Les syst\u00e8mes de gestion des batteries (BMS) sont la pierre angulaire de la s\u00e9curit\u00e9 des v\u00e9hicules \u00e9lectriques modernes et du stockage de l'\u00e9nergie. Ils surveillent la tension des cellules, r\u00e9gulent la charge et la d\u00e9charge, \u00e9quilibrent les charges des cellules et emp\u00eachent les batteries de fonctionner en dehors des plages de temp\u00e9rature s\u00fbres. Pour la majeure partie de l'industrie, le syst\u00e8me de gestion de la batterie est le gardien de la batterie, la derni\u00e8re ligne de d\u00e9fense contre une d\u00e9faillance catastrophique.<\/p>\n
Cependant, de plus en plus d'\u00e9l\u00e9ments sugg\u00e8rent que le BMS conventionnel, malgr\u00e9 toute sa sophistication, pr\u00e9sente des zones d'ombre critiques. Il ne peut pas d\u00e9tecter les premiers signes d'emballement thermique, ni l'humidit\u00e9 qui s'accumule \u00e0 l'int\u00e9rieur d'une batterie, ni enregistrer la charge de choc absorb\u00e9e par une batterie en cas de collision.<\/p>\n
Ce sont ces lacunes qui, dans des conditions r\u00e9elles, permettent aux incendies de batterie de passer inaper\u00e7us jusqu'\u00e0 ce qu'ils soient d\u00e9j\u00e0 d\u00e9sastreux, et qui laissent les ing\u00e9nieurs, les op\u00e9rateurs de flotte et les assureurs sans les donn\u00e9es dont ils ont besoin pour prendre des d\u00e9cisions \u00e9clair\u00e9es sur l'\u00e9tat de la batterie. Il est essentiel pour toute personne qui con\u00e7oit ou exploite des batteries lithium-ion aujourd'hui de comprendre les lacunes des syst\u00e8mes de gestion de batterie conventionnels et ce qu'il faut faire pour y rem\u00e9dier.<\/p>\n
Un syst\u00e8me de gestion de la batterie est un syst\u00e8me de contr\u00f4le \u00e9lectronique int\u00e9gr\u00e9 dans une batterie. Ses principales fonctions sont de mesurer et de signaler la tension et la temp\u00e9rature au niveau des cellules, d'emp\u00eacher la surcharge ou la d\u00e9charge excessive des cellules, d'\u00e9quilibrer l'\u00e9tat de charge des diff\u00e9rentes cellules et de fournir une estimation globale de l'\u00e9tat de charge (SoC) et de l'\u00e9tat de sant\u00e9 (SoH) au v\u00e9hicule ou au syst\u00e8me h\u00f4te.<\/p>\n
Dans un v\u00e9hicule \u00e9lectrique moderne, le syst\u00e8me de gestion de la batterie communique via un bus CAN, transmettant des donn\u00e9es au contr\u00f4leur du groupe motopropulseur du v\u00e9hicule et, dans de nombreuses applications, \u00e0 des syst\u00e8mes t\u00e9l\u00e9matiques en nuage. Il s'agit d'une technologie mature et bien comprise. La plupart des cadres r\u00e9glementaires relatifs \u00e0 la s\u00e9curit\u00e9 des v\u00e9hicules \u00e9lectriques consid\u00e8rent le syst\u00e8me de gestion de la batterie comme une donn\u00e9e.<\/p>\n
Le probl\u00e8me n'est pas que les syst\u00e8mes de gestion des batteries sont mal con\u00e7us. Le probl\u00e8me est qu'ils ont \u00e9t\u00e9 con\u00e7us autour d'un ensemble relativement \u00e9troit de param\u00e8tres mesurables, \u00e0 savoir la tension et la temp\u00e9rature. Malheureusement, la tension et la temp\u00e9rature ne permettent pas \u00e0 elles seules de savoir ce qui se passe \u00e0 l'int\u00e9rieur d'une batterie.<\/p>\n
La plupart des architectures de syst\u00e8mes de gestion de batteries placent des capteurs de temp\u00e9rature \u00e0 intervalles r\u00e9guliers dans le pack, g\u00e9n\u00e9ralement un capteur par module, voire un par plusieurs cellules. Cela signifie qu'une cellule anormale situ\u00e9e entre deux points de capteur peut subir une augmentation de temp\u00e9rature significative avant qu'une mesure ne la saisisse. Dans un module lithium-ion tr\u00e8s dense, la distance entre une cellule d\u00e9fectueuse et le capteur de temp\u00e9rature le plus proche peut \u00eatre suffisante pour permettre \u00e0 un \u00e9v\u00e9nement thermique de se d\u00e9velopper sans \u00eatre d\u00e9tect\u00e9.<\/p>\n
