La batterie lithium-ion est largement utilisée dans de nombreux appareils électroniques (les smartphones, les ordinateurs portables, etc.) et solutions dédiées à la mobilité électrique (véhicules, vélos, scooters etc). Cependant, la composition de la technologie lithium-ion peut entrainer des risques de sécurité à prendre en considération. C’est pourquoi il est important d’utiliser un système de gestion dit Battery Management System (BMS) pour optimiser la sécurité des batteries lithium-ion. 

Fonctionnement d’une batterie Lithium-ion  

Les batteries lithium-ion utilisent des électrodes en lithium pour stocker de l’énergie. Elles sont devenues incontournables pour l’alimentation des appareils du quotidien en raison de leur haute densité d’énergie et de leur durée de vie relativement longue. 

Le fonctionnement d’une batterie lithium-ion repose sur le transfert des ions de lithium entre les électrodes lors de la charge et de la décharge de la batterie. Lors de la charge, les ions de lithium se déplacent de l’électrode négative vers l’électrode positive, stockant ainsi de l’énergie dans la batterie. Lors de la décharge, les ions de lithium se déplacent en sens inverse, produisant de l’électricité pour alimenter l’appareil ou la solution connectée. 

Les batteries lithium-ion peuvent cependant être sensibles à certaines conditions internes et externes à la batterie pouvant entrainer un emballement thermique.  

Emballement thermique et batterie lithium-ion

L’emballement thermique est un phénomène qui se produit lorsqu’une batterie atteint une température anormalement élevée. Cela se matérialise par l’emballement thermique d’une cellule qui par propagation affecte la température et le fonctionnement des cellules voisines et donc de la batterie.  

Les origines d’un emballement thermique d’une cellule sont nombreuses, notamment :  

  • Défaillance interne de la cellule (défaut de fabrication, contraintes mécaniques trop importantes etc)  
  • Surchauffe ou exposition à une température environnante trop importante lorsque le système de refroidissement est insuffisant 
  • Surcharge  
  • Court-circuit  
  • … 

Les cellules lithium-ion sont particulièrement sensibles aux surchauffes en raison de leur composition chimique et de leur forte densité d’énergie. Pour prévenir les emballements thermiques, il est donc important de surveiller la température de la batterie en temps réel et de prendre des mesures pour la contrôler. C’est dans cette optique que l’utilisation d’un Battery Management System (BMS) est indispensable pour ce type de batterie.  

Le rôle du BMS dans l’optimisation de la sécurité d’une batterie lithium-ion 

Le rôle du BMS peut être regrouper en 4 fonctionnalités :  

Mesurer 

Recueillir des données clés sur le fonctionnement de la batterie est la fonctionnalité principale du BMS. Toutes ses autres actions pour garantir la sécurité de la batterie s’appuient sur les valeurs de tension, de température et de courant qu’il obtient au préalable.   

La mesure de la tension tout comme les autres valeurs est effectuée grâce à des capteurs présent dans le BMS. La tension ne doit en aucun cas se situer au-delà de la plage de valeur sûre prédéfinie par le fabricant du BMS. Une tension trop élevée est synonyme de surcharge, une tension trop basse est synonyme de sur décharge ;  

La mesure de la température des cellules est importante pour assurer la sécurité de la batterie. Une température excessive peut entrainer un emballement thermique, une température trop basse peut faciliter la dégradation des cellules sur le long terme ;  

La batterie est dimensionnée pour fournir et recevoir un courant maximum en fonction de la température environnante. Un courant supérieur à cette limite peut entrainer une surchauffe des cellules accélérant leur vieillissement.  

Protéger  

À partir des mesures qu’il réalise, le BMS détecte les dangers ou risques au sein de la batterie (surchauffe, surcharge, surintensité, surtension ou encore court-circuit) afin de la protéger.  

La protection du BMS contre la surchauffe par exemple peut se matérialiser en 3 niveaux en fonction de l’intensité du risque :  

  • Le premier niveau d’action du BMS pour prévenir la surchauffe des cellules est d’équilibrer leur température durant la charge et le fonctionnement ; 
  • Le deuxième niveau d’action est de réduire la puissance consommée ou envoyée à l’application alimentée par la batterie ; 
  • Le troisième niveau d’action consiste à arrêter le fonctionnement de la batterie afin d’éviter tout risque d’emballement thermique.  

Gérer et diagnostiquer  

Un autre rôle du BMS est de stocker les informations qu’il mesure lors du fonctionnement de la batterie. Ces informations sont indispensables pour équilibrer l’énergie stockée par la batterie afin d’optimiser sa durée de vie et sa sécurité. 

Le BMS dresse un diagnostic de la batterie en estimant son état de charge (SOC), son état de santé (SOH), sa puissance disponible ou encore sa puissance maximale de charge.  

Communiquer  

Le BMS a pour rôle de communiquer avec la solution électrique alimentée par la batterie ou tout appareil électronique connecté à la batterie, c’est le cas par exemple des chargeurs intelligents.  

Pour ce faire, le BMS utilise un protocole de communication lui permettant de transférer des informations telles que l’état de charge de la batterie ou encore la puissance de charge acceptée. Dans le cadre d’un chargeur de batterie, cette fonction du BMS permet de garantir une charge sécurisée et optimale de la batterie.  

Grâce à cette communication, le BMS joue également le rôle de lanceur d’alerte en cas de disfonctionnement de la batterie. La mise en garde s’effectue sous deux seuils :  

– Avertissement : Le BMS prévient qu’une des conditions d’utilisation de la batterie approche sa limite de fonctionnement sûre en essayant de réguler le problème ;  

– Alerte : Le BMS informe qu’une des conditions d’utilisation de la batterie est critique avant de la déconnecter à l’application alimentée ou au chargeur.  

Le BMS est un élément clé pour garantir la sécurité des batteries lithium-ion et permet de monitorer toutes les données fournies par la batterie, nécessaires à son fonctionnement.  

La sécurité de vos batteries est primordiale chez BMS PowerSafe. Quelle que soit leur électrochimie (Lithium-ion, Ni-MH, Sodium-ion etc), nous développons le BMS le plus sûre et le plus adapté à votre batterie lithium-ion.