Par Dr. Marco Doms et Paulius Juskevicius, Littelfuse
Les blocs de batteries lithium-ion sont dotés d’un dispositif de surveillance thermique. Cette précaution est nécessaire pour maintenir le système dans une plage de fonctionnement sûre et éviter la dégradation prématurée des cellules de la batterie. Or, les capteurs de température existants (en particulier les thermistances CTN conventionnelles) n’offrent pas un temps de réaction assez rapide ni la précision nécessaire pour ce type d’applications critiques. En revanche, la plateforme TTape permet de placer de nombreux points de surveillance dans un bloc multicellulaire, ce qui permet de renforcer la surveillance de la température, d’augmenter la résolution spatiale et de simplifier le processus d’installation. Cette solution permet à la fois aux systèmes des véhicules de gérer efficacement le vieillissement prématuré des cellules et de réduire les risques d’emballement thermique.
Le dispositif TTape comporte une interface à deux fils pour détecter si des cellules dans un bloc de batterie dépassent une température de fonctionnement critique (par exemple, +60 °C). Il s’active à une température de 58 ± 3 °C et se réinitialise à une température de 42 ± 3 °C pour réduire à un minimum le vieillissement cellulaire et prolonger au maximum la durée de vie. La sortie est un signal quasi numérique indiquant que l’un des points de surveillance a dépassé la température de déclenchement.
Le système peut être réglé sur d’autres températures de déclenchement, notamment pour la protection contre l’emballement thermique (75 ± 3 °C) et l’élimination de l’emballement thermique (~135 ± 3 °C), c’est-à-dire l’activation des systèmes d’extinction d’incendie sur, par exemple, un système de stockage d’énergie par batterie (BESS). Courant 2024, il sera possible de disposer de deux températures de déclenchement sur un même dispositif, avec un signal de sortie par température.
La solution Littelfuse homologuée AEC-Q200 convient aux cellules cylindriques et prismatiques ainsi qu’aux cellules en sachet. En permettant de personnaliser les longueurs et l’espacement des points de détection, elle est ainsi adaptable à différents blocs de batteries, de différentes dimensions et de différents types. Sa flexibilité de conception rend cette solution adaptée à une utilisation avec diverses chimies de batteries, en particulier les applications lithium-ion.
Il est possible de connecter jusqu’à 50 points de monitoring sur un même port, de façon à pouvoir surveiller de grandes zones ou jusqu’à 50 cellules. Suivant la configuration, il est également possible d’intégrer une redondance. Si la température de déclenchement Ttrip est dépassée à l’un des points de surveillance, le système émet un signal binaire indiquant la présence d’une condition de surchauffe présente n’importe où sur sa longueur, mais il ne précise pas quel point de détection particulier a été activé.
Le temps de réaction est inférieur à une seconde, ce qui permet de déclencher des alertes et des réponses rapides. Le signal peut être utilisé comme déclencheur de sortie de veille d’un microcontrôleur. Le système s’intègre simplement aux systèmes de gestion de batterie (BMS) existants en complément des thermistances à coefficient de température négatif (CTN). Une interface à deux fils peut utiliser les ports CTN existants ou les ports d’entrée-sortie à usage général (GPIO) inutilisés sur les circuits intégrés du système de gestion de la batterie.
Aucun tableau d’étalonnage ou de consultation de température n’est nécessaire à cet effet. Le dispositif est fourni avec un adhésif sensible à la pression pour une installation simple et rapide. La surveillance constante permet une charge plus rapide.
Ce dispositif peut être utilisé dans un certain nombre d’applications, parmi lesquelles les véhicules électriques ou électriques hybrides, les véhicules utilitaires et les systèmes de stockage d’énergie (ESS). Partant d’une tension de fonctionnement de 3,3 V et d’une résistance de rappel de 200 kΩ, le courant de fuite total qui s’écoule à travers le dispositif TTape est d’environ 16,5 µA.
La température de déclenchement standard de 58 ± 3 °C a été sélectionnée pour détecter la surchauffe avant que celle-ci n’atteigne un seuil critique tout en tenant compte des variations de température habituelles dans le contexte d’une utilisation normale. La plupart des types de batteries disponibles dans le commerce nécessitent une gestion active de la charge et de la décharge au-dessus de +60 °C, en particulier pendant et après la fin de la charge.
La plateforme TTape intègre une hystérésis pour éviter un cycle de marche-arrêt rapide du « signal d’alarme » à l’approche de la température limite. L’alarme est désactivée (réinitialisée) uniquement lorsque le bloc batterie se trouve dans des conditions normales de fonctionnement.
La plateforme TTape peut supporter jusqu’à 1 500 Pa de pression et présente une capacité d’étirement jusqu’à 1,2 % de sa longueur sans dommage de façon à garantir son fonctionnement sous contrainte. D’autres seuils de température que 58 °C seront disponibles dans un avenir proche, ce qui devrait élargir la gamme d’applications possibles.