Surveiller les blocs-batteries lithium-ion pour détecter les événements d'emballement thermique des batteries

Les blocs-batteries composés de plusieurs batteries lithium-ion (li-ion) représentent une menace pour la sécurité des véhicules électriques et des applications de stockage d'énergie, où un emballement thermique peut avoir des conséquences graves. Bien sûr, les utilisateurs n'en sont pas conscients, mais les concepteurs savent parfaitement qu'avec des centaines de cellules de batterie li-ion individuelles connectées en série ou en parallèle, la défaillance d'une seule cellule peut entraîner une augmentation rapide de la température et libérer des gaz et des particules solides.

Ce genre de défaillance peut alors se propager à d'autres cellules de batterie. Ces réactions supplémentaires produisent encore plus de chaleur et de gaz, jusqu'à ce que le système de batteries tout entier soit touché, entraînant ainsi un emballement thermique.

Des mesures sont en place pour empêcher ce genre d'incident, mais si cela devait se produire, il est essentiel de pouvoir détecter un emballement thermique. Dans cette optique, Honeywell Sensing and Productivity Solutions a développé la série BAS de capteurs d'aérosol de batterie de grade automobile qui utilisent le principe de la diffusion de la lumière pour détecter et signaler les événements d'emballement thermique dans les blocs-batteries li-ion. Ces capteurs utilisent la diffusion optique pour détecter la présence et la concentration d'aérosols comme la fumée, les liquides et les débris, qui sont des indicateurs précoces d'emballement thermique.

Le processus de diffusion optique implique l'éclairage d'un volume d'air. Les particules à l'intérieur du volume éclairé diffusent la lumière, qui est ensuite mesurée par un capteur de lumière afin de générer un signal électrique proportionnel à la densité des particules.

La série BAS mesure et signale des concentrations d'aérosols de 200 microgrammes par mètre cube (μg/m³) à 10 000 μg/m³. Les capteurs de cette série ont un seuil d'avertissement d'emballement thermique de 5000 μg/m³, programmé en usine, avec un temps de réponse de moins d'une seconde. Le contrôle, le transfert de données et les alarmes en mode de fonctionnement continu se font via le protocole de communication CAN (Controller Area Network), qui est largement utilisé dans les environnements automobiles. L'interface CAN fonctionne à un débit en bauds équivalent à 500 kilobits par seconde (kbps).

Exemples de capteurs

Honeywell Sensing and Productivity Solutions propose deux capteurs dans la série BAS, le BAS6C-X00 et le BAS6C-H00 (Figure 1). Les deux dispositifs sont physiquement identiques, avec des dimensions de 66 mm de long, 36 mm de profondeur et 37 mm de hauteur.

Figure 1 : Honeywell Sensing and Productivity Solutions propose deux capteurs d'aérosols de batterie, le BAS6C-X00 et le BAS6C-H00, qui sont physiquement identiques. Le BAS6C-X00 correspond à la version MCU1 (Media Control Unit 1), tandis que le BAS6C-H00 correspond à la version MCU2 (Media Control Unit 2) plus récente. (Source de l'image : Honeywell Sensing and Productivity)

Le BAS6C-X00 correspond à la version MCU1 (Media Control Unit 1), tandis que le BAS6C-H00 correspond à la version MCU2 (Media Control Unit 2) plus récente.

Les capteurs de la série BAS peuvent avoir deux modes de fonctionnement différents, en fonction de l'état de la ligne de requête définie par le système de gestion de batterie (BMS). Le mode ÉCO, lorsque la ligne de requête est à l'état bas (moins de 0,5 volt (V)), correspond au mode économique qui permet de réduire la consommation énergétique. Le capteur s'active et reste opérationnel pendant 200 millisecondes (ms), puis se remet en veille pendant les 12 000 ms suivantes pour économiser de l'énergie. La désactivation du bus CAN permet d'économiser davantage d'énergie. Si un événement de seuil se produit, c'est-à-dire si la concentration de particules dépasse les 5000 μg/m³, le capteur envoie un signal d'activation au BMS afin de lancer une vérification complète du système de batterie.

En mode continu, lorsque le BMS définit la ligne de requête à l'état haut (entre 8 V et 16 V), le capteur surveille en permanence la concentration d'aérosol et la signale au BMS à l'aide d'un message de 8 octets transmis via le bus CAN.

Les deux versions fonctionnent à partir d'une tension d'alimentation nominale de 12 V, avec une plage de 8 V à 16 V. Le courant d'alimentation dépend du mode de fonctionnement. Il est inférieur à 0,5 milliampère (mA) en mode ÉCO et inférieur à 30 mA en mode continu.

Les capteurs peuvent être montés dans n'importe quel sens à l'intérieur du bloc-batterie, à condition de laisser un dégagement de 10 centimètres (cm) de chaque côté de la chambre de détection creuse (Figure 2).

Figure 2 : Les capteurs de la série BAS peuvent être montés n'importe où dans le bloc-batterie. Dans tous les cas, la soupape d'aération du bloc-batterie doit être dégagée. (Source de l'image : Honeywell Sensing and Productivity)

Le connecteur d'interface est un connecteur femelle rectangulaire à six broches, avec le brochage indiqué à la Figure 3.

Figure 3 : Le brochage des capteurs de la série BAS inclut l'alimentation, la mise à la terre, les signaux de requête et d'activation, ainsi que les signaux différentiels du bus CAN. (Source de l'image : Honeywell Sensing and Productivity)

Le connecteur mâle de raccordement pour les capteurs d'aérosol de batterie de la série BAS est le modèle 175507-2 de TE Connectivity AMP Connectors.

Conclusion

La détection précoce d'un emballement thermique de bloc-batterie li-ion à l'aide des capteurs d'aérosol de batterie série BAS de Honeywell Sensing and Productivity Solutions permet d'éviter les blessures, les blessures mortelles et les dommages matériels. L'utilisation de ces capteurs offre également une conformité aux recommandations et réglementations internationales, car ils sont conçus pour respecter les normes de qualité et de fiabilité les plus strictes.

Ressources supplémentaires

• Capteurs de sécurité de batterie série BAS