Stockage de l’énergie électrique

1. Introduction
Le stockage reste l’un des problèmes majeur dans le domaine d’énergie afin de répondre à
trois besoins principaux:

 Ceux liés à des applications mobiles (téléphone portable, transports du type vélo à
assistance électrique, automobile électrique ou hybride).

 Ceux liés à de la production autonome décentralisés et de quantité plus modeste.

L’électricité créée, en général par des sources variables (solaire, éolien) dans le cas
de maisons autonomes (non raccordées au réseau) a besoin d’être stockée car
souvent il y a décalage entre les heures de production et les heures de
consommation.

 Ceux liés à la production nucléaire, centralisée, massive et peu adaptative. C’est le

cas de la gestion, sur le réseau de transport, de l’énergie électrique produite par les
centrales actuelles, afin d’équilibrer en temps réel la production et les demandes
variables journalière, hebdomadaire, saisonnière et, en plus, dans le futur, de la
sécuriser face aux fluctuations d’une production importante et nécessairement
intermittente d’énergie électrique d’origine renouvelable.

En cas de manque d'alimentation en énergie électrique, les systèmes de stockage jouent le rôle
d'assurer une certaine autonomie. Selon l’application, différentes technologies de systèmes de
stockage ont été développées, Où presque tous passent par la conversion en une autre forme
d'énergie. Où, il est possible de stocker l'énergie sous forme électrique, chimique, thermique
et mécanique.

2. Caractéristiques des moyens de stockage

Avant de présenter les différents moyens de stockage, nous allons définir leurs
caractéristiques fondamentales.

 La capacité énergétique Wmax : c’est l’énergie maximale stockable (en J ou en W.h)

Elle est supérieure à l’énergie réellement exploitable appelée énergie utile Wu. La
capacité énergétique est une grandeur dimensionnante : le volume et le poids du
réservoir augmentent lorsque Wmax augmente. On définit alors :

 L’énergie massique qui est le rapport entre Wmax et la masse du système de stockage
(en W.h / kg)
 L’énergie volumique qui est le rapport entre Wmax et le volume du réservoir (en W.h /
m3) Ces deux grandeurs sont primordiales dans les applications embarquées (systèmes
portables, transport).

 L’état de charge SOC (State Of Charge) du dispositif de stockage est défini comme le
rapport de l’énergie stockée sur la capacité énergétique : SOC (en %) = Wstock /
Wmax.

 La profondeur de décharge PDC est donnée par PDC (en %) = (Wmax – Wstock) /
Wmax = 1 – SOC

 Pmax (en W) est la puissance maximale pouvant être fournie (P > 0 en décharge) ou
reçue (P < 0 en charge) par le moyen de stockage. La puissance est un débit d’énergie.
Ainsi, à puissance P constante, échangée pendant une durée ∆t, l’énergie stockée variera
comme ∆W = - P.∆t (∆W en J avec P en W et ∆t en s ou ∆W en W.h avec P en W et ∆t
en h) 2. De la même façon, on définit les puissances massique et volumique.

 La constante de temps  = Wu / Pmax (en s, avec Ws en J et Pm en W) : c’est la

grandeur qui caractérise le type de besoin auquel devra répondre le moyen de stockage:

  petit (de qq secondes à qq minutes) conviendra à un besoin de puissance (une

énergie convertie sur un temps bref, permettant par exemple d’accélérer un
véhicule)
  grand (de l’heure à qq jours) conviendra à un besoin d’autonomie (une énergie
convertie sur un temps long, permettant par exemple d’effectuer un long trajet)

 Le rendement  = Wu / Wf (en %) : c’est le rapport de l’énergie restituée Wu sur

l’énergie fournie Wf.

 La cyclabilité est le nombre maximal Ncycl de charge 

 décharge que peut effectuer
le moyen de stockage. L’usure est liée à l’amplitude des cycles et à l’état de charge
moyen.

 Le coût d’investissement et de fonctionnement (maintenance).

