Les systèmes de gestion des batteries (BMS) sont au cœur de toutes les solutions énergétiques avancées. Des drones et de la robotique aux véhicules électriques, en passant par la marine et les systèmes de défense. Mais face aux exigences croissantes en matière de performance, de sécurité et de conformité, comment les architectures BMS modernes évoluent-elles pour relever ces défis ?
Cet article résume les conclusions de notre récent webinaire, animé par notre directeur technique Ran Aloni, qui a exploré les composants clés et l'architecture de la conception des BMS, les applications pratiques et les stratégies de certification. Vous pouvez visionner l'enregistrement complet [ici].
L'importance de la conception de la GTB
Un système de gestion des bâtiments est plus qu'un simple outil de contrôle, il détermine la sécurité des produits, l'efficacité, l'expérience des clients et même le succès de la certification.
Principales raisons pour lesquelles la conception d'un système de gestion des bâtiments est essentielle :
- La sécurité avant tout : Protège contre les surcharges, les décharges excessives, les courts-circuits et les événements thermiques.
- Des informations fondées sur des données : Permet des mises à jour d'état en temps réel, une maintenance prédictive et un suivi des performances.
- Prêt pour la certification : Répond aux normes internationales (UN 38.3, IEC 62133, UL 2054) grâce à une architecture robuste et des composants éprouvés.
Composants essentiels d'un système de gestion des bâtiments
1. Module de circuit de protection (PCM)
Chaque BMS commence par le PCM. C'est le gardien matériel qui veille à ce que la tension, le courant et la température restent dans des limites sûres.
Les caractéristiques communes sont les suivantes
- Protection contre la surtension, la sous-tension et la température du pack/de la cellule
- Détection des courts-circuits
- Contrôle de la précharge
- Protections secondaires telles que les fusibles
2. Surveillance de la batterie (jaugeage des gaz)
Deux principales méthodes d'estimation ont été examinées :
- Comptage de Coulomb : Mesure l'entrée/sortie de charge dans le temps, ancrée par des états pleins/vides.
- Estimation de la courbe EMF : Utilise la tension dans des conditions théoriques de 0A pour estimer le SoC plus précisément.
Ensemble, ils fournissent des informations cruciales sur l'état de charge et la santé de la batterie, qui sont essentielles pour les applications portables et critiques.
3. Équilibrage des cellules : Passif ou actif
Pourquoi équilibrer ? Parce qu'un déséquilibre entre les cellules limite la capacité utilisable et réduit la durée de vie de la batterie.
- Équilibrage passif : Il évacue l'excès de charge des cellules à haute tension à l'aide de résistances. Rentable et adapté aux packs bien conçus avec des cellules de qualité supérieure.
- Équilibrage actif : Transfère la charge des cellules hautes vers les cellules basses à l'aide d'inducteurs ou de condensateurs. Utile dans les systèmes de grande taille, de grande capacité ou déséquilibrés chimiquement.
Ce qu'il faut retenir : Dans la plupart des applications standard, l'équilibrage passif suffit si la batterie est constituée de cellules de haute qualité et d'une structure homogène.
4. Interfaces de communication
Vous avez recueilli les données, alors comment les utiliser ?
- Protocoles standard : SMBus (I2C basse consommation), UART, CAN, RS485/422
- Intégration avancée : MODBUS, CANopen, DroneCAN, TCP/IP, Bluetooth
- Considérations clés : Interférences électromagnétiques (EMI), alimentation en veille et adressage de la batterie
Conseil : Dans les chaînes de communication, la batterie doit toujours être considérée comme le dispositif esclave afin de préserver l'énergie et d'éviter les conflits de données.
Cas d'utilisation pratiques :
Applications haute tension (véhicules électriques, drones, marine)
BMS centralisé ou décentralisé
- Centralisé : Toutes les fonctions de sécurité et de surveillance sont regroupées dans une seule unité, ce qui est efficace pour les systèmes compacts.
- Décentralisé : Répartit les fonctions entre les modules (idéal pour les batteries de 100 à 1000 V), ce qui réduit la complexité du câblage et permet des diagnostics au niveau des modules.
Scénarios de puissance critique (aviation, défense)
Quand les dérogations aux règles de sécurité peuvent être dangereuses
- Pas de BMS : Rare, mais possible dans les systèmes guidés.
- Modes terrestre et aérien : Protection totale sur terre, limitée en vol.
- Protection contre les décharges externes : Fusible ou contrôleur intelligent en dehors du BMS.
Exemple : Dans un drone, un BMS surprotecteur qui coupe l'alimentation en plein vol peut être plus risqué que de tolérer une défaillance temporaire.
Considérations relatives à la certification : Construire pour réussir dès le départ
L'obtention de l'approbation réglementaire, qu'il s'agisse de la norme UN 38.3, de la norme IEC 62133 ou de la norme UL 2054, est plus qu'une simple case à cocher. Cela commence par la conception de votre batterie et de votre BMS. Un BMS certifiable doit être conçu dès le départ en tenant compte de la conformité:
- Configuration fixe - Contrôle total de la nomenclature, du micrologiciel et de la conception matérielle.
- Couches de sécurité multiples - Mécanismes de protection redondants permettant de survivre à des défaillances ponctuelles.
- Intégrité mécanique - Conception physiquement robuste avec une disposition correcte des circuits imprimés, des connecteurs stables et un acheminement sûr des fils.
- Équipe de conception qualifiée et certifiée - La qualité d'un système de gestion des bâtiments dépend de celle des ingénieurs qui l'ont conçu. Votre équipe doit comprendre les voies de certification, les protocoles de sécurité et les contraintes de conception. Recherchez des partenaires avec :
- Expérience confirmée en matière de développement de BMS
- Processus certifiés ISO (par exemple, ISO 9001 pour la gestion de la qualité)
- Familiarité avec les pratiques de conception SIL (Safety Integrity Level)
Bien qu'un système de gestion des bâtiments ne fasse pas l'objet d'une certification indépendante, sa conception et son processus de validation sont minutieusement évalués lors de la certification de la batterie. Le choix d'un partenaire disposant de l'expertise technique et des systèmes de qualité adéquats est essentiel pour éviter des retards ou des retouches coûteux.
Réflexions finales
Vous souhaitez approfondir le sujet ? L'enregistrement complet du webinaire est disponible ici
Dans les applications exigeantes d'aujourd'hui, la conception d'un système de gestion des bâtiments n'est pas facultative, mais stratégique. De la sécurité et des performances aux données en temps réel et à la conformité, un système de gestion des bâtiments bien conçu libère le potentiel du produit et garantit sa fiabilité sur le terrain.
Chez Dan-Tech Energy, notre équipe d'ingénieurs apporte des décennies d'expérience dans la gestion de l'énergie, la conception de circuits imprimés personnalisés et le soutien à la certification des batteries. Soutenus par une fabrication mondiale et des processus conformes aux normes ISO, nous aidons nos clients à passer du concept à la production en toute confiance.
Que vous construisiez un groupe motopropulseur pour drone, un robot industriel ou un système de stockage d'énergie, le bon partenaire peut faire toute la différence.
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