Cours de gestion des batteries

Leçon 1 • Concepts d'architecture de pack de batteries

Présente les configurations de cellules en série et en parallèle, la conception des modules et les compromis au niveau du pack. Définit le contexte structurel pour l'intégration du matériel du système de gestion de batterie.

Leçon 2 • Aperçu des chimies de cellules de batterie

Compare les chimies lithium-ion, NiMH, plomb-acide et à l'état solide en termes de densité énergétique et de durée de vie. Guide la sélection de la chimie pour les applications cibles.

Leçon 3 • Dégradation des cellules et modes de défaillance

Examine le placage au lithium, la croissance de SEI, la décomposition de l'électrolyte et la fatigue mécanique. Fournit le contexte de dégradation auquel les algorithmes du système de gestion de batterie doivent répondre.

Leçon 4 • Bases du stockage d'énergie électrochimique

Couvre les réactions d'oxydoréduction, le transport des ions et les potentiels d'électrode. Établit le vocabulaire électrochimique utilisé tout au long du cours.

Leçon 1 • Circuits de protection et dispositifs de commutation

Explique les MOSFET, les contacteurs, les fusibles et les circuits de précharge pour la protection contre les surintensités et les surtensions. Ces composants imposent les limites de sécurité définies par le micrologiciel du système de gestion de batterie.

Leçon 2 • Sélection du microcontrôleur et de l'ASIC du système de gestion de batterie

Compare les ASIC dédiés au système de gestion de batterie aux microcontrôleurs à usage général pour les compromis de traitement et de coût. Les critères de sélection incluent le nombre de voies, la précision et les interfaces de communication.

Leçon 3 • Circuits de détection de tension et de courant

Détaille les shunts résistifs, les capteurs à effet Hall et les amplificateurs différentiels pour une mesure précise. La précision affecte directement la qualité de l'estimation de l'état de charge et de l'état de santé.

Leçon 4 • Détection et gestion de la température

Couvre les thermistances CTN/PTC, les thermocouples et les stratégies de placement pour la surveillance thermique. Un placement correct de la détection évite les retards de détection d'emballement thermique.

Leçon 5 • Aperçu des blocs fonctionnels du système de gestion de batterie

Cartographie les blocs de détection, de protection, d'équilibrage et de communication au sein d'un système de gestion de batterie. Clarifie la contribution de chaque bloc à un fonctionnement sûr du pack.

Leçon 1 • Validation de l'estimation et analyse des erreurs

Définit les métriques RMSE, MAE et biais pour évaluer la précision de l'estimateur par rapport aux données de référence. La validation sous des profils de charge dynamiques garantit la fiabilité dans le monde réel.

Leçon 2 • Modélisation de la batterie pour l'estimation

Présente les modèles de circuit équivalent et les modèles électrochimiques comme fondements de l'estimation. La précision du modèle détermine la limite supérieure de la performance de l'estimateur.

Leçon 3 • Techniques d'estimation de l'état de santé

Quantifie la perte de capacité et l'augmentation de la résistance comme indicateurs de l'état de santé à l'aide de l'analyse de capacité incrémentielle. L'état de santé alimente les prédictions de durée de vie utile restante et les décisions de remplacement.

Leçon 4 • Algorithmes basés sur des observateurs et des filtres

Implémente les observateurs de Luenberger, les filtres particulaires et les filtres adaptatifs pour une estimation d'état robuste. Le réglage du filtre équilibre la réjection du bruit et le retard d'estimation.

Leçon 1 • Évaluation des performances de l'équilibrage

Mesure le temps d'équilibrage, la perte d'énergie et le déséquilibre résiduel pour évaluer l'efficacité de la topologie. Les résultats guident la sélection de la topologie pour les conceptions sensibles au coût et critiques pour l'efficacité.

Leçon 2 • Topologies d'équilibrage passif

Couvre l'équilibrage par dissipation résistive à l'aide de résistances fixes et commutées. Les méthodes passives sont simples mais gaspillent de l'énergie sous forme de chaleur pendant l'équilibrage.

Leçon 3 • Nécessité de l'équilibrage des cellules

Explique comment la variation de capacité et d'autodécharge d'une cellule à l'autre provoque un déséquilibre du pack au fil du temps. Le déséquilibre réduit la capacité utilisable et accélère la dégradation.

Leçon 4 • Topologies d'équilibrage actif

Examine les circuits de transfert d'énergie à base de condensateurs, d'inductances et de transformateurs. L'équilibrage actif améliore l'efficacité mais augmente la complexité matérielle et le coût.