 Il est indiqué en € / (kW. h) pour les systèmes dimensionnés en énergie (  grand)

 Il est indiqué en € / kW pour les systèmes dimensionnés en puissance (  petit)

 La sûreté (polluant, nocif, explosif…)

3. Les différents moyens de stockage
Dans la pratique, ils existent plusieurs moyens de stockage selon leurs domaines d’application
et leurs spécificités en

3.1. Volant d’inertie

Les accumulateurs à volant d’inertie (FES : Flywheel Energy Storage) comprennent un
cylindre massif appelé volant, associé à un moteur / générateur. L’énergie stockée sous la
forme d’énergie cinétique est Wstock (en J) = ½ J² (le volant, dont l’inertie est J en kg.m²,
tourne à la vitesse angulaire  en rad/s).

3.2. Inductances supraconductrices

Les inductances supraconductrices (SMES : Superconductor Magnétic Energy Storage) : il
s’agit de bobines à supraconducteurs (conducteurs de résistance nulle) permettant de faire
circuler des courants très élevés (densité de courant > 300 A/mm²) pratiquement sans pertes.
Ces bobines sont sans circuit magnétique. L’énergie, stockée sous forme magnétique dans
l’air avoisinant la bobine, s’écrit Wstock (en J) = ½ LI² (L est l’inductance de la bobine en
Henry H et I l’intensité du courant en Ampère A). Dimensionnées en
puissance, elles nécessitent un lourd dispositif de refroidissement (-270 °C) assurant la
supraconductivité. On en trouve connectées au réseau comme dispositifs de stabilisation et de
qualité de l’énergie.

3.3. Supercondensateurs
Les supercondensateurs : c’est un nouveau procédé qui a permis d’atteindre des capacités de
plusieurs centaines de Farads (on a pour les condensateurs usuels des capacités du picofarad
(10 -12) à quelques milliers de microfarads (10-3)). L’énergie stockée sous forme
électrostatique est Wstock (en J) = ½ CV² (C est la capacité du condensateur en Farad F et V
la tension à ses bornes en V). Avec des puissances massiques élevées, on les retrouve
beaucoup dans les applications embarquées.

3.4. Pile à combustible

Une pile à combustible est une pile dans laquelle la génération d'une tension électrique se fait
grâce à l'oxydation sur une électrode d'un combustible réducteur (par exemple l'hydrogène)
couplée à la réduction sur l'autre électrode d'un oxydant, tel que l'oxygène de l'air.

3.5. Les batteries

Les batteries : ce sont à elles que l’on pense immédiatement en matière de stockage. Les
techniques sont nombreuses (Plomb-Acide, Nickel-Cadmium, Lithium…) et leur principale
qualité est l’énergie massique élevée. L’inconvénient majeur est leur faible durée de vie
(Ncycl de 100 à 1000) et la connaissance difficile de la quantité d’électricité stockée Q (en
Ampère heure A.h) indiquant l’état de charge. L’énergie est stockée sous forme chimique et
s’écrit Wstock (en W.h) = Q.V, où V (en volts V) est la tension aux bornes de la batterie. On les
trouve dans les systèmes embarqués ou isolés ainsi que dans les fonctions de secours.

4. Le stockage électrochimique d'énergie électrique (Batterie)

L’électricité ne peut pas être stockée directement. Il est donc indispensable de convertir
l’énergie sous d’autres formes afin de la stocker. L’utilisation de batteries permet de stocker
l’énergie électrique sous forme électrochimique.

Les 3 grandeurs principales qui caractérisent les batteries sont:

- La tension ou différence de potentiel aux bornes de la batterie. Elle s’exprime en volts

(V).
- La capacité de la batterie représente la quantité de charges électriques qu’elle peut
stocker. Elle s’exprime en Coulombs (C) ou en Ampère-heure (Ah). 1Ah = 3600C. La
capacité est souvent rapportée à la masse (capacité massique) ou au volume (capacité
volumique).
- La densité énergétique de la batterie est la quantité d’énergie stockée par unité de
masse ou de volume. Elle s’exprime en Wh/kg ou en Wh/L

Comparaison des différentes technologies utilisées dans les batteries.

4.1. Capacité d’une association de batteries

La capacité représente la quantité de charges électriques stockées dans la batterie, mais pas la
quantité d'énergie. Pour connaître cette quantité d'énergie (qui s'exprime en Watt-heure (Wh)),
il faut multiplier la capacité par la tension de la batterie : Ah x V = Wh. Il est important de ne
pas confondre quantité de courant et quantité d'énergie. Par exemple, si on branche deux
batteries 12V 100Ah en série on obtient l'équivalent d'une batterie de ... 100Ah, alors que la
quantité d'énergie a doublé.

