalisation du convertisseur DC/DC – Unidirectionnelle

• Transformateur multi-enroulements

La conception est complexe et coûteuse. Le nombre d'enroulements doit être modifié en fonction du nombre de cellules de batterie différentes, ce qui n'est pas facile à étendre la batterie et ne peut être équilibré qu'en chargeant les cellules de batterie.

Méthode d'égalisation du transformateur à plusieurs enroulements

• Schéma d'inductance de dumping

Avantages : l'utilisation de l'énergie active est élevée, l'effet d'égalisation est supérieur au schéma de condensateur, le courant d'égalisation 5 A dans la production de masse.

Inconvénients :

1. L'énergie ne peut être transférée qu'entre des cellules adjacentes.

2. Coût élevé et structure complexe.

Méthode d'égalisation de l'inducteur commuté

10 BMS Fonction d'estimation SOX

(1) L'état de charge (SOC) , un paramètre essentiel du système de gestion de batterie (BMS), représente la capacité restante de la batterie, c'est-à-dire le rapport entre la puissance disponible et la capacité maximale. Il est généralement exprimé en pourcentage, 100 % indiquant une batterie complètement chargée et 0 % une batterie complètement déchargée. Le SOC est le paramètre le plus important du BMS, car tous les autres systèmes en dépendent ; sa précision et sa robustesse (également appelée correction d'erreur) sont donc primordiales.

(2) Le SOP (État de puissance, état de la batterie) détermine la puissance de charge et de décharge disponible de la batterie en consultant la température et le tableau de l'état de charge (SOC). Le VCU adapte la consommation du véhicule en fonction de la puissance transmise. Il est nécessaire de prendre en compte à la fois la libération de la capacité de la batterie et la protection de ses performances, par exemple en limitant partiellement la puissance avant d'atteindre la tension de coupure. Ceci a bien entendu un impact sur l'expérience de conduite.

• SOH (State Of Health) représente principalement l'état de santé actuel (durée de vie de la batterie) de la batterie, qui varie de 0 à 100 %. On pense généralement que la batterie ne sera plus utilisée une fois qu'elle sera inférieure à 80 %. À l'heure actuelle, la plupart utilisent l'atténuation de capacité et le changement de résistance interne CC pour déterminer, généralement, l'atténuation des performances de la batterie d'énergie est caractérisée par une atténuation de capacité, l'atténuation des performances de la batterie de puissance est caractérisée par un changement de résistance interne CC.

Capacité inférieure à 80 % de la capacité nominale - Estimation de la capacité en ligne : méthode des moindres carrés

Résistance interne CC supérieure à 120 % Résistance interne nominale – Estimation DCR en ligne : méthode des moindres carrés ou filtre de Kalman étendu (EKF)

La capacité réelle de la batterie actuelle est estimée sur la base des données de fonctionnement de la batterie. Le rapport entre la capacité réelle et la capacité nominale est SOH.

Un SOH précis améliorera la précision des autres modules dans l'estimation de l'atténuation de la batterie.

11 Technologie d'estimation SOC

Algorithme général actuel de l'industrie :

1. OCV (Tension en circuit ouvert)
2. AH(équilibre AH)
3. Kalman KF ou EKF (filtre de Kalman étendu)
4. ANN (Réseau de neurones artificiels)

1 technologie d'estimation SOC - OCV (tension de circuit ouvert)

Courbe SOC-OCV

OCV (Tension en circuit ouvert):

La batterie LiFePO4, la charge OCV et la décharge OCV ont un phénomène d'hystérésis (similaire à la batterie Ni-MH), et la courbe de tension est plate, avec une longue période de plateau et une petite pente, et le plateau de tension de la batterie est presque inchangé pendant environ 70% de le temps, et est affecté par le taux de décharge et la température sont plus influencés. Par conséquent, la méthode de tension en circuit ouvert OCV ne convient pas aux batteries LiFePO4 (lithium fer phosphate).

Bien que la tension en circuit ouvert soit la même lorsque la batterie est à des températures ou des durées de vie différentes, le SOC réel peut varier considérablement et les résultats d'estimation de cette méthode ne peuvent pas être garantis comme étant complètement précis pendant une longue période.

Par conséquent, la courbe OCV est principalement utilisée pour la correction, l'étalonnage et l'erreur sera importante si cette méthode n'est utilisée que pour calculer le SOC.

2 Technologie d'estimation SOC - AH (équilibre AH)

Le calcul du solde AH(AH):

Dans la formule, SOC représente l'état de charge ; SOC ₀ est l'état de charge au début (t ₀ ) ; C _N est la capacité nominale (la capacité de la batterie dans son état standard à ce moment-là, qui évolue avec le temps) ; η est le rendement coulombique de charge et de décharge (efficacité de charge et de décharge), la décharge vaut 1 et la charge moins 1. I est le courant de charge et de décharge, la charge est négative et la décharge est positive.

À condition que l'état de charge initial SOC ₀ soit relativement précis, la méthode d'intégration AH présente une précision assez bonne sur une période donnée (principalement liée à la précision et à la fréquence d'échantillonnage du capteur de courant).

Cependant, les principaux inconvénients de l'intégration AH sont les suivants : un état de charge initial (SOC) _{de 0} affecte la précision de l'estimation du SOC ; l'efficacité coulombique η est fortement influencée par l'état de fonctionnement de la batterie (état de charge, température, intensité du courant, etc.) et son obtention nécessite un grand nombre de mesures réelles, ce qui représente une charge de travail importante, une difficulté de mesure précise et un effet cumulatif sur l'erreur de SOC ; la précision du capteur de courant, et notamment son écart, a également un effet cumulatif et affecte la précision du SOC. À l'équilibre, la mesure du SOC est plus complexe. Par conséquent, la méthode d'intégration AH seule ne permet pas d'atteindre les exigences de précision requises pour l'estimation du SOC.

