Qu'est-ce que la surveillance-en temps réel ?
BMS a besoin de savoir ce qui se passe à l'intérieur du pack. Tension par cellule, courant total, températures en plusieurs points. Ces données arrivent en continu et ne sont pas échantillonnées de temps en temps. C'est une surveillance-en temps réel.
Mesure de tension
C’est là que va la majeure partie du coût dans la conception d’un BMS.
Chaque cellule ou groupe parallèle a besoin de sa propre ligne de détection de tension vers un circuit intégré frontal analogique. Pour un pack 16S gérable. Pour un pack EV 100S+, vous envisagez plusieurs puces AFE connectées en série-en série, une communication isolée entre elles et un faisceau de câbles qui demande de réels efforts pour être acheminé proprement. La détection du bruit est un combat constant. Les fils de détection longs agissent comme des antennes. Les paires torsadées aident. Garder les chemins de courant élevés à l'écart des lignes de détection est plus utile.
Les spécifications de précision AFE sont bien plus importantes que ce à quoi les gens s’attendent. Les cellules NMC ont peut-être 1,4 V de plage de tension utilisable. À 4,2 V, vous êtes plein. À 4,25 V, vous plaquez du lithium et tuez la cellule. Cela représente 50 mV de marge. Si votre AFE a une précision de ± 15 mV, vous avez déjà dépensé plus de la moitié de votre budget rien qu'en erreur de mesure. C'est pourquoi les packs haute tension-de tout fournisseur de batteries au lithium décent utilisent les coûteux AFE-6815, 6813, de ce niveau. Les moins chers fonctionnent bien pour les packs d’outils électriques 4S. Pas pour la traction.
Le LFP est plus indulgent dans le haut de gamme, mais la courbe de tension est si plate au milieu que l'estimation du SOC devient difficile. Vous avez besoin d'une bonne précision pour une raison différente.
Actuel
Capteurs à effet Hall ou shunts. Les halls sont isolés électriquement, ce qui simplifie la conception. Les shunts sont plus précis mais ils se situent dans le chemin du courant, le circuit de détection BMS doit donc gérer une tension de mode commun - égale à la tension du pack. Pas anodin sur un système 400V.
Les shunts dissipent également de l'énergie. Un shunt de 100 µΩ à 500 A chute de 50 mV et brûle 25 W. C'est une chaleur qu'il faut gérer. Et la résistance du shunt dérive avec la température, donc la lecture actuelle dérive également à moins que vous ne compensiez. Les conceptions BMS bon marché ne le font pas. Puis SOC s'en va au cours d'une journée et personne ne sait pourquoi.
Température
Les thermistances sont bon marché. Le placement est la partie la plus difficile.
Un pack peut contenir 200 cellules mais seulement 6-8 capteurs de température. Où vont-ils ? Les cellules du centre géométrique sont les plus chaudes car elles sont entourées d’autres sources de chaleur. Les cellules proches du boîtier perdent de la chaleur au profit de la température ambiante. Les cellules situées à proximité des jeux de barres captent la chaleur conduite provenant des connexions à courant élevé. Un fabricant de systèmes de batteries au lithium qui effectue cela exécute correctement un CFD ou au moins un modèle thermique simplifié avant de s'engager sur l'emplacement des capteurs. Les autres mettent une thermistance par module et espèrent le meilleur.
Le capteur doit toucher la cellule. Ne flotte pas dans l'air à proximité de la cellule. La température de l’air à l’intérieur d’une enceinte ne vous dit presque rien sur la température de la surface des cellules. Nous avons constaté des différences de 8 à 10 degrés entre l’air et la surface des cellules dans des emballages qui paraissaient bien sur le papier.
Le matériau de l’interface thermique est également important. Un contact sec entre la thermistance et le boîtier de la cellule présente une résistance thermique élevée. La lecture est en retard sur la réalité. Au moment où le capteur affiche 45 degrés, la cellule est peut-être déjà à 52 degrés et grimpe.
Ce que fait le BMS avec les données
L’estimation du SOC est l’essentiel. Le comptage de Coulomb intègre le courant au fil du temps. La recherche OCV corrèle la tension de repos à l’état de charge. Les filtres Kalman ou similaires combinent les deux. Aucun de ceux-ci ne fonctionne parfaitement. Le comptage de Coulomb dérive parce que la mesure du courant n'est pas parfaite et que vous ne pouvez jamais connaître le véritable point de départ. La recherche OCV nécessite que le pack se repose pendant un certain temps, ce qui ne se produit pas en fonctionnement continu. Le filtre de Kalman est utile, mais sa qualité dépend du modèle cellulaire sur lequel il est construit, et les cellules vieillissent.
L’estimation SOH suit la dégradation. La capacité s'estompe, la résistance augmente. Cela signifie généralement exécuter périodiquement une charge ou une décharge contrôlée et comparer avec la ligne de base. Certains systèmes tentent de l'estimer en ligne à partir de données opérationnelles. Les résultats varient.
La logique de protection est plus simple. Tension trop élevée, arrêtez la charge. Trop bas, arrêtez la décharge. Courant trop élevé, débranchez. Température trop élevée, déclassement ou déconnexion. Ce ne sont que des comparaisons de seuils. Fixer les bons seuils demande une réflexion-trop serrée et vous faites de faux-trébuchements constamment, trop lâches et vous laissez les cellules s'endommager.
Équilibrage
Les cellules se séparent avec le temps. L'équilibrage passif brûle l'excès de charge via des résistances, généralement entre 50 et 100 mA. C'est lent. Au cours d'un cycle de charge de 4 heures, l'équilibrage passif peut varier de 200 à 400 mAh. Si vos cellules sont déséquilibrées de 2 000 mAh, cela ne suffira pas.
L'équilibrage actif transfère la charge entre les cellules à l'aide d'inductances ou de condensateurs. Beaucoup plus rapide, plus efficace, plus cher, plus compliqué. Pour les solutions de batteries industrielles au lithium où les packs fonctionnent quotidiennement, l’équilibrage actif est logique. Pour un pack qui se situe à 50 % de SOC la plupart du temps avec une utilisation occasionnelle, le passif convient.
Communication
Bus CAN pour véhicules. Modbus pour le stationnaire. Les deux fonctionnent. Choisissez ce que le reste du système utilise.
La connectivité cloud semble bonne sur le papier. En pratique, la moitié des sites disposent d'un signal cellulaire inutile et l'installateur n'a pas prévu de budget pour une antenne externe. L'enregistrement local des données avec téléchargement périodique fonctionne mieux pour la plupart des déploiements commerciaux de fournisseurs de batteries au lithium que l'hypothèse d'une connectivité constante.
Normes
ISO 6469 et UN ECE R100 pour l'automobile. UL 9540 pour le stockage stationnaire. OSHA et codes de prévention des incendies locaux pour les zones de recharge industrielles. Un partenaire OEM de batteries au lithium doit savoir lesquelles s’appliquent à votre marché cible. Les exigences de surveillance de l'isolement dans les normes automobiles trébuchent les gens plus que toute autre chose dans la production en série.
La surveillance-en temps réel n'est pas facultative. La question est de savoir de quelle précision et de sophistication vous avez besoin, et cela dépend des cellules, de l'application et des conséquences d'une erreur.