Synthèse

5. Batteries plomb-acide
Une batterie au plomb est un ensemble d'accumulateurs au plomb-acide sulfurique raccordés
en série, afin d'obtenir la tension désirée, et réunis dans un même boîtier. Les plaques et
grilles de plomb sont en réalité constituées de plomb durci (par exemple à l'aide d'étain, de
cadmium et de strontium, à raison de quelques pourcent de l'alliage).

Ce système de « stockage » d'électricité est largement utilisé dans l'industrie, dans

l'équipement des véhicules ferroviaires et automobiles (camions compris) mais aussi à chaque
fois que l'on a besoin d'une énergie électrique immédiatement disponible (avion, satellite,
etc.).
5.1. Les zones de charge de la batterie à plomb-acide
Durant la charge et la décharge de cette batterie elle passe par différents zones comme il est
illustré dans la figure suivante:

5.1.1. La zone de charge

Dans cette zone la batterie accepte l’énergie de la source ce qui augmente son état de charge.
Cette zone est la meilleure en termes d'extension sa durée de vie.

5.1.2. La zone de surcharge

Dès que la batterie atteint le niveau de gazéification elle commence à se saturer et à réduire
son acceptation. A ce niveau, la batterie libère l’hydrogène et l'oxygène ce qui accélère sa
dégradation. Cette zone est dangereuse, d'où la source doit être déconcertée.
5.1.3. La zone de saturation
Dans cette zone, la batterie ne peut pas accepter plus d'énergie. À ce niveau, la tension de la
batterie atteint son maximum. Cette zone est très dangereuse et affecte fortement la santé de la
batterie. D’où la source doit être déconnectée immédiatement.

5.1.4. La zone de décharge:

Dans cette zone, la batterie fournit de l'énergie vers la charge. Cette zone est la meilleure en
termes d'extension de la durée de vie de la batterie où sa tension Vbat > 0.9VN.
5.1.5. la zone de Sur-décharge
Dans cette zone la batterie est presque vide. Ou 0.7VN ≤ Vbat ≤0.9VN. Cette zone est
considérée dangereuse, d’où la charge doit être déconnectée. ( VN et la tension nominal de la
batterie).

5.1.6. La zone d'exhaustion

C'est une très dangereuse zone pour la batterie vu que celle-ci peut être endommagé lorsque
Vbat <0.7VN. Ou aucune énergie n'est stockée dans la batterie. D’où la charge doit être
déconnectée immédiatement.
5.2.Densité d'énergie et rendement
Sous une tension moyenne de 2V, la densité théorique d'énergie est de 168 Wh/Kg. En
pratique, les meilleures batteries plomb/acide ne dépassent pas 45 à 50 Wh/Kg. Ceci est dû à
l'utilisation de matériaux électro-chimiquement inertes (enceinte, grille...) et à une utilisation
partielle des matériaux actifs (35 à 55%).
Le rendement énergétique des batteries au plomb est de 70 – 75% : 25% de l'énergie
électrique est dissipée, essentiellement sous forme de chaleur, lors des réactions életro-
chimiques de charge, décharge et auto-décharge.

5.3.Décharge d'une batterie Plomb

La profondeur de décharge est la quantité d'énergie qui a été déchargée de la batterie. Elle est
donnée en pourcentage de sa capacité. Une profondeur de décharde de 80% indique une
décharge profonde (la capacité d'une batterie est la quantité totale d'électricité qu'une batterie
peut fournir après avoir été complètement chargée. Elle s'exprime en Ampère/Heure ( Ah) ).
Une batterie ne doit pas subir de décharges profondes car sa durée de vie diminue rapidement
avec la profondeur moyenne de décharge. En effet, quand une batterie est fortement
déchargée, des phénomènes « nocifs » comme la sulfatation, le gel et la stratification de l
'électrolyte se produisent plus rapidement que lorsque la profondeur de décharge est plus
faible. Ces phénomènes seront abordés plus loin

