Comme moyen de protection, la plupart des systèmes de batteries au lithium, quelle que soit la tension de chaîne, nécessitent un système de gestion de batterie (BMS) pour maintenir les conditions de fonctionnement des cellules dans les limites. Leur complexité peut aller du simple équilibrage des cellules à ceux qui surveillent la tension des cellules ; température et courant des cellules ; et, grâce à l'utilisation de commutateurs ou de relais à semi-conducteurs, déconnectera le bloc-batterie de l'onduleur si l'une des variables surveillées dépasse ses limites de fonctionnement.

Lors de l'interfaçage d'un système de batterie au lithium à un UPS , il est essentiel de connaître et de comprendre les limites auxquelles le BMS déconnectera la batterie. De nombreux BMS émettent un avertissement si les conditions de fonctionnement s'approchent de ces limites avant qu'une mesure ne soit prise. De cette manière, il est possible de prendre certaines mesures pour éviter que la batterie ne se déconnecte de l'onduleur. Le BMS ne reconnectera généralement pas la batterie tant que les conditions à l'origine de l'action n'auront pas été supprimées. Une deuxième raison pour bien comprendre les limites est de s'assurer que l'onduleur, en fonctionnement normal, ne les dépassera pas. Prendre soin de vérifier que les limites ne seront pas dépassées par l'onduleur est une bonne pratique et une bonne conception du système.

Figure 1

Ce qui suit est une brève description des fonctions contenues dans un BMS typique.

Équilibrage des cellules : le but de l'équilibrage des cellules est de maintenir la tension aux bornes de chaque cellule, ou groupe de cellules parallèles, dans la chaîne en série à peu près égale. Étant donné que la tension des cellules a une certaine relation avec la capacité, avec les produits chimiques au lithium, le maintien de ces valeurs égales aura tendance à maintenir la capacité de chaque cellule égale. Cela servira alors à empêcher les cellules les plus faibles, celles ayant une capacité inférieure, d’être trop déchargées. De même, les cellules de capacité plus élevée ne seront pas surchargées. L'importance de l'équilibrage des cellules est visible sur la figure 1. Ici, un cycle de décharge et de charge de deux packs LFP contenant 12 cellules en série et 3 en parallèle est représenté.

Sur les tracés de décharge, notez que certaines tensions de cellules dans le pack sans équilibrage ont diminué en dessous de 2,0 V, la limite minimale, vers la fin de la décharge. Il s'agit d'une décharge excessive qui commençait à se produire après seulement le huitième cycle. Dans le pack avec équilibrage des cellules, la tension a diminué à 2,5 V pour la plupart des cellules, une atteignant 2,3 V avant la fin de la décharge. Toutes les cellules sont nettement au-dessus de la limite de 2 V.

Pendant la charge, après la huitième décharge, notez l'étalement des tensions des cellules d'environ 0,59 V pour le pack sans équilibrage des cellules. Une cellule a presque atteint la limite de tension flottante de 4,0 V. Au-dessus de cette limite, il y a surcharge. Avec le pack contenant l'équilibrage des cellules, les cellules sont étroitement regroupées autour de la tension float de 3,65 V.

Fonction de mesure : la tension des cellules, comme le montre la figure 1, en fait partie. Le but de cette mesure est de s'assurer que les tensions des cellules sont suffisamment proches les unes des autres pour que la batterie puisse être chargée et déchargée sur la plage de fonctionnement prévue. Dans certains cas, le BMS peut ne pas permettre la charge ou la décharge, du moins pas à la charge nominale, jusqu'à ce que les tensions des cellules se situent dans une plage prédéterminée les unes des autres. Une autre mesure est le courant traversant les cellules. Il existe généralement des limites maximales de courant de charge et de décharge qui, si elles sont dépassées, déclencheront un avertissement et déconnecteront éventuellement la batterie de l'onduleur si la condition persiste pendant une période de temps prescrite.

La troisième mesure est la température des cellules. Lors de l'évaluation d'un système de batterie destiné à être utilisé avec un onduleur, il devrait être obligatoire de mesurer la température du boîtier d'une ou plusieurs cellules. En raison de l'augmentation rapide de la température en cas d'événement thermique, une mesure de la température de l'air (interne) peut ne pas être assez rapide ou assez sensible pour détecter le début d'un emballement thermique et prendre des mesures pour débrancher la batterie. Le BMS protégera la batterie des températures excessives en signalant lorsque la température de la cellule approche ou a atteint le maximum et déconnectera finalement la batterie de l'onduleur si le maximum est atteint. Une autre action parfois prise par un BMS consiste à limiter ou à reporter la charge de la batterie jusqu'à ce que la température ait suffisamment diminué par rapport à la limite.

Certains modèles de BMS peuvent également fournir une mesure de l'état de charge (SOC) et une indication de l'état de santé (SOH) du système de batterie. Le SOC est obtenu en mesurant la charge, en ampères-heures (Ah), retirée (décharge) et remplacée (charge). La charge est généralement mesurée en intégrant le courant entrant ou sortant de la batterie en fonction du temps. En partant d’une valeur connue de charge disponible, le SOC est simplement le rapport entre la charge nette (Ah déchargé – Ah chargé) et la charge disponible. Le SOH est un indicateur du degré de dégradation ou de vieillissement survenu depuis que la batterie est neuve. L'approche de base consiste à déterminer dans quelle mesure les frais disponibles diminuent avec l'âge. Une décharge test, commençant à l’état de charge complète, est généralement utilisée pour effectuer cette estimation. La perte de capacité à mesure que la batterie vieillit est parfois appelée épuisement de la capacité.

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