Leçon 1 • Modélisation et simulation thermiques

Construit des modèles thermiques à paramètres localisés et par éléments finis pour prédire la distribution de la température. Les résultats de la simulation validant la conception du refroidissement avant le prototypage physique.

Leçon 2 • Détection et atténuation de l'emballement thermique

Identifie les déclencheurs d'emballement thermique, les voies de propagation et les seuils de détection au niveau du système de gestion de batterie. Les stratégies d'atténuation incluent l'éventage, l'isolation et la réponse de refroidissement actif.

Leçon 3 • Conception de système de refroidissement par air

Conçoit des canaux de refroidissement à air forcé, la sélection du ventilateur et l'optimisation du trajet du flux d'air pour les packs de batteries. Le refroidissement par air convient aux applications de faible à moyenne puissance avec des contraintes de coût.

Leçon 4 • Génération de chaleur dans les cellules de batterie

Quantifie l'effet Joule, la chaleur entropique et la chaleur des réactions secondaires en fonction du courant et de l'état de charge. Une modélisation précise de la source de chaleur est la base du dimensionnement du système thermique.

Leçon 1 • Communication sans fil du système de gestion de batterie

Évalue les liaisons Bluetooth, Zigbee et RF propriétaires pour la surveillance sans fil des cellules dans les grands packs. Les liaisons sans fil éliminent le poids du faisceau de câbles mais introduisent des problèmes de latence et de sécurité.

Leçon 2 • SMBus et I²C pour la surveillance des cellules

Utilise SMBus et I²C pour interfacer les ASIC du système de gestion de batterie avec les microcontrôleurs hôtes pour la récupération des données des cellules. Ces protocoles conviennent à la communication intra-carte courte distance et à faible vitesse.

Leçon 3 • Intégration système et tests HIL

Intègre le micrologiciel du système de gestion de batterie avec des simulateurs hardware-in-the-loop pour valider la communication et le contrôle. Les tests HIL réduisent les risques avant le déploiement dans des systèmes de batteries réels.

Leçon 4 • Implémentation du bus CAN pour le système de gestion de batterie

Configure les trames CAN, les identifiants de message et la temporisation pour la communication entre le système de gestion de batterie et le contrôleur du véhicule. CAN est le protocole dominant dans les applications automobiles et industrielles du système de gestion de batterie.

Leçon 1 • Protection contre les surtempératures et les courts-circuits

Implémente la dératation basée sur la température, la logique d'arrêt et la détection de court-circuit pour la sécurité du pack. Une réponse rapide aux courts-circuits est essentielle pour empêcher l'initiation d'un emballement thermique.

Leçon 2 • Conformité aux normes de sécurité des batteries

Mappe les exigences de conception du système de gestion de batterie aux normes de sécurité fonctionnelle, de transport et d'essais d'abus. La documentation de conformité est requise pour la certification du produit et l'accès au marché.

Leçon 3 • Principes de sécurité fonctionnelle pour le système de gestion de batterie

Présente l'analyse des dangers, l'évaluation des risques et les niveaux d'intégrité de sécurité applicables au système de gestion de batterie. Les objectifs de sécurité déterminent l'ensemble de l'architecture de protection et la conception du micrologiciel.

Leçon 4 • Diagnostic des défauts et conception tolérante aux pannes

Applique l'AMDEC et l'ADD pour identifier les modes de défaillance du système de gestion de batterie et concevoir des chemins de sécurité redondants. Les architectures tolérantes aux pannes maintiennent un fonctionnement sûr en cas de défaillances partielles du système.

Leçon 1 • Apprentissage automatique pour le diagnostic des batteries

Entraîne des modèles de classification et de détection d'anomalies sur les données de charge-décharge pour identifier les signatures de défauts. Les diagnostics basés sur l'apprentissage automatique détectent les schémas de dégradation subtils invisibles pour la logique basée sur des règles.

Leçon 2 • Système de gestion de batterie connecté au cloud et analyse de flotte

Transmet les données du système de gestion de batterie aux plateformes cloud pour la surveillance de la santé de la flotte et les mises à jour d'algorithmes. La connectivité cloud permet l'amélioration continue des modèles d'estimation sur l'appareil.

Leçon 3 • Optimisation de la gestion de la puissance et de l'énergie

Utilise la programmation dynamique et les stratégies basées sur des règles pour répartir la puissance entre les cellules et les modules. L'optimisation réduit les contraintes de pointe et améliore l'efficacité globale du pack.

Leçon 4 • Conception d'algorithme de charge optimal

Formule des stratégies de charge multi-étapes et prédictives basées sur un modèle qui minimisent le vieillissement tout en respectant les contraintes de temps. La charge optimale prolonge la durée de vie sans sacrifier la vitesse de charge.