5.3.1. Variation de la capacité en fonction du courant de décharge

Pendant la décharge, la tension E aux bornes de la batterie est :
E = U-r I
U, est la force électromotrice à circuit ouvert, soit 2.10 V
r, la résistance interne de l'accumulateur et I, le courant de décharge.
Au cours de la décharge, r augmente par suite de la diminution de la concentration de
l'électrolyte dans les pores des électrodes. On a donc une chute progressive de la tension E,
chute d'autant plus rapide que I est élevé : la capacité d'une batterie diminue d'autant plus que
la décharge est rapide.
Par conséquent, le courant de décharge ne doit pas être trop fort. Une batterie ne devrait pas
être déchargée en moins de dix heures.
Remarquons que la tension de 1,8V correspond à des profondeurs de décharge très différentes
selon que la décharge est lente ou rapide : pour une même tension, la batterie est en fait
beaucoup plus déchargée avec une décharge lente.
5.3.2. Autodécharge
Une batterie se décharge lentement même si on ne s'en sert pas : c'est l'autodécharge.
Le taux d'autodécharge dépend principalement du type d'alliage qui est utilisé pour les grilles :
le taux de décharge est particulièrement élevé pour les alliages Pb-Sb où il atteint 5% par
mois pour des batteries neuves à 25°C.
Le taux d'autodécharge augmente rapidement avec la température et quand la batterie vieillit :
il peut atteindre 1% par jour pour une batterie Pb-Sb en fin de vie.

5.4. Charge d'une batterie Plomb

La vitesse de charge d'une batterie est rapide en début de charge puis se ralentit (courbe
précédente).
Quand l'état de charge dépasse 80 à 90%, une régulation de tension et/ou d'intensité s'opère
afin de limiter la vitesse de charge. En effet, l'excès d'énergie qui serait fourni à la batterie
serait dissipé sous forme de chaleur et dans l'électrolyse de l'eau contenue dans l'électrolyte.
D'une manière générale, une batterie ne doit pas être rechargée trop rapidement avec une
intensité ou une tension trop forte. Généralement, l'intensité de charge ne doit pas dépasser
1/10 de la valeur du courant de décharge en 10 heures (C10).

5.4.1. Dégazage
Au cours de la charge, quand la batterie approche son état de charge maximale, des bulles
d'hydrogènes et d'oxygène sont observées respectivement aux électrodes négatives et
positives. Ces gaz proviennent de l'électrolyse de l'eau contenue dans l'électrolyte.

Ce dégazage dépend de plusieurs paramètres :

- la tension maximale aux bornes de l'accumulateur, permise par la régulation. Les
contrôleurs de charge doivent couper ou limiter le courant afin d'éviter un dégazage
excessif.
- la température. Plus la température augmente, plus le dégazage se produit pour de
faibles voltages.
- la vitesse de décharge. Les dégazages commencent pour des plus faibles états de
charge quand la vitesse de charge augmente.
5.4.2. Charge d'égalisation
Une charge d'égalisation a pour objet de charger pleinement chaque accumulateur afin d'éviter
des déséquilibres entre les différents accumulateurs qui composent les batteries. Elle consiste
à charger les batteries avec un faible courant, mais sous une tension supérieure à la
généralement tension appliquée en fin de charge.

5.5. Dégradation
Les principales causes de dégradation des batteries sont :
 la décharge complète ;
 le court-circuit ;
 le cyclage (nombre de cycles complets de charge-décharge) ;
 l'oxydation des électrodes ;
 l'oxydation des bornes.

5.5.1. Sulfatation
La sulfatation représente l'accumulation de sulfate de plomb sur les électrodes. Ce phénomène
apparait naturellement à chaque décharge de la batterie, et disparait lors d'une recharge.
Cependant sous certaines conditions (décharge prolongée ou trop profonde, température
importante, gazéification de l'électrolyte), des ilots stables de sulfate de plomb apparaissent et
ne sont plus dissous lors de la charge. Le sulfate de plomb ainsi généré diminue la capacité de
la batterie en empêchant les réactions sur l'électrode par sa faible conductivité électrique10.
Le processus de sulfatation est interrompu dès que la batterie est remise en charge.