La d\u00e9tection d'une d\u00e9gradation pr\u00e9coce des cellules par des mesures de tension est intrins\u00e8quement difficile dans les configurations de cellules parall\u00e8les. Lorsqu'une cellule d'un groupe parall\u00e8le commence \u00e0 tomber en panne, les cellules restantes soutiennent la tension terminale du groupe dans son ensemble, masquant ainsi l'anomalie. Lorsqu'un \u00e9cart de tension devient visible pour le syst\u00e8me de gestion de la batterie, la cellule d\u00e9faillante peut d\u00e9j\u00e0 \u00eatre dans un \u00e9tat de d\u00e9gradation avanc\u00e9. En fait, le syst\u00e8me de gestion de la batterie peut \u00eatre tromp\u00e9 par l'architecture m\u00eame de la batterie qu'il prot\u00e8ge.<\/p>\n
L'une des limites les plus importantes des syst\u00e8mes conventionnels de gestion des batteries est qu'ils n'ont aucun moyen de d\u00e9tecter les gaz \u00e9mis par les cellules des batteries lorsqu'elles commencent \u00e0 se d\u00e9gazer. La mise \u00e0 l'air libre des cellules, parfois appel\u00e9e d\u00e9gagement gazeux, est le premier signe observable d'un emballement thermique. Dans les minutes qui pr\u00e9c\u00e8dent le moment o\u00f9 une cellule atteint les temp\u00e9ratures qui d\u00e9clenchent un incendie ou une explosion, elle lib\u00e8re des compos\u00e9s organiques volatils (COV) et, dans certains sc\u00e9narios de d\u00e9faillance, de l'hydrog\u00e8ne. Ces gaz sont mesurables et identifiables. Un syst\u00e8me de gestion de batterie conventionnel ne peut pas les mesurer.<\/p>\n
Des tests ind\u00e9pendants r\u00e9alis\u00e9s par les Sandia National Laboratories ont montr\u00e9 que la d\u00e9tection des COV peut fournir plus de sept minutes d'avertissement avant un emballement thermique, une fen\u00eatre que les capteurs de temp\u00e9rature seuls ne peuvent tout simplement pas offrir.<\/em><\/p>\n Cette fen\u00eatre de sept minutes est d'une importance capitale. Elle fait la diff\u00e9rence entre un arr\u00eat contr\u00f4l\u00e9 du syst\u00e8me, une \u00e9vacuation s\u00fbre du v\u00e9hicule ou une isolation du circuit et un incendie qui ne peut \u00eatre arr\u00eat\u00e9. Le r\u00e8glement technique mondial sur la s\u00e9curit\u00e9 des v\u00e9hicules \u00e9lectriques (GTR20) traite sp\u00e9cifiquement de la n\u00e9cessit\u00e9 de disposer de syst\u00e8mes d'alerte rapide permettant l'\u00e9vacuation en toute s\u00e9curit\u00e9 des occupants. Un syst\u00e8me de gestion de la batterie bas\u00e9 uniquement sur la temp\u00e9rature ne peut pas r\u00e9pondre de mani\u00e8re fiable \u00e0 cette exigence.<\/p>\n Les infiltrations d'eau constituent une menace s\u00e9rieuse pour la long\u00e9vit\u00e9 et la s\u00e9curit\u00e9 des batteries. L'humidit\u00e9 \u00e0 l'int\u00e9rieur d'un pack compromet l'isolation des cellules, favorise la corrosion et augmente le risque de court-circuit. Dans les batteries refroidies par liquide, de la condensation peut se former sur les composants internes lorsque la temp\u00e9rature du liquide de refroidissement tombe en dessous du point de ros\u00e9e de l'air \u00e0 l'int\u00e9rieur du bo\u00eetier, un sc\u00e9nario particuli\u00e8rement probable lors des d\u00e9marrages \u00e0 froid ou apr\u00e8s des cycles de refroidissement agressifs. Les syst\u00e8mes conventionnels de gestion des batteries n'ont aucun moyen de d\u00e9tecter l'humidit\u00e9 ou de suivre le point de ros\u00e9e, ce qui fait que ce mode de d\u00e9faillance n'est absolument pas surveill\u00e9.