Système de gestion de batterie défectueux à l'origine d'un rappel de batteries de véhicules électriques s'élevant à 900 millions de dollars

Il est instructif de noter qu'un système de gestion de batterie (BMS) défectueux a été, au moins en partie, la cause du récent rappel de 82 000 véhicules électriques du modèle Kona de Hyundai pour remplacer des blocs-batteries lithium-ion (Li-ion) présentant un risque d'incendie (Figure 1). S'élevant à presque un milliard de dollars, il s'agit de l'un des plus importants rappels dans l'industrie automobile à ce jour.

Figure 1 : Hyundai Motor Co. remplace les batteries d'environ 82 000 véhicules électriques Kona et de deux autres véhicules électriques vendus dans le monde en raison de risques d'incendie. (Source de l'image : Hyundai Motor Co.)

Comme mentionné, il ne s'agissait pas seulement d'un problème de batterie. « Les tests en laboratoire de l'institut public Korea Automobile Testing & Research Institute (KATRI) ont montré que ni le séparateur de la batterie ni le mauvais alignement des cellules de batterie ne sont à l'origine de l'incendie dans les véhicules, mais que le système de gestion de batterie de Hyundai n'a pas été correctement appliqué dans le système de charge rapide », selon un rapport du Korea Herald.

Toujours d'après le rapport, « Le [ministère du Territoire, des Infrastructures et du Transport] a constaté que certaines cellules de batteries défectueuses fabriquées à l'usine LG à Nanjing entre juillet 2017 et 2019 présentaient des risques d'incendie » et que, lors d'un rappel précédent, « Hyundai a mis à niveau le BMS pour limiter le taux de charge maximum à 90 % », mais que le rappel a été déclenché lorsqu'un véhicule ayant reçu la mise à jour logicielle a pris feu.

Les batteries Li-ion sont utilisées dans un large éventail d'applications, notamment les robots mobiles, les vélos électriques, les drones, les outils électriques, les dispositifs médicaux portables, etc., et pas seulement dans les véhicules électriques. Le rappel de Hyundai met en évidence le besoin crucial de concevoir des BMS efficaces, en plus d'utiliser des batteries Li-ion de haute qualité.

Heureusement, les concepteurs disposent de plusieurs choix pour concevoir des systèmes BMS, y compris des cartes d'évaluation et des conceptions de référence permettant d'accélérer le processus de conception. Examinons quelques-unes des solutions BMS disponibles pour les véhicules électriques et les grands robots mobiles de Texas Instruments, les vélos électriques et les petits robots mobiles de Maxim Integrated, et les drones, les rovers, les outils électriques et les dispositifs médicaux portables de NXP Semiconductors.

BMS pour jusqu'à 560 cellules

Le BQ79616-Q1 qualifié AEC-Q100 et conforme ASIL-D de Texas Instruments permet l'équilibrage autonome des cellules et la surveillance de la température interne. Dans le cas d'une condition de surchauffe, il prend en charge la pause automatique et la reprise de l'équilibrage. Le BQ79616-Q1 fournit des mesures de tension de cellule de haute précision en moins de 200 microsecondes (μs) pour six à seize cellules.

Pour accélérer le développement d'applications de système BMS, Texas Instruments propose la carte d'évaluation BQ79616EVM-021 (Figure 2). Il est possible de connecter jusqu'à 35 dispositifs BQ79616-Q1 pour prendre en charge des blocs-batteries Li-ion pour des véhicules électriques avec jusqu'à 560 cellules.

Figure 2 : Chaque BQ79616EVM peut gérer jusqu'à 16 cellules Li-ion, et il est possible d'empiler 35 modules BQ79616EVM. (Source de l'image : Texas Instruments)

Vélos électriques et petits robots mobiles

Pour les concepteurs de vélos électriques, de petits robots mobiles et d'outils électriques, Maxim Integrated propose le DS2788E+ pour surveiller le courant, la tension, le taux de décharge et la température (Figure 3). Ce dispositif permet également d'estimer la capacité disponible pour les batteries Li-ion et Li-polymère. Une mémoire EEPROM intégrée stocke les caractéristiques des cellules et les paramètres d'application. L'estimation de la capacité est indiquée en pourcentage de la charge complète en milliampères-heure (mAh). Le DS2788E+ inclut des circuits d'attaque d'affichage LED pour simplifier l'affichage de l'état de charge. Pour dynamiser les conceptions, Maxim propose la carte d'évaluation de gestion de l'alimentation avec indicateur de charge DS2788 DS2788EVKIT+.

Figure 3 : Le DS2788 inclut des circuits d'attaque d'affichage LED pour simplifier l'affichage de l'état de charge pour les blocs-batteries Li. (Source de l'image : Maxim Integrated)

BMS pour 3 à 6 cellules

Pour les concepteurs de drones, de rovers, de scooters, d'outils électriques et de dispositifs médicaux portables utilisant de 3 à 6 cellules, NXP propose la conception de référence BMS RDDRONE-BMS772 (Figure 4), basée sur le MC33772B, un contrôleur de cellule de batterie Li-ion à 6 canaux. Le contrôleur effectue une conversion analogique-numérique sur les tensions et courants différentiels des cellules pour fournir un comptage de coulomb de la charge batterie et des mesures de température de la batterie. Lorsqu'elle est utilisée dans des drones, la conception de référence peut communiquer avec une unité de gestion de vol via UAVCAN et/ou SMBus.

Figure 4 : La conception de référence RDDRONE-BMS772 peut communiquer avec une unité de gestion de vol via UAVCAN et/ou SMBus. (Source de l'image : NXP)

Fonctionnalités de la conception de référence RDDRONE-BMS772 :

• Prise en charge d'empilements de batteries de 3 à 6 cellules avec des tensions de 6,0 volts (V) à 26 V
• Précision de ±5,0 millivolts (mV) lors de la mesure de tensions de cellules et d'empilements
• Équilibrage actif des cellules pendant la charge de l'empilement
• Prise en charge de l'authentification de la batterie
• Prise en charge des communications CAN, I2C et NFC
• Mode de veille profonde à faible courant de fuite inclus (pour le stockage et le transport)

Conclusion

Lorsque des batteries sont mentionnées lors de rappels massifs de véhicules électriques, beaucoup ont tendance à penser spontanément que cela est dû aux structures et produits chimiques impliqués dans la fabrication des batteries. Cependant, comme le montre ce cas particulier, ce raisonnement est trop simpliste. On ne saurait trop insister sur l'importance de la relation synergique entre la batterie et le BMS. Outre l'utilisation de batteries Li-ion de haute qualité, les concepteurs doivent faire très attention à leurs choix de conception BMS et tirer parti des cartes d'évaluation et des conceptions de référence disponibles pour tester et vérifier ces choix.