5.5.2. Désulfatation
Il existe un moyen d'inverser le processus de sulfatation d'une batterie. Cela consiste en
l'envoi d'impulsions électriques à la fréquence de résonance de la batterie (entre 2 et 6 MHz).
Durant ce processus, les ions soufrés entrent en collision avec les plaques, ce qui a pour effet
de dissoudre le sulfate de plomb qui les recouvre.

5.5.3. Décharge complète

la décharge complète de la batterie intervient généralement lors d'une faible consommation
pendant une durée prolongée (ex. : plafonniers), lors d'une utilisation fréquente d'un véhicule
pour de petits trajets (qui ne laisse pas le temps à la batterie pour être pleinement rechargée),
lorsque l'alternateur ou tout autre partie du système électrique est endommagé ou par une
consommation importante (ex. : feux de croisement, ventilation) avec le moteur à l'arrêt13,7.
La tension est alors très faible aux bornes de la batterie, inférieure à 10 V pour une batterie
dont la tension nominale est de 12 V.

5.5.4. Effet de la température sur la batterie

Le CCA de la batterie, le courant de crête, qui est donc la capacité de démarrage à froid,
diminue avec la température. En période hivernale, la batterie du véhicule perd près de 33%
de sa puissance dès que la température descend en dessous de 0 °C et plus de 50 % en dessous
de −18 °C13. C'est pourquoi une batterie sulfatée qui a déjà perdu une partie de son CCA
initial, donnera des signes de faiblesse en hiver.

5.5.5. Cyclage
Les constructeurs de batteries indiquent leur durée de vie sous la forme d'un nombre de cycles
normalisés de décharge/recharge. À l'issue d'un certain temps de fonctionnement dépendant
du nombre et de l'amplitude des cycles, la batterie est usée : l'électrolyte présente un aspect
noirâtre. Exemple : l'utilisation répétée du hayon élévateur motorisé d'un camion quand son
moteur est à l'arrêt accélère l'usure de la batterie du véhicule par cyclage.

5.5.6. Oxydation des électrodes

L'oxydation est une cause de dysfonctionnement des batteries. Lorsque le niveau d'électrolyte
est trop bas, les plaques entrent au contact de l'air et s'oxydent. La puissance au démarrage est
amputée, même si le niveau d'électrolyte est complété. Le manque d'électrolyte peut venir
d'une utilisation intensive (exemple : équipements auxiliaires), d'une température extérieure
importante (supérieure ou égale à 30 °C) ou d'une tension de charge trop élevée.

5.5.7. Oxydation des bornes

Il arrive qu'une batterie dont les cosses sont peu ou pas serrées voit ses bornes s'oxyder, ce qui
empêche le courant de passer. Une méthode pour y palier est de recouvrir les bornes d'une
couche de graisse cuivrée.
6. Batterie lithium
Une batterie lithium-ion, ou accumulateur lithium-ion, est un type d'accumulateur lithium.
Ses principaux avantages sont une énergie massique élevée (deux à cinq fois plus que
le nickel-hydrure métallique par exemple) ainsi que l'absence d'effet mémoire. Enfin, l'auto
décharge est relativement faible par rapport à d'autres accumulateurs. Cependant, le coût reste
important et a longtemps cantonné le lithium aux systèmes de petite taille

6.1. Avantages

 Ils possèdent une haute densité d'énergie, grâce aux propriétés physiques du lithium
(densité massique d'énergie de 100 à 265 Wh/kg ou 0,36 à 0,95 MJ/kg, densité d'énergie
de 250 à 620 Wh/L, ou 900 à 1 900 J/cm3, puissance massique 300 à 1 500 W/kg et 285
Wh/L). Ces accumulateurs sont donc très utilisés dans le domaine des systèmes
embarqués.
 Ils ne présentent aucun effet mémoire contrairement aux accumulateurs à base de nickel.
 Ils ont une faible auto-décharge.
 Ils ne nécessitent pas de maintenance.
 Ils peuvent permettre une meilleure sécurité que les batteries purement lithium, mais ils
nécessitent toujours un circuit de protection et de gestion de la charge et de la décharge.

