Par mesure de protection, la plupart des systèmes de batteries au lithium, quelle que soit leur tension de chaîne, nécessitent une système de gestion de batterie (BMS) Afin de maintenir les conditions de fonctionnement des cellules dans les limites autorisées, des systèmes de surveillance peuvent être mis en place. Ces systèmes peuvent être plus ou moins complexes, allant du simple équilibrage des cellules à la surveillance de la tension, de la température et du courant des cellules, et déconnecter la batterie de l'onduleur grâce à des commutateurs à semi-conducteurs ou des relais si l'une des variables surveillées dépasse ses limites de fonctionnement.

Lors de l'interface avec un l système de batterie à l'itrium à un UPS Il est essentiel de connaître et de comprendre les limites auxquelles le système de gestion de batterie (BMS) déconnecte la batterie. De nombreux BMS émettent un avertissement lorsque les conditions de fonctionnement approchent de ces limites avant toute intervention. Ainsi, il est possible d'agir pour éviter la déconnexion de la batterie de l'onduleur. Le BMS ne reconnecte généralement la batterie que lorsque les conditions ayant provoqué la déconnexion disparaissent. Comprendre ces limites permet également de s'assurer que l'onduleur, en fonctionnement normal, ne les dépasse pas. Vérifier que l'onduleur ne dépasse pas ces limites est une bonne pratique et une bonne conception du système.

Figure 1

Voici une brève description des fonctions contenues dans un système de gestion de bâtiment (BMS) typique.

Équilibrage cellulaire : L'équilibrage des cellules vise à maintenir la tension aux bornes de chaque cellule, ou groupe de cellules en parallèle, d'une chaîne en série approximativement égale. La tension d'une cellule étant liée à sa capacité, et compte tenu de la chimie du lithium, maintenir ces tensions égales permet de maintenir la capacité de chaque cellule de manière égale. Ceci évite la décharge excessive des cellules les plus faibles, celles ayant une capacité moindre, et la surcharge des cellules ayant une capacité plus élevée. L'importance de l'équilibrage des cellules est illustrée par la figure 1, qui représente un cycle de charge et de décharge de deux packs LFP contenant 12 cellules en série et 3 en parallèle.

Sur les courbes de décharge, on observe que la tension de certaines cellules du pack sans équilibrage est descendue en dessous de 2,0 V, la limite minimale, vers la fin de la décharge. Ce phénomène de décharge excessive a commencé à se produire dès le huitième cycle. Dans le pack avec équilibrage des cellules, la tension a diminué à 2,5 V pour la plupart des cellules, l'une d'entre elles atteignant même 2,3 V avant la fin de la décharge. Toutes les cellules affichent une tension nettement supérieure à la limite de 2 V.

Lors de la charge, après la huitième décharge, on observe un écart de tension d'environ 0,59 V entre les cellules pour la batterie sans équilibrage. Une cellule a presque atteint la limite de tension de maintien de 4,0 V. Au-delà de cette limite, il y a surcharge. Avec l'équilibrage des cellules, les tensions des cellules sont très proches de la tension de maintien de 3,65 V.

Fonction de mesure : La tension des cellules, illustrée à la figure 1, est l'un de ces paramètres. Cette mesure vise à garantir que les tensions des cellules sont suffisamment proches pour permettre la charge et la décharge de la batterie dans sa plage de fonctionnement prévue. Dans certains cas, le système de gestion de batterie (BMS) peut bloquer la charge ou la décharge, du moins à charge nominale, tant que les tensions des cellules ne sont pas comprises dans une plage prédéterminée. Une autre mesure concerne le courant traversant les cellules. Des limites maximales de courant de charge et de décharge sont généralement définies ; leur dépassement déclenche une alerte et peut entraîner la déconnexion de la batterie de l'onduleur si la situation persiste pendant une durée prédéfinie.

La troisième mesure concerne la température des cellules. Lors de l'évaluation d'un système de batteries destiné à être utilisé avec un onduleur, il est impératif de mesurer la température du boîtier d'au moins une cellule. En raison de la montée en température rapide lors d'un incident thermique, une mesure de la température ambiante (interne) peut s'avérer trop lente ou trop lente pour détecter le début d'un emballement thermique et déclencher la déconnexion de la batterie. Le système de gestion de batterie (BMS) protège la batterie des surchauffes en signalant lorsque la température des cellules approche ou atteint le seuil maximal et, le cas échéant, en déconnectant la batterie de l'onduleur. Le BMS peut également limiter ou reporter la charge de la batterie jusqu'à ce que sa température ait suffisamment baissé.

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, exprimée en ampères-heures (Ah), retirée (décharge) et restituée (charge). La charge est généralement mesurée en intégrant le courant entrant ou sortant de la batterie en fonction du temps. À partir d'une valeur connue de charge disponible, le SOC correspond au rapport entre la charge nette (Ah déchargés – Ah chargés) et la charge disponible. Le SOH est un indicateur du degré de dégradation ou de vieillissement de la batterie depuis sa mise en service. L'approche de base consiste à déterminer la diminution de la charge disponible avec l'âge. Un test de décharge, à partir d'une batterie complètement chargée, est généralement utilisé pour effectuer cette estimation. La perte de capacité liée au vieillissement de la batterie est parfois appelée « affaiblissement de capacité ».

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