Une pile au lithium standard est de 3,2 V. Pour transformer ces cellules individuelles en une batterie 12/24 ou 48V sûre, il faut un système de gestion de batterie au lithium ou BMS. Un BMS est une carte de circuit imprimé qui est connectée aux cellules et surveille l'ensemble de la batterie. Pour des raisons de sécurité, le BMS doit s'assurer que les cellules fonctionnent toujours dans les limites connues et réagir activement si ces limites sont dépassées.
Pourquoi un système de gestion de batterie (BMS) est-il nécessaire :
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Si les piles au lithium sont surchargées, cela raccourcira leur durée de vie ou peut-être les endommagera de façon permanente. Ainsi, avec une batterie LiFePO4 (Lithium Fer Phosphate) dont la tension nominale est de 3,2 volts, il ne faut jamais les charger au-dessus de 3,65 volts et il est préférable d'avoir quelque chose dans le système qui éteindra le chargeur lorsqu'ils atteindront une tension de charge maximale de 3,65 volts. volts. De même, avec une batterie LiNCM ou LiMn204 (Lithium Polymère) dont la tension nominale est de 3,7 volts, vous ne devez jamais les charger au-dessus de 4,2 volts et il est préférable d'avoir quelque chose dans le système qui éteindra le chargeur lorsqu'ils atteindront une tension de charge maximale. de 4,2 volts.
Décharge
A l'inverse, une batterie au lithium LiFePO4 ne peut pas être déchargée en dessous de 2,4 volts sans endommager les cellules. Il doit donc y avoir un mécanisme dans le système qui réduira automatiquement les gaz et finira par éteindre la batterie en cas de condition de décharge inférieure à 2,4 volts. Si ce mécanisme n'est pas en place, vous risquez d'endommager certaines des batteries de votre pack. Ce système est communément appelé système de gestion de batterie ou BMS ou, dans le cas de certaines batteries plus petites, comme dans un vélo, un PCM. Un PCM (Protective Circuit Module), souvent appelé PCB (Protective Circuit Board), est un système passif qui fonctionnera mieux à des tensions inférieures à 96 volts et à des courants de crête ne dépassant jamais 200 ampères.
Équilibrage
Avoir un certain nombre de batteries toutes connectées ensemble pour stocker de l'énergie électrique, c'est un peu comme avoir un tonneau fait de douves en bois de longueur variable qui stocke de l'eau. Certaines batteries accepteront une charge mieux que d'autres batteries de la chaîne. Lorsqu'ils atteignent une tension prédéterminée comme 3,65 pour les batteries LiFePO4, il doit y avoir un moyen de dériver le courant de cette batterie la plus chargée et d'empêcher qu'elle ne soit surchargée pendant que leurs batteries les plus faibles dans la même chaîne se rattrapent. Pour simplifier, j'ai utilisé l'analogie du stockage de l'eau dans un tonneau en bois et montré les plus longues portées comme les bonnes batteries tandis que les plus courtes représentent les batteries les plus faibles. C'est la troisième fonction d'un BMS. Un bon BMS équilibrera toutes les batteries afin qu'elles atteignent leur pleine charge à peu près en même temps. Cela pourrait être représenté comme un tonneau dont toutes les portées ont la même longueur. Les systèmes BMS passifs contiennent de grands réseaux de résistances qui redirigent simplement le courant de charge à travers le réseau de résistances et brûlent l'excès de puissance tandis que l'équilibre des cellules les plus faibles atteint son niveau de tension de recharge complet.
Les systèmes BMS bon marché ne font pas cela, ils éteignent simplement le chargeur lorsque la première batterie approche de 3,65 volts. Avec ces systèmes, la batterie peut toujours être chargée avec une plus grande quantité d'énergie, mais il n'y a aucun moyen que ces systèmes bon marché permettent que cela se produise. Ainsi, vous risquez de perdre jusqu'à 20 % de la pleine capacité potentielle des batteries pour quelques dollars d'économies lors de l'achat du système BMS. Dans les véhicules à moteur, cela peut représenter une grande perte d'autonomie.
La quatrième fonction du BMS concerne la protection et l'équilibrage des batteries contre les décharges excessives.Si les batteries ne sont pas équilibrées de manière à ce que toutes les portées soient égales, ce qu'un système BMS correctement conçu fera, alors que la batterie est déchargée, la batterie la plus faible, représentée dans mon illustration par la portée la plus courte du canon, atteindra son point d'arrêt de décharge complète devant le reste du pack Un bon système BMS maintiendra toutes les cellules équilibrées afin que la tension de cellule la plus faible avec une batterie LiFePO4 ne descende pas en dessous de 2,4 volts tandis que les autres batteries sont autorisées à drainer leur énergie. De même, un bon système BMS maintiendra également toutes les cellules équilibrées dans une batterie au lithium polymère afin que la tension de cellule la plus faible ne descende pas en dessous de 2,8 volts tandis que les autres batteries sont autorisées à drainer leur énergie. Un BMS bien conçu garantira que toutes les batteries sont presque égales dans le stockage et la décharge de leur énergie de manière uniforme. La dernière fonction d'un bon système BMS est de surveiller et de contrôler les températures à l'intérieur des cellules ou du pack total. De nombreux produits chimiques au lithium comme le lithium-cobalt peuvent s'enflammer spontanément s'ils sont surchargés ou déchargés. Les feux de métal sont extrêmement chauds et l'eau ou même les mousses anti-incendie ne suffiront pas à éteindre les flammes. De toutes les chimies du lithium, le phosphate de fer-lithium (LiFePO4) est le moins volatil et ne brûlera théoriquement pas. Cependant, une chaleur extrême peut endommager et raccourcir la durée de vie de toutes les piles au lithium. Un bon système BMS surveillera les températures à l'intérieur d'un pack et éteindra le pack ou réduira le courant de décharge ou de charge afin que les cellules n'atteignent jamais un point de surchauffe.
