Le système de gestion de batterie ("Battery Management System :BMS") est un terme qui englobe plusieurs fonctions [Notten et al., 2002], parmi lesquelles :
l'acquisition et la communication de mesures au travers d'un bus de communication la protection des cellules
le contrôle de la charge l'équilibrage des cellules
la détermination de l'état de santé la détermination de l'état de charge la gestion optimale de l'énergie la gestion thermique du pack
Ces fonctions ont pour principaux objectifs, de protéger les batteries de tous les dommages éventuels, de prolonger la durée de vie de ces éléments, et de veiller à maintenir la batterie à un niveau de fonctionnement optimal.
Parmi ces fonctions, on peut distinguer des fonctions électroniques, qui sont plus au contact direct avec les cellules, et les fonctions logicielles dont le rôle est principalement la gestion de l'énergie au sens large.
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Parmi les fonctions électroniques, on compte les systèmes d'instrumentation : capteurs de tension, de courant et de température, ainsi que les systèmes de communication des données vers le centre décisionnel du BMS.
1.6.1 Le système d'équilibrage
On compte également parmi ces fonctions électroniques, des systèmes d'équilibrage des cel-lules [Cao et al., 2008]. Ces systèmes d'équilibrage sont indispensables pour garantir que tous les éléments d'un pack soient à un même état de charge. En eet, deux cellules identiques soumises aux mêmes sollicitations en courant, verront leurs états de charge diverger au bout de plusieurs cycles. Plusieurs causes peuvent en être l'origine : tout d'abord une dispersion de fabrication qui aecte la capacité initiale. Une autre cause peut provenir d'un déséquilibre thermique du pack ; bien qu'une ventilation forcée permet d'évacuer les calories générées par les batteries, l'uniformisation des températures n'est cependant pas garantie. Une diérence de plusieurs degrés est inévitable. Selon la conception du pack, une dispersion des températures de l'ordre d'une dizaine de degrés doit être envisagée. Dans de telles conditions, les cellules vieillissent diéremment, conduisant inévitablement à un déséquilibre des capacités et des état de charge. Un système d'équilibrage est donc indispensable pour éviter que des cellules soient complètement déchargées alors que d'autres ne le sont pas, et prévenir les risques de surdé-charges ou de sursurdé-charges. Le principe de ces systèmes d'équilibrage consiste à dévier le courant pour que celui-ci évite les cellules surchargées ou surdéchargées, selon le sens du courant imposé au pack. La déviation peut être réalisée soit dans une résistance, une capacité ou une inductance [Lee and Duh, 2005].
1.6.2 Le système de protection des cellules
Le système de protection des cellules consiste en une surveillance des tensions de chacune d'elles. Ce système intervient à un niveau hiérarchique supérieur de celui du système d'équili-brage. Il agit donc en tant que superviseur. Il contrôle les tensions de seuil (supérieur et inférieur) de chaque élément. Dès lors qu'une cellule atteint l'un des seuils, le système de protection peut ordonner l'arrêt de la charge ou la décharge en cours.
1.6.3 La gestion thermique du pack
Le rôle du système de gestion de la température du pack de batteries est de garder celui ci dans une gamme idéale de températures de fonctionnement. La gestion thermique du pack prévient ainsi toute surchaue du pack qui s'avère être un facteur dommageable et limitant la durée de vie des batteries. La gestion thermique consiste à assurer une distribution uniforme
CHAPITRE 1. OBJECTIFS ET ORIENTATION DE L'ÉTUDE 32 de la température du pack, an d'optimiser les performances de celui ci. Plusieurs approches peuvent être envisagées pour gérer la température du pack.
Le BMS peut activer un système autonome de réchauement ou refroidissement des bat-teries.
Le BMS peut diminuer l'utilisation du pack en cas de surchaue soit une combinaison des deux possibilités précédentes
La gestion thermique du pack est intimement liée à la gestion de l'énergie. Cette gestion doit donc être conçue avec le cadre d'une approche système de la gestion d'énergie embarquée.
Il n'est alors pas étonnant de voir, sur la Prius de Toyota, que l'air conditionnée provenant de l'habitacle serve au refroidissement du pack batterie.
1.6.4 La gestion optimale de l'énergie
La gestion optimale de l'énergie constitue sans doute la couche hiérarchique la plus haute dans le BMS et certainement la plus condentielle également. Elle est au coeur de la perfor-mance énergétique du véhicule. A partir des mesures collectées (tension, courant, température) et de la puissance demandée par la chaîne de traction, cette couche de gestion d'énergie va autoriser ou non la fourniture de puissance au, ou par, le pack batterie. Au delà des considé-ration de protection des cellules que nous venons d'évoquer, la gestion d'énergie a pour rôle de maintenir la batterie dans un état de charge compris entre 50 et 80% de sa capacité, dans le cadre d'un véhicule hybride, avec des variations d'état de charge de l'ordre de 10%. Cette plage de fonctionnement pour la batterie correspond à la zone pour laquelle la puissance en charge et en décharge est maximale. Une limite à 80% d'état de charge permet de mettre une marge de sécurité vis à vis des surcharges éventuelles.
Dans le cadre de véhicules électriques, la plage d'utilisation de la batterie est plus grande et doit pouvoir s'étendre d'une dizaine de pour cent à cent pour cent : le but étant de pouvoir embarquer un maximum d'énergie. Descendre trop bas, risquerait d'amener le véhicule à la panne sèche et de contribuer à un vieillissement prématuré des cellules. Monter trop en SoC est également un risque à ne pas tenter, puisqu'il pourrait conduire à la destruction des cellules. La gestion d'énergie est donc adossée à une détermination précise de l'état de charge et de santé des cellules.
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