<\/p>\n Lorsqu'un v\u00e9hicule \u00e9lectrique est impliqu\u00e9 dans une collision, l'int\u00e9grit\u00e9 m\u00e9canique de la batterie est imm\u00e9diatement remise en question. Les syst\u00e8mes actuels de gestion de la batterie ne fournissent aucune information sur les chocs subis par la batterie. Les ing\u00e9nieurs charg\u00e9s d'\u00e9valuer l'\u00e9tat de la batterie apr\u00e8s l'incident doivent s'appuyer sur une inspection visuelle et, le cas \u00e9ch\u00e9ant, sur les donn\u00e9es t\u00e9l\u00e9m\u00e9triques du v\u00e9hicule, qui ne permettent pas de savoir avec certitude si la structure interne de la batterie a \u00e9t\u00e9 compromise. Sans ces donn\u00e9es, les options sont limit\u00e9es : mettre la batterie au rebut ou accepter un risque inconnu.<\/p>\n Prises individuellement, chacune de ces limites des syst\u00e8mes de gestion des batteries repr\u00e9sente une lacune en mati\u00e8re de surveillance. Prises ensemble, elles repr\u00e9sentent une vuln\u00e9rabilit\u00e9 syst\u00e9mique dans l'architecture de s\u00e9curit\u00e9 des batteries lithium-ion, qui a des cons\u00e9quences r\u00e9elles pour les fabricants de VE, les exploitants de flottes, les int\u00e9grateurs de batteries de seconde vie et les utilisateurs finaux.<\/p>\n Les emballements thermiques des v\u00e9hicules \u00e9lectriques font l'objet d'une attention m\u00e9diatique disproportionn\u00e9e par rapport \u00e0 leur fr\u00e9quence statistique. Mais l'impact de cette attention sur l'adoption des VE est mesurable. Chaque incendie de batterie tr\u00e8s m\u00e9diatis\u00e9 renforce le scepticisme du public \u00e0 l'\u00e9gard de la s\u00e9curit\u00e9 des v\u00e9hicules \u00e9lectriques. La capacit\u00e9 de l'industrie \u00e0 d\u00e9montrer que les \u00e9v\u00e9nements thermiques sont d\u00e9tectables avant qu'ils ne deviennent catastrophiques et que les donn\u00e9es existent pour r\u00e9agir de mani\u00e8re appropri\u00e9e n'est pas simplement une question technique. Il s'agit d'une question commerciale et de r\u00e9putation.<\/p>\n Pour le march\u00e9 en pleine expansion des batteries de seconde vie, les lacunes sont tout aussi importantes. Une batterie de v\u00e9hicule \u00e9lectrique destin\u00e9e \u00e0 \u00eatre r\u00e9utilis\u00e9e dans un syst\u00e8me de stockage d'\u00e9nergie stationnaire a un historique inconnu. Sans un registre d\u00e9taill\u00e9 des chocs qu'elle a absorb\u00e9s, des conditions d'humidit\u00e9 dans lesquelles elle a fonctionn\u00e9 et des \u00e9v\u00e9nements thermiques (m\u00eame mineurs) qu'elle a pu subir, le profil de risque de cette batterie rel\u00e8ve en grande partie de la conjecture. Cela cr\u00e9e des h\u00e9sitations dans la cha\u00eene d'approvisionnement et limite la viabilit\u00e9 \u00e9conomique des mod\u00e8les de batteries circulaires.<\/p>\n Le capteur Cell Guard de Metis Engineering a \u00e9t\u00e9 d\u00e9velopp\u00e9 sp\u00e9cifiquement pour r\u00e9soudre les probl\u00e8mes de surveillance que les syst\u00e8mes conventionnels de gestion de la batterie laissent ouverts. Plut\u00f4t que de remplacer le syst\u00e8me de gestion de la batterie, Cell Guard fonctionne en parall\u00e8le et fournit une couche compl\u00e9mentaire de donn\u00e9es environnementales et physiques que les mesures de tension et de temp\u00e9rature ne peuvent pas fournir \u00e0 elles seules.