BMS : batteries lithium-ion et Système BMS
II: BMS et batteries lithium-ion :
II-1 Battrie lithium-ion :
Commercialisée pour la première fois par Sony Energitech en 1991, la batterie lithium-ion occupe aujourd’hui une place prédominante sur le marché de l’électronique portable.
Ses principaux avantages sont une densité d’énergie spécifique et volumique élevée (4 à 5 fois plus que le Ni-MH par exemple).
Enfin, l’auto-décharge est relativement faible par rapport à d’autres accumulateurs. Cependant le coût reste important.
Une batterie Li-Ion est composée de plusieurs cellules connectées en série et en parallèle en fonction de la tension et des exigences de l’appareil.
Trois types différents de cellules de batterie Li-Ion sont couramment utilisés : cylindrique, prismatique et polymère ; utilisés dans les ordinateurs portables, les tablettes et téléphones.
• Les cellules cylindriques font environ 18 mm de diamètre et 65 mm de longueur.
Ce sont les cellules normalisées 18650. Ces cellules sont fréquemment utilisées dans les batteries faisant environ 20 mm d’épaisseur
• Les cellules prismatiques sont fines et de forme rectangulaire.
Les plus courantes sont les batteries Li-Ion de 6 et 8 cellules d’environ 12 mm d’épaisseur souvent utilisées dans les tablettes.
• Les cellules polymères sont plus minces que les cellules prismatiques.
Elles sont souvent utilisées dans les produits tels que les ordinateurs de poche et certains ordinateurs ultra-portable, qui nécessitent des batteries faisant moins de 10 mm d’épaisseur ainsi que dans des téléphones.
• La tension d’un élément Li-Ion est de 3,6 V.
Cette équivalence 1 élément Li-Ion = 3 éléments Ni-MH est très intéressante car elle permet dans certains cas de faire une substitution pure et simple, du Li-Ion par du Ni-MH uniquement, l’inverse pouvant s’avérer catastrophique.
De plus le Ni-MH est d’une utilisation plus sûre, en particulier lors de la charge.
Figure 3_4 : Batterie lithium-Ion
II-1-2 Caractéristiques de la batterie lithium ion :
Les batteries lithium-ion polymère disposent d’une haute densité de puissance qui vous offre une grande autonomie dans un boîtier léger.
Et vous pouvez recharger une batterie lithium-ion polymère quand bon vous semble, sans qu’il soit nécessaire d’effectuer un cycle de charge ou de décharge complet.
a) Charge standard
La plupart des batteries lithium-ion polymère utilisent une charge rapide pour recharger votre appareil à 80 % de sa capacité, puis passent en charge lente.
Cela représente environ deux heures pour recharger un PC à 80 % de sa capacité, puis deux heures de plus pour atteindre sa pleine charge si vous ne l’utilisez pas en cours de charge.
Les batteries lithium-ion peuvent être rechargées un grand nombre de fois, mais un nombre limité, défini en fonction du «cycle de charge».
Figure 3_5 phases de charge de la batterie LI-ion
b ) Les cycles de la batterie :
Les batteries li-ion possèdent un nombre maximum de cycles avant lequel leur autonomie s’effondrera. Un cycle représente une décharge complète suivie d’une recharge complète de la batterie. L’avantage du li-ion est sa flexibilité : si vous déchargez votre batterie à 50 % puis la rechargez à 100 %, cela équivaudra à ½ cycle.
Les accumulateurs li-ion actuels possèdent une durée de vie comprise entre 500 et 1000 cycles de recharge.
Figure 3 _6 : cycles de charge de la batterie Li–ion
II-1- 3 Avantage de la batterie Li-ion :
Les batteries lithium ion ont beaucoup d’avantages par rapport à la batterie standard au plomb parmi ces avantages on peut citer :
• Possède une haute densité d’énergie pour un poids très faible, grâce aux propriétés physiques du lithium (très bon rapport poids/potentiel électrique). Ces accumulateurs sont donc très utilisés dans le domaine des systèmes embarqués.
• Ne présente aucun Effet mémoire contrairement aux accumulateurs à base de nickel
• Ne nécessite pas de maintenance.
• Présente une faible autodécharge (5 à 10% par mois)
• Ces caractéristiques font de cette batterie l’une des meilleures solutions actuelles pour alimenter en électricité les appareils nomades (appareil photo, téléphone mobile, tablettes, PC) ou les véhicules (voiture hybride, voiture électrique).