3 Technologie d'estimation SOC - EKF (filtre de Kalman étendu)

EKF (filtre de Kalman étendu) :

L'idée centrale de la méthode du filtre de Kalman étendu est de faire l'estimation optimale de l'état du système dans le sens de la moindre variance, c'est-à-dire d'établir l'équation d'état du système et d'estimer l'état du système à l'aide de méthodes mathématiques telles que les moindres carrés, les moindres estimation de la variance et estimation récursive des moindres carrés. L'avantage de cette méthode est qu'elle n'est pas sensible à l'erreur SOC initiale. L'inconvénient est qu'il nécessite une grande précision du modèle de performance de la batterie et une capacité de calcul du système de gestion de la batterie.

4 Technologie d'estimation SOC - ANN (Réseau de neurones artificiels)

Cette méthode fait référence au système d'intelligence artificielle qui simule le processus biologique du cerveau humain. Il évite la complexité interne de la batterie, utilise un réseau neuronal flou pour modéliser la batterie et utilise les caractéristiques externes de la batterie telles que la batterie, la tension et la température comme entrée pour effectuer une formation d'échantillon. L'inconvénient est que le calcul est important et que les exigences matérielles sont élevées.

5 Technologie d'estimation SOC

Il est difficile pour un seul algorithme SOC de répondre aux exigences de précision de l'estimation SOC, et le courant dominant pratique un algorithme de fusion de plusieurs algorithmes SOC uniques.

Principalement par la méthode intégrale d'ampère-heure (AH) et l'algorithme de filtre de Kalman étendu (EKF), et combiné avec la stratégie de correction (telle que la correction de tension de circuit ouvert, la correction complète, la correction de fin de charge, la correction de capacité à différentes températures et SOH, etc. .). La méthode intégrale AH est plus fiable sous condition de précision d'acquisition de courant garantie, mais sa robustesse n'est pas forte. En raison de l'accumulation d'erreurs, les stratégies de correction doivent être combinées, alors que EKF a une forte robustesse, mais l'algorithme est complexe et difficile à mettre en œuvre.

L'algorithme de fusion de la correction simple comprend principalement la correction de la tension en circuit ouvert et l'intégration de l'ampère-heure de la correction complète du courant, etc.

Les fabricants nationaux traditionnels peuvent généralement atteindre une précision de 5 % à température ambiante, mais l'estimation des températures élevées et basses et de l'atténuation de la batterie est un point difficile (une estimation inexacte peut facilement faire en sorte que le kilométrage prévu ne corresponde pas au kilométrage disponible réel, ce qui est très dangereux en conduite à grande vitesse).

Diagramme d'estimation du SOC

6 Technologie d'estimation SOP

Ces dernières années, la quantité de contrôle de SOP par divers instituts de recherche et diverses usines de véhicules à énergie nouvelle est principalement divisée comme suit : puissance de décharge en 10 secondes, puissance de décharge en 30 secondes, puissance de charge en 10 secondes et puissance de charge en 30 secondes . La limite de puissance de décharge est bien comprise, tandis que la limite de puissance de charge est principalement une contrainte sur la charge à haute et basse température, et le système de retour d'énergie. Les procédés de commande comprennent le procédé de table de consultation de table, ainsi que le procédé de table de consultation de table combiné avec la méthode de prédiction de modèle de circuit équivalent. À l'heure actuelle, la plupart des fabricants utilisent une table de consultation bidimensionnelle de la puissance MAP déterminée par la température-SOC, et ajoutent une correction du paramètre SOH ultérieurement.

Méthode de test : Chargez à 0.33 C à 4.20 V à 25 °C, chargez à tension constante jusqu'au courant de coupure de 0.05 C, déchargez à 0.33 C à 2.5 V à la température correspondante et calibrez la capacité. Charger de 0.33C à 4.20V à 25°C, charger à tension constante jusqu'au courant de coupure de 0.05C, et laisser à la température à tester pendant 3 heures. Après le test de puissance de crête correspondant, déchargez 10 % de SOC à 0.33 C et continuez à tester jusqu'à 0 % de SOC.

LISHEN NCM LR2170SD-3.6V5.0Ah

Voici un diagramme 3D des limites de puissance pour un système de batterie :

Tritek est une entreprise spécialisée dans les solutions d'alimentation par batteries lithium, fondée à Shenzhen. Tritek propose une large gamme de solutions d'alimentation pour batteries lithium-ion destinées aux véhicules électriques légers, pour une utilisation commerciale et domestique.

Les experts de Tritek possèdent 12 ans d'expérience dans la conception, la recherche et le développement, ainsi que la vente de batteries lithium-ion pour véhicules électriques. Les batteries lithium-ion produites par Tritek sont conformes aux normes de certification internationales pour les batteries de véhicules électriques, telles que EN15194:2017, UN38.3, CE, FCC, CB, UL, etc. Tritek a déjà ouvert un centre de service client en Espagne en 2022 et Tritek Europe GmbH en Allemagne en 2023. L'entreprise prévoit également de s'implanter aux États-Unis afin d'améliorer l'expérience client.

Vous pouvez personnaliser les exigences de protection de diverses fonctions supplémentaires pour votre batterie au lithium, telles que la communication, le calcul de l'état de charge (SOC), l'estimation de l'état de santé (SOH), l'alerte, l'enregistrement, l'affichage, etc. Tritek peut fournir à votre batterie une carte de protection et un système de gestion de batterie (BMS) professionnels. Veuillez nous contacter si vous êtes intéressé.

Plus d'articles sur BMS：

Qu'est-ce qu'une carte de protection BMS de batterie au lithium ?

8 étapes pour savoir comment est fait un BMS intelligent