6.2. Inconvénients

 La nature des cycles de décharge : ces batteries préservent mieux leur capacité lorsqu'elles
sont rechargées à partir d'un état de décharge partielle que lorsqu'elles subissent des cycles
complets de décharge/recharge.
 La décharge profonde (< 2,5 V par élément ou < 5 % de la capacité totale) est destructrice
et peut altérer irrémédiablement l'endurance de ces batteries. Elles doivent donc être
chargées en respectant des paramètres très précis et ne jamais être déchargées en dessous
de 2,5 V par élément.
 Les éléments lithium-ion sont passivés par construction (par exemple par dépôt d'un
mince film de chlorure de lithium sur l'anode) afin de les protéger contre l'auto-décharge
pendant le stockage et contre la corrosion. Cependant, cette passivation peut avoir des
inconvénients car, en augmentant la résistance interne de l'élément, elle génère une chute
de tension lors de l'utilisation (au début de l'application de la charge). Ceci est d'autant
 plus sensible que le courant demandé par l'utilisation est élevé, ce qui peut conduire à
l'intervention du circuit de protection qui coupe alors le circuit si la tension par élément
descend en dessous de 2,5 V. Cette résistance de la couche de passivation augmente avec
la durée et la température de stockage (les températures élevées augmentent la
passivation). D'autre part, cet effet est accentué si la température de décharge est basse et
augmente avec les cycles d'utilisation. Mais, l'amplitude du phénomène est aussi fonction
de la conception chimique qui n'est pas la même selon les fabricants8.
 Les courants de charge et de décharge admissibles sont plus faibles qu'avec d'autres
techniques.
 Il peut se produire un court-circuit entre les deux électrodes par croissance dendritique de
lithium.
 L'utilisation d'un électrolyte liquide présente des dangers si une fuite se produit et que
celui-ci entre en contact avec de l'air ou de l'eau (transformation en liquide corrosif :
l'hydroxyde de lithium). Cette technique mal utilisée présente des dangers potentiels :
elles peuvent se dégrader en chauffant au-delà de 80 °C en une réaction brutale et
dangereuse. Il faut toujours manipuler les accumulateurs lithium-ion avec une extrême
précaution, ces batteries peuvent être explosives.
 Comme avec tout accumulateur d'électricité ne jamais mettre en court-circuit
l'accumulateur, inverser les polarités, surcharger ni percer le boîtier.
 Pour éviter tout problème, ces batteries doivent toujours être équipées d'un circuit de
protection, d'un circuit de régulation (en anglais le BMS de Battery Management System
signifiant « gestion de la batterie »), d'un fusible thermique et d'une soupape de sécurité.

6.3. Risques liés à la surchauffe d'élément

Plusieurs constructeurs comme Nokia et Fujitsu-Siemens ont lancé un programme d'échange

de batteries à la suite de problèmes de surchauffe sur certaines batteries qu'ils avaient
vendues. En 2016, le constructeur de produits mobile Samsung a dû retirer son Galaxy Note 7
à la suite de plusieurs cas d'incendies et d'explosions.

6.4. Charge et décharge

La charge se passe généralement en deux phases, une première phase à courant limité de
l'ordre de C/2 à 1 C (C étant la capacité de l'accumulateur). Cette phase permet une charge
rapide jusqu'à environ 80 %, puis une deuxième phase à tension constante et courant
décroissant pour se rapprocher des 100 % de charge en environ deux heures de plus. La
charge est terminée lorsque le courant de charge chute en dessous d'une valeur appelée
courant de fin de charge.

La tension de fin de charge des accumulateurs Li-ion peut être de 4,1 à 4,2 V suivant la
spécification du fabricant de l'accumulateur. La tolérance couramment admise est de ±
0,05 V par élément, ils sont très sensibles à la surcharge et demandent une protection
lorsqu'ils sont connectés en série. Les chargeurs doivent être de bonne qualité pour respecter
cette tolérance. Il importe de toujours respecter la feuille de données fournie par le fabricant,
qui fait état des conditions de charge de l'accumulateur (tolérance, courant de charge, courant
de fin de charge, etc.). Toutefois, certains éléments destinés au grand public possèdent une
électronique interne qui les protège des mauvaises manipulations (surcharge, décharge
profonde).

En effet, la décharge doit être limitée à une tension de 3 V par élément, une tension de
décharge inférieure à 2,5 V peut conduire à une destruction de l'élément.

7. Le BMS (Battery management system)

Un BMS est un élément indispensable sur tous les packs batteries. Il surveille l'état de
différents éléments de la batