Qu’est-ce que le BMS dans les batteries et comment ça marche ?

Les batteries sont fabriquées en connectant des cellules (telles que les lithium-ion) en packs, ce qui permet de construire des modules de pratiquement n’importe quelle configuration. Cependant, le problème clé dans l’utilisation de ces batteries, tout comme les batteries au lithium-polymère, reste les paramètres de charge et de fonctionnement appropriés. Et c’est précisément pourquoi les systèmes BMS sont une partie intégrante de ces batteries.

Comment fonctionne le système BMS ?

BMS signifie Système de Gestion de Batterie, qui est un système de gestion de batterie. Son fonctionnement peut être comparé au fonctionnement d’un cerveau, qui, sur la base de données collectées, prend des décisions concernant la gestion des cellules individuelles. De cette manière, il protège la batterie non seulement contre la surchauffe, mais aussi contre une exploitation trop intense.

En pratique, le fonctionnement du BMS implique la surveillance des paramètres clés des cellules. Si la batterie se compose de plusieurs, voire de plusieurs centaines de cellules, un système BMS dédié contrôle chacune d’elles séparément. Sur la base des informations obtenues, le Système de Gestion de Batterie gère la charge et la décharge des cellules, il peut également les équilibrer, ce que nous discuterons plus tard dans le texte.

En plus de cela, le système BMS communique avec le dispositif auquel la batterie est connectée, fournissant des informations sur son niveau de charge ou son état.

Fonctions des systèmes de Système de Gestion de Batterie

Les fonctions des systèmes BMS permettent une utilisation sûre et efficace des batteries, tant pendant la décharge que pendant la charge. À cette fin, le Système de Gestion de Batterie :

• contrôle la tension des cellules individuelles dans le module,
• surveille la température de la batterie,
• protège contre la surcharge et la décharge excessive,
• protège contre un courant de charge trop élevé et trop bas,
• peut équilibrer les cellules individuelles,
• protège contre les courts-circuits,
• fournit des données SoC/SoH (État de Charge – niveau de charge ; État de Santé – état de la batterie),
• limite l’autodécharge de la batterie non utilisée,
• permet la communication avec les appareils alimentés pour optimiser le processus de décharge de la batterie.

Tous les types de systèmes BMS

Bien que les systèmes BMS soient presque aussi courants que les batteries lithium-ion, tout le monde ne sait pas que différents types sont utilisés. Ainsi, nous avons des systèmes de Gestion de Batterie installés à l’extérieur des batteries ainsi que dans le module de la batterie (généralement dans une position au-dessus des cellules).

Cette dernière solution est la plus couramment utilisée lorsque la batterie est retirée de l’appareil pour être chargée ou est transférée entre des appareils. Le BMS dans les batteries de vélos électriques et les batteries pour scooters électriques est enfermé dans le pack de batterie.

De plus, les systèmes BMS sont également divisés en types passifs et actifs selon leur fonctionnement. Les différences entre ces types peuvent être mieux expliquées par l’exemple de l’équilibrage des cellules.

Comment le BMS équilibre-t-il les cellules ?

L’équilibrage, ou l’équilibrage des cellules, s’avère nécessaire pour les modules composés d’au moins trois cellules. Parce que même les cellules du même fabricant peuvent différer en capacité, impédance ou caractéristiques de température, elles atteignent généralement différents niveaux de charge. Cela affecte la capacité totale de la batterie : en termes simples, la batterie est aussi capable que sa cellule la plus faible. Par conséquent, des circuits d’équilibrage spéciaux sont utilisés pour équilibrer les niveaux de charge de toutes les cellules. Ces circuits, qui font partie des systèmes BMS, peuvent fonctionner passivement ou activement.

Équilibrage des cellules passif

Les circuits d’équilibrage des cellules passives sont construits, entre autres, avec un microcontrôleur, qui surveille la tension de chaque cellule à l’aide d’un convertisseur A/D connecté via un multiplexeur. Lorsqu’elle dépasse considérablement le niveau défini, la cellule est connectée à une résistance interne pour la décharge. Ce processus continuera jusqu’à ce que la cellule surchargée atteigne la tension des autres cellules. Ensuite, la charge de toute la batterie est reprise.

L’équilibrage passif a une faible efficacité et limite en plus la capacité totale de la batterie car il est nécessaire d’ajuster le niveau de charge des cellules à la capacité de la plus petite. De plus, l’équilibrage passif ne fonctionne que pendant la charge de la batterie, donc il ne la protège pas pendant l’utilisation ou pendant l’autodécharge, qui se produit naturellement dans une batterie non utilisée.

Équilibrage des cellules actif

Au lieu de décharger (perdre) une charge excédentaire sur une résistance, dans les systèmes d’équilibrage actifs, elle est transférée vers d’autres cellules à l’aide d’interrupteurs transistorisés, connectés à une bobine inductive, qui est le côté secondaire du transformateur.

Dans ce cas, la réduction de la tension se produit en connectant la cellule surchargée à l’enroulement secondaire, ce qui entraîne l’induction de la tension dans l’enroulement primaire. En utilisant des transistors supplémentaires, il est connecté aux cellules sous-chargées.

L’équilibrage actif des cellules a une efficacité d’environ 85% et fonctionne à la fois pendant la charge de la batterie et son utilisation, ainsi que lorsque la batterie n’est pas utilisée.

BMS – Réponses aux questions les plus courantes

Nous présentons ci-dessous des réponses aux questions les plus courantes concernant les systèmes BMS. Vérifiez s’ils dissipent vos doutes.

Quelle est la différence entre le BMS et l’équilibreur ?

Le système BMS est composé de plusieurs modules qui permettent de réaliser ses fonctions. L’un d’eux peut être un équilibreur (passif ou actif).

Le BMS est-il nécessaire dans une batterie ?

Oui. Le système de gestion de batterie est nécessaire pour une utilisation sûre et maximale des batteries lithium-ion.

Quand le BMS équilibre-t-il les cellules ?

L’équilibreur passif dans le système BMS équilibre les cellules uniquement pendant la charge de la batterie. L’équilibreur actif peut équilibrer les cellules également pendant l’utilisation de la batterie, ainsi que lorsque vous ne l’utilisez pas.

Quand le BMS coupe-t-il ?

Le BMS coupe principalement la batterie dans deux cas : lorsque pendant la charge l’une des cellules est proche de la surcharge et pendant l’utilisation de la batterie, la protégeant de la décharge excessive. Le système BMS peut également arrêter la charge en cas de détection de court-circuit ou de température excessive de la batterie.

Voilà ce que vous devez savoir sur les systèmes BMS dans les batteries lithium-ion ! Ils protègent votre batterie contre la surcharge et prolongent sa durée de vie.