En bref : un BMS (Battery Management System, système de gestion de batterie) est la carte électronique qui surveille et protège une batterie lithium-ion. Ses trois fonctions principales : protéger les cellules contre les surtensions, sous-tensions, surintensités et températures excessives ; équilibrer les cellules pour conserver la capacité utile du pack ; communiquer l'état de la batterie (tension, courant, température, état de charge) au chargeur, à l'onduleur ou au véhicule.
Qu'est-ce qu'un BMS ?
Le système de gestion de batterie (BMS) est un composant électronique essentiel de la batterie Li-ion. Il assure une surveillance et un contrôle permanents de l'ensemble de la batterie et en particulier des cellules. Il les équilibre si nécessaire et permet de les charger et de les décharger en fonction des limites de tension afin d'optimiser la durée de vie de la batterie.
Quel est son rôle dans une batterie ?
Le BMS est le cerveau de la batterie Li-ion, offrant une protection contre les courts-circuits, les surtensions et les sous-tensions, les surcharges et les hausses de température.
Ses fonctions peuvent être aussi simples que l'arrêt de la charge ou de la décharge en fonction de la tension, ou aussi complexes que la garantie de la communication entre plusieurs cellules et la gestion de l'équilibrage des cellules pour optimiser l'utilisation de la batterie en temps réel et garantir un contrôle intelligent permanent.
Équilibrage actif ou passif, quelles sont les différences ?
Les différences de résistances internes de chaque cellule entraînent un déséquilibre au sein du module pendant les cycles de charge/décharge. Cela se traduira par une baisse de la capacité utile de la batterie si aucun équilibrage n'est effectué.
Deux stratégies existent :
L'équilibrage passif, qui consiste à décharger la cellule contenant le plus d'énergie afin de l'amener au même niveau que le groupe de cellules.
Avantage : Facile à mettre en œuvre et plus économique.
Inconvénient : Cette stratégie génère une perte de capacité puisque l'énergie déchargée est dissipée sous forme de chaleur dans une résistance.
Équilibrage actif : chaque cellule apporte une partie de son énergie à la cellule la plus déchargée afin d'homogénéiser l'état de charge.
Avantage : il s'agit d'une forme d'équilibrage intercellulaire, sans perte d'énergie.
Inconvénient : la rentabilité est plus visible dans les grands systèmes.
Quelles sont les topologies des BMS ?
Les BMS sont aujourd'hui principalement centralisés ou distribués.
Le BMS centralisé, généralement destiné aux petits systèmes, se compose d'une seule carte de gestion, connectée à chaque cellule ou module. Il centralise toutes les informations envoyées par les cellules (courant, tension, température, etc.), les analyse puis leur envoie des ordres (démarrage ou arrêt des chargements/décharges).
Pour les systèmes comportant plusieurs modules, le BMS peut être distribué (maître/esclave) : dans ce cas, il existe un BMS « maître » et plusieurs BMS « esclaves ». Chaque module est connecté à une carte électronique (BMS esclave), ces BMS esclaves envoient des informations à la carte mère, le maître, qui prend les décisions pour une utilisation optimale.
Quels types de communication pour interagir avec les équipements associés ?
Le BMS ou Master centralisé aura également pour rôle de communiquer et de contrôler les équipements externes (chargeur, onduleur, moteur, circuit de refroidissement, etc.). Cette communication peut être filaire (CAN, Ethernet, UART, USB...) ou sans fil pour le contrôle à distance (Wifi, Bluetooth, 3G/4G...).
Oui. Une batterie lithium-ion utilisée sans BMS n'est protégée ni contre la surcharge, ni contre la décharge profonde, ni contre l'emballement thermique. Les normes de sécurité et de transport (IEC 62619, UN 38.3) supposent la présence d'un système de gestion ; en pratique, aucun pack lithium-ion industriel n'est livré sans BMS.
Le chargeur fournit l'énergie ; le BMS décide si la batterie peut la recevoir. Le chargeur impose une tension et un courant, tandis que le BMS surveille chaque cellule, autorise ou coupe la charge, équilibre les cellules et transmet au chargeur les limites à respecter. Un bon chargeur ne remplace donc jamais un BMS.
Trois critères : la chimie des cellules (LiFePO4 ou NMC, qui n'ont pas les mêmes seuils de tension), le nombre de cellules en série et le courant maximal de l'application, puis le type d'équilibrage (passif pour les petits packs, actif pour les modules de forte capacité) et les interfaces de communication requises (CAN, RS485, Bluetooth).
