jeudi, 28 mars 2024

Opérateurs en douceur : lever le voile sur les systèmes de gestion de batterie

Tout comme la contribution des mises à jour logicielles à une meilleure sécurité informatique peut être considérée comme donnée, le rôle des systèmes de gestion de batterie (BMS) dans le succès des appareils électroniques portables est souvent négligé. Les batteries modernes – que l’on trouve dans les ordinateurs portables et ailleurs – nécessitent des circuits de suivi de puissance précis capables de déterminer l’état de charge de plusieurs cellules. Sans ces informations, il est impossible de garantir que les cellules fonctionnent dans des limites sûres. Les demandes de courant de pointe peuvent être gérées pendant de brèves périodes, mais dégraderont considérablement la durée de vie de la batterie si elles sont activées pour continuer.

CI fournis par Texas Instruments et d’autres fabricants de puces, options d’alimentation pour les appareils intelligents , ordinateurs portables et autres appareils électroniques alimentés par batterie. Et le matériel emballé comprend des régulateurs de tension, des capteurs de température et de présence, une sécurité contre les décharges électrostatiques, des fusibles chimiques, ainsi que des systèmes d’authentification et de contrôle. Les fonctions du BMS incluent l’examen de la charge prélevée sur le bloc d’alimentation et la réponse appropriée – par exemple, en libérant une demande selon laquelle les circuits connectés diminuent leur besoin existant si la batterie tombe trop près de sa limite de tension basse. Pendant la charge, le BMS produira une réduction du courant si la tension de la cellule monte trop près de son plafond. Encore une fois, pour préserver une durée de vie plus longue pour la batterie dans son ensemble.

Voyage EV

L’un des environnements les plus exigeants pour les systèmes de suivi des batteries, mais en même temps un cas d’utilisation où ils peuvent offrir une valeur considérable, reste les voitures électriques. Contrairement aux circonstances intérieures telles que le fonctionnement de produits électriques non perturbés (un autre destinataire des systèmes de surveillance de batterie), les automobiles électriques sont conduites par tous les temps. Les charges de batterie doivent être résistantes aux éléments, mais en même temps capables d’héberger des cellules dans des fenêtres de fonctionnement parfaites – une fois de plus, informées par le raisonnement BMS.

Le graphène sur la charge pour alimenter de meilleures batteries

Des occasions telles qu’une vitesse difficile (qui nécessite un courant élevé sur les cellules) et une régénération de puissance assistée par freinage (utilisée pour restituer la charge à la batterie) doivent être prises en compte. Et, de préférence, les niveaux de vibration doivent être maintenus bas, ou amortis, pour réduire les tensions sur les composants internes microstructurés qui facilitent la circulation efficace des électrons. Les batteries EV sont complexes, comme le montrent les dépôts de brevets (comme celui de Tesla, qui a été approuvé en 2022). Les cellules peuvent être thermiquement isolées les unes des autres et peuvent inclure des plaques froides ou des caloducs en tant que services d’ingénierie pour le contrôle de la température.

Formule gagnante

Plus sévères encore sont les styles de batterie utilisés dans Formula E– une série de sport automobile tout électrique qui a fait son lancement en 2014 comme vitrine de la mobilité durable. Les blocs d’alimentation de haute technologie propulsent les véhicules à une vitesse d’accélération de 174 mph (280 km/h) – pour les conceptions Gen2 – et nécessitent des options d’ingénierie créatives pour répondre non seulement aux exigences électriques, mais également aux exigences de sécurité, d’aérodynamisme et de poids. Les occasions de transport doivent également être prises en compte et les batteries sont évaluées conformément à la section 38.3 de l’ONU « Exigences pour les batteries au lithium et au lithium-ion (PDF) ».

Les concepteurs n’ont pas de pénurie de problèmes pour rivaliser, mais un problème essentiel – comme vous l’auriez compris – est la gestion du niveau de température. Par exemple, vous souvenez-vous du brevet mis en évidence plus tôt ? Une recherche rapide de mots renvoie respectivement 56 et 28 résultats pour « chaleur » et « thermique ». Si la batterie est trop chaude, sa durée de vie sera réduite car les systèmes de destruction s’accélèrent à des niveaux de température élevés. D’autre part, des conditions plus froides ne jouent pas si bien avec la chimie de la batterie et affectent la capacité de stockage du pack. Les lecteurs de routine peuvent se rappeler d’un article associé que, selon la chimie, certaines batteries peuvent perdre jusqu’à un tiers de leur charge lorsque les températures chutent.

Nous ne pouvons pas exploiter notre évasion : le VE dilemme de la batterie

Les systèmes de la Formule E incluent un refroidissement liquide pour une gestion efficace de la chaleur, pilotée par les entrées du BMS. Le refroidissement liquide ajoute de la complexité, mais peut considérablement améliorer la durée de vie du bloc d’alimentation par rapport aux unités qui incluent des styles passifs. En réalité, c’est une fonctionnalité à essayer de trouver si vous vous retrouvez à acheter un VE. Et, pour commencer, les automobiles électriques industrielles qui sont censées avoir un refroidissement liquide incluent des conceptions de et BMW, en plus de la Chevy Volt, de la Ford Focus Electric et de la Jaguar I-PACE, pour ne donner que quelques exemples.

Applications de seconde vie

Les informations collectées par le BMS peuvent également aider à signaler quand les batteries doivent être éteintes pour être réutilisées, par exemple, en cascadant des unités de véhicules électriques routiers dans des applications alternatives. Depuis 2020, le constructeur automobile BMW utilise des batteries en fin de vie avec une capacité récurrente élevée dans les chariots élévateurs dans les usines en Chine. Et lorsque la réutilisation a suivi son cours, il faut également penser au recyclage.

Des entreprises de produits telles qu’Umicore, qui a été impliquée dans le recyclage des systèmes de course de la Formule E, ainsi que des tâches avec BMW et Northvolt , un développeur de batteries – soulignent la nécessité d’une approche en « boucle fermée » pour réduire l’empreinte écologique. Il y a aussi les moteurs financiers, compte tenu de la ruée vers la sécurisation des produits à approvisionnement limité tels que le nickel, le lithium et le cobalt.

La modularisation pourrait-elle enfin être le prochain grand modèle de la technologie ?

« Compte tenu de la pénurie croissante de ressources limitées et de la hausse des prix des matières premières, il est particulièrement crucial de faire avancer l’économie circulaire », a déclaré Jochen Goller de BMW, à propos de l’activité de recyclage de l’entreprise. La puissance des batteries augmente , avec l’e-mobilité comme une énorme force motrice – des scooters aux voitures haut de gamme (la marque Rolls-Royce de BMW sera entièrement électrique au début des années 2030, selon l’entreprise). Et les systèmes de gestion de la batterie jouent un rôle fondamental dans tout cela – optimiser les opérations de la batterie et plus encore.

Amélioration des capacités

Il n’est pas surprenant d’apprendre que les compétences en matière de BMS sont demandées. Plus de 37 000 étudiants se sont inscrits au programme de Gregory Plett. cours en ligne – « Introduction aux systèmes de gestion de batterie », proposé ce mois-ci sur Coursera, qui couvre un vaste éventail de sujets tels que la détection de BMS, le contrôle haute tension et d’autres exigences de style. Pletts est professeur de génie électrique et informatique à l’Université du Colorado à Colorado Springs, aux États-Unis, dont l’étude de recherche sur les systèmes de contrôle connecte le contrôle des systèmes de batteries à haute capacité lancés dans les automobiles hybrides et électriques.

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