II- 1-4 Les technologies de charge rapide :
Il existe des chargeurs ultra rapides, qui proposent de charger la batterie en quelques dizaines de minutes.
En effet, depuis quelques années, on assiste une flopée de nouvelles technologies. Qu’il s’agisse de Quick Charge, VOOC, Dash Charge, elles suivent toutes le même principe.
La charge rapide consiste donc à envoyer une très grande puissance sur la première moitié de la charge, puis à réguler finement cette puissance sur la seconde moitié.
Ce dernier exercice est le plus délicat, afin de ne pas endommager la batterie. Afin de découvrir plus en détail les différentes technologies de charge rapide.
II-2 Système BMS :
De l’anglais « Battery Management System », le BMS est un système électronique contrôlant la charge et parfois également la décharge des accumulateurs composant une batterie.
C’est un élément indispensable qui assure à la fois une sécurité optimale ainsi qu’une bonne longévité de la batterie.
Afin d’optimiser les capacités de la batterie et d’empêcher les sous-tensions ou surtensions, le BMS veille à l’équilibrage des cellules entre elles. On peut considérer qu’il existe deux types de BMS, actif (non dissipatif) et passif (dissipatif).
Le système BMS peut assurer les fonctionnalités suivantes :
•Tension max de fin de charge
•Cut off de fin de décharge
•Surintensité
•Surchauffe.
•SOH (état de santé de la batterie)
•SOC (niveau de charge de la batterie)
•DOD (profondeur de décharge de la batterie)
•Nombre de cycles effectués
•Energie totale depuis la première mise en service
•Protocoles de communications externes (bus).
Figure 3_7 : schéma simplifie d’un BMS
III- Voiture électrique sans fil :
III-1 principe :
En utilisant la technologie de recharge par induction, une technologie qui existe aussi pour les téléphones cellulaires, les constructeurs des voitures électriques compte à simplifier la tâche aux futurs propriétaires de ces véhicules.
Le système est basé sur Une première plaque posée au sol intègre une bobine primaire qui va émettre un champ magnétique alternatif à destination d’une deuxième plaque dotée d’une bobine secondaire installée sous le véhicule électrique ou hybride rechargeable.
Ce système ne fonctionne que lorsque la voiture est stationnée au-dessus de la bobine primaire et que les deux plaques sont parfaitement alignées, la charge sans fil permet de faire le plein d’une batterie en toute sécurité, qu’il pleuve ou qu’il neige.
Ce type de recharge atteint une efficacité de 80% à 90% par rapport à la recharge traditionnelle par câble. La recharge prend donc plus de temps que si la voiture était branchée.
La charge d’un pack batterie de la puissance de celui qui équipe la Volvo C30 Electrique devrait prendre environ 1h20 dans le cas d’une batterie entièrement déchargée. Le dispositif de charge qui sera soumis à l’évaluation est dimensionné pour 20 kW
Figure 3_8 : model de voiture sans fil
III–2 Pourquoi la voiture sans fil :
Le développement de la technologie de recharge par induction ne se fait pas que pour se débarrasser des gros câbles uniquement, mais les constructeurs Pensent à l’avenir où les voitures se conduiront d’elles-mêmes, un véhicule électrique pourra aller se stationner par lui-même et entamer sa recharge sans la moindre intervention humaine.
III–3 Station de recharge pour voiture électrique sans fil
Avec les stationnements à recharge par induction, la seule trace visible qu’il s’agit bien d’une station de recharge est une plaque incrustée à même le sol.
Ce dispositif permet de transférer de l’énergie via un champ électromagnétique. Une première plaque posée au sol intègre une bobine primaire qui va émettre un champ magnétique alternatif à destination d’une deuxième plaque dotée d’une bobine secondaire installée sous le véhicule électrique ou hybride rechargeable.
Ce système ne fonctionne que lorsque la voiture est stationnée au-dessus de la bobine primaire et que les deux plaques sont parfaitement alignées.
La généralisation du rechargement sans fil pourrait également constituer une solution durable au manque de moyens pour recharger les voitures électriques. Simple et discret, il pourrait aisément se banaliser sur les places de parking.
C’est pourquoi les constructeurs automobiles sont de plus en plus nombreux à vouloir équiper leurs voitures du dispositif de recharge à induction.
Figure 3_9 : Exemple d’une station de chargement sans fil
