Cette TechLetter se concentre sur l’électronique de gestion batterie ou Battery Management System (BMS). WATTALPS a développé sa solution Full BMS pour les applications mobiles exigeantes, en maitrisant en interne la spécification, le développement électronique et logiciel et le process de validation. Cette expérience va nous aider à illustrer ce sujet.

Les fonctionnalités du BMS

Le terme BMS est utilisé pour un grand nombre de fonctions différentes. Cette TechLetter a pour objectif de clarifier toutes les fonctions réalisées par le BMS. Il est généralement accepté que le BMS concerne toutes les fonctions électroniques ou logicielles qui gèrent la batterie. Dans une batterie lithium-ions, les fonctions suivantes peuvent être incluses :

  1. La gestion de la sécurité
  2. La gestion de la modularité et de la configuration batterie
  3. L’interface avec l’application (machine, engin ou véhicule)
  4. La gestion du réchauffage et du refroidissement de la batterie
  5. La connectivité à la batterie et les services associés.

 

Pour clarifier toutes ces fonctions, WATTALPS a défini le vocabulaire ci-dessous.

 

Battery Safety Management System (BSMS)

Pour garantir la sécurité de la batterie en toutes circonstances

La principale fonction du BMS est de maintenir les cellules lithium-ions dans une plage de fonctionnement sûre. Comme expliqué dans notre TechLetter sur la sécurité des batteries lithium-ions, la tension, la température et le courant de chaque cellule de la batterie doivent être maintenue dans des zones de fonctionnement précises. Sortir des zones de fonctionnement spécifiées par les fabricants peut entrainer un départ de feu, voire pour des batteries mal conçues, une explosion. De tels cas doivent donc être détectés, traités et corrigés avec un haut niveau de fiabilité. Dans la plupart des cas, l’état sécurisé est obtenu quand les contacteurs principaux de la batterie sont ouverts. Cependant, dans certaines applications, une ouverture subite des contacteurs peut conduire à des situations dangereuses. Il est donc important que la sécurité du BSMS soit coordonnée avec la stratégie de sécurité de l’engin complet.

Pour répondre à ces problématiques, WATTALPS a développé un BSMS avec les caractéristiques suivantes (liste non exhaustive) :

  • Le BSMS est développé en suivant la norme très exigeante ISO 26262 dédiée aux fonctions électroniques de sécurité dans l’automobile.
  • Le fonctionnement du BSMS ne peut jamais être altéré par les autres fonctions du BMS.
  • Le BSMS peut s’adapter à la stratégie de sécurité de l’engin complet.
  • Les composants utilisés dans les fonctions de sécurité sont compatibles avec le plus haut niveau de sécurité automobile (ASIL D).
  • Le BSMS est spécifiquement adapté pour gérer les innovations des batteries WATTALPS.

 

Battery Modularity Management System (BMMS):

Pour diminuer les coûts de développement

Pour développer une seule fois pour plusieurs machines et configurations par machine

Le développement d’un BMS demande un effort très important. C’est pourquoi la majorité des BMS sont développés pour pouvoir être utilisés sur différents packs batterie. Par exemple, les paramètres suivants peuvent généralement être configurés :

  • La capacité de la batterie
  • Les plages de fonctionnement de la batterie (tension, courant, température)
  • Pour les systèmes modulaires, le nombre de modules de la batterie et/ou leur configuration électrique (connexion en série / parallèle)
  • Le nombre d’entrées/sorties nécessaires à la batterie

 

Battery Interface Management System (BIMS)

Une solution clé en main adaptée à votre besoin spécifique avec des coûts de développement réduits

Le BIMS gère l’interface entre la batterie et l’engin dans lequel elle est intégrée. Les fonctions suivantes sont généralement intégrées dans le BIMS:

  • Calcul et communication de l’état de charge de la batterie (SOC-State of Charge) et parfois de l’état de santé (SOH – State of Health)
  • L’alimentation et la stratégie de réveil de la batterie / de l’engin
  • La communication par un bus CAN avec l’électronique de gestion de l’engin.
  • Les modes de marches : standby, charge…

Par exemple, le BIMS de WATTALPS inclus toutes les fonctions listées ci-dessus ainsi que les fonctions suivantes (liste non exhaustive) :

  • Communication en temps réel des courants maximum de charge et de décharge acceptés par la batterie en fonction de la situation (température, SOC…)
  • Paramétrage des modes d’équilibrage pour faciliter les applications d’hybridation (pile à combustible…)
  • Envoi et réception de « live bit » avec l’engin pour s’assurer d’un bon fonctionnement global
  • Interface avec le chargeur configurable
  • Bus de communication CAN configurable

 

Battery Thermal Management System (BTMS)

Une solution tout inclus pour simplifier les interfaces et le développement

Le BTMS contrôle la température de la batterie pour optimiser les performances, la durée de vie et la productivité (plus d’information sur notre TechLetter « De la cellule lithium-ion au système batterie ») :

  • Chauffage: Les batteries lithium-ions n’acceptent pas la charge et voient leur autonomie significativement réduite sous 0°C. Le BTMS peut activer le système de chauffage de la batterie pour permettre la charge et garantir les performances même à basse température.
  • Refroidissement ou climatisation: Les batteries lithium-ions n’acceptent pas la charge et leur durée de vie est significativement réduite au-delà de 45°C. Le BTMS peut activer le système de refroidissement de la batterie pour permettre la charge rapide et garantir les performances dans un environnement chaud. Si la température ambiante peut être supérieure à 45°C, un groupe froid peut s’avérer nécessaire.
  • Homogénéiser les températures au sein de la batterie: La performance de la batterie est toujours limitée par son élément le plus faible. Il est donc indispensable de s’assurer d’une bonne homogénéité de température pour avoir un vieillissement uniforme. Grâce à la circulation du fluide, le refroidissement par immersion assure naturellement cette fonction pour garantir un écart de température maximum de 2°C dans la batterie.
  • Charge rapide : La charge est souvent la phase générant le plus de chaleur dans la batterie. Il est donc indispensable d’avoir un système de refroidissement très efficace pour permettre la charge rapide. Le refroidissement par immersion est la technologie la plus efficace de refroidissement des batteries.

 

Battery Connectivity Management System (BCMS)

Pour maitriser la technologie électrique, améliorer l’expérience client et vos cas d’usage

Beaucoup d’objets sont connectés de nos jours. Pour une batterie dans une application industrielle, la connectivité est un must. Le BCMS permet en effet de:

  • Mettre à jour (« Over The Air ») le logiciel du BMS pour bénéficier de toutes les améliorations qui vont arriver pour une technologie en développement constant.
  • Diagnostiquer à distance (« Over The Air ») pour un service client à grande réactivité.
  • Optimiser la gestion de votre flotte grâce à l’historique d’utilisation et sécuriser la seconde vie de la batterie.
  • Conseiller les utilisateurs finaux pour augmenter la durée de vie en fonction des usages.

 

Le BCMS de WATTALPS inclut toutes ces fonctions et même plus sur demande.

 

Tests BMS

Le BMS est un composant clé au cœur de votre machine, ayant un impact fort sur la performance, la fiabilité et la sécurité de celle-ci. Il doit donc être testé de façon exhaustive en CEM, endurance et résistance à un environnement représentatif de votre application.

 

Pour plus d’informations sur le Full BMS et les batteries de WATTALPS, contactez-nous à : info@wattalps.com .