<\/p>\n Cell Guard est un capteur CAN compact con\u00e7u pour \u00eatre install\u00e9 pr\u00e8s de l'orifice d'a\u00e9ration d'un bloc-batterie ou d'une enceinte de stockage d'\u00e9nergie. Depuis cette position, il surveille en permanence les compos\u00e9s organiques volatils (COV), la pression absolue, la temp\u00e9rature de l'air, l'humidit\u00e9 relative, le point de ros\u00e9e et, dans sa configuration \u00e9largie, la concentration d'hydrog\u00e8ne. Un acc\u00e9l\u00e9rom\u00e8tre \u00e0 trois axes en option permet d'enregistrer les chocs jusqu'\u00e0 24 G, y compris l'ampleur et la dur\u00e9e de l'impact.<\/p>\n Chacun de ces param\u00e8tres comble directement une lacune sp\u00e9cifique dans les capacit\u00e9s des syst\u00e8mes conventionnels de gestion des batteries. La d\u00e9tection des COV permet d'\u00eatre averti le plus t\u00f4t possible de l'\u00e9ventement d'une cellule et de d\u00e9clencher une alerte alors qu'il est encore possible d'\u00e9viter l'emballement thermique. La surveillance de l'humidit\u00e9 et du point de ros\u00e9e signale les infiltrations d'humidit\u00e9 et le risque de condensation auquel sont confront\u00e9es les batteries refroidies par liquide. Les donn\u00e9es relatives aux chocs fournissent un enregistrement v\u00e9rifiable des contraintes m\u00e9caniques subies par la batterie, une information pr\u00e9cieuse pour l'\u00e9valuation apr\u00e8s incident, la revente de la batterie et les d\u00e9cisions de reconversion.<\/p>\n Cell Guard a d\u00e9tect\u00e9 un emballement thermique en moins de 60 secondes lors d'essais ind\u00e9pendants et a fourni des donn\u00e9es d'alerte exploitables plus de sept minutes avant les technologies de capteurs concurrentes utilisant uniquement la d\u00e9tection de l'hydrog\u00e8ne.<\/em><\/p>\n Cette validation ind\u00e9pendante, men\u00e9e par Sandia National Laboratories et publi\u00e9e dans le Journal of the Electrochemical Society, confirme ce que Metis Engineering a con\u00e7u Cell Guard pour d\u00e9montrer, \u00e0 savoir que la d\u00e9tection des COV est une m\u00e9thode d'alerte pr\u00e9coce nettement plus efficace que la d\u00e9tection de l'hydrog\u00e8ne, pr\u00e9cis\u00e9ment parce que les COV sont \u00e9mis pendant la phase de d\u00e9gazage de la cellule, avant la production d'hydrog\u00e8ne, et bien avant que les temp\u00e9ratures n'atteignent le seuil d'une d\u00e9faillance d\u00e9sastreuse.<\/p>\n Cell Guard est \u00e9galement con\u00e7u pour une int\u00e9gration pratique. Sa vitesse et son adresse de bus CAN configurables, son connecteur Molex Nano-Fit et son format compact lui permettent d'\u00eatre install\u00e9 dans de nouveaux blocs-batteries ou dans des architectures existantes sans perturber la conception du bloc-batterie ou le flux d'air. Il fonctionne en mode de surveillance \u00e0 faible consommation, ne transmettant sur le bus CAN que lorsqu'un seuil pr\u00e9d\u00e9fini est d\u00e9pass\u00e9, ce qui minimise l'absorption parasite tout en garantissant que les alertes sont g\u00e9n\u00e9r\u00e9es sans d\u00e9lai lorsqu'elles sont importantes.<\/p>\n Les cas d'utilisation de Cell Guard couvrent l'ensemble du cycle de vie des batteries, de la premi\u00e8re installation au d\u00e9ploiement en seconde vie. Dans les v\u00e9hicules \u00e9lectriques, y compris les voitures particuli\u00e8res, les bus commerciaux, les avions eVTOL, les navires et les plates-formes de micromobilit\u00e9, Cell Guard fournit la capacit\u00e9 d'alerte pr\u00e9coce qui permet une \u00e9vacuation en toute s\u00e9curit\u00e9 et un arr\u00eat contr\u00f4l\u00e9 du syst\u00e8me avant que l'emballement thermique ne se produise.<\/p>\n Dans les syst\u00e8mes de stockage d'\u00e9nergie stationnaires, qu'ils soient \u00e0 l'\u00e9chelle du r\u00e9seau, commerciaux ou r\u00e9sidentiels, Cell Guard assure une surveillance environnementale continue dans les installations \u00e0 temp\u00e9rature variable o\u00f9 les cons\u00e9quences d'une accumulation d'humidit\u00e9 ou de gaz non d\u00e9tect\u00e9e sont tout aussi graves.<\/p>\n Pour le march\u00e9 des batteries de seconde vie, les donn\u00e9es de l'acc\u00e9l\u00e9rom\u00e8tre et les enregistrements environnementaux que Cell Guard accumule tout au long de la vie op\u00e9rationnelle d'une batterie sont directement pertinents pour le concept \u00e9mergent du passeport de la batterie, un enregistrement tra\u00e7able et v\u00e9rifiable de l'\u00e9tat de la batterie qui sous-tend des d\u00e9cisions de r\u00e9affectation et de revente en toute confiance. Allye Energy, qui int\u00e8gre des batteries de VE r\u00e9utilis\u00e9es dans des syst\u00e8mes de stockage d'\u00e9nergie \u00e0 l'\u00e9chelle du r\u00e9seau, a d\u00e9ploy\u00e9 Cell Guard avec acc\u00e9l\u00e9rom\u00e8tre pr\u00e9cis\u00e9ment pour r\u00e9pondre \u00e0 cette exigence.<\/p>\n Cell Guard est test\u00e9 et certifi\u00e9 selon les normes automobiles ISO, notamment ISO7637-2, ISO16750-2 et ISO16750-4, et est assembl\u00e9 au Royaume-Uni dans des conditions de qualit\u00e9 certifi\u00e9es ISO9001. Il est actuellement d\u00e9ploy\u00e9 dans des applications ASIL B dans le cadre d'une s\u00e9rie de programmes OEM et Tier 1.<\/p>\n Les syst\u00e8mes de gestion de la batterie sont un \u00e9l\u00e9ment indispensable de l'architecture de s\u00e9curit\u00e9 des VE et des ESS. Toutefois, l'hypoth\u00e8se selon laquelle un syst\u00e8me de gestion de batterie suffit \u00e0 prot\u00e9ger un bloc-batterie lithium-ion contre tous les modes de d\u00e9faillance pr\u00e9visibles n'est plus tenable, compte tenu de ce que nous savons de la progression de l'emballement thermique, des dommages caus\u00e9s par l'humidit\u00e9 et de l'accumulation des contraintes m\u00e9caniques au cours de la dur\u00e9e de vie d'une batterie.<\/p>\n Cell Guard ne remplace pas le syst\u00e8me de gestion de la batterie. Il s'agit d'une couche compl\u00e9mentaire qui comble les lacunes que les syst\u00e8mes de gestion de la batterie ne peuvent pas combler. Il fournit aux ing\u00e9nieurs, aux op\u00e9rateurs de flotte et aux int\u00e9grateurs de syst\u00e8mes les donn\u00e9es dont ils ont besoin pour d\u00e9tecter les probl\u00e8mes plus t\u00f4t, r\u00e9agir plus rapidement et prendre des d\u00e9cisions mieux inform\u00e9es sur l'\u00e9tat de la batterie, de sa fabrication jusqu'\u00e0 sa fin de vie.<\/p>\n Pour les organisations qui con\u00e7oivent ou exploitent des syst\u00e8mes de batteries lithium-ion, la question n'est plus de savoir si une surveillance suppl\u00e9mentaire est n\u00e9cessaire. Il s'agit de savoir quels param\u00e8tres surveiller et comment int\u00e9grer cette capacit\u00e9 le plus efficacement possible dans l'architecture d'un syst\u00e8me existant. Cell Guard r\u00e9pond \u00e0 ces deux questions.<\/p>\n En savoir plus<\/strong><\/p>\n Pour en savoir plus sur Cell Guard ou pour demander un \u00e9chantillon du produit, visitez le site Cell Guard - Metis Engineering<\/a> ou contactez l'\u00e9quipe d'ing\u00e9nierie de Metis \u00e0 l'adresse suivante info@metisengineering.com<\/a><\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Battery management systems (BMS) are the cornerstone of modern electric vehicle and energy storage safety. 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Pas d'enregistrement d'impact ou de choc<\/strong><\/h1>\n
Les risques cr\u00e9\u00e9s par ces lacunes<\/strong><\/h2>\n
Combler les lacunes : Le r\u00f4le de la garde cellulaire<\/strong><\/h2>\n
Applications tout au long du cycle de vie de la batterie<\/strong><\/h2>\n
Une image plus compl\u00e8te de la sant\u00e9 des batteries<\/strong><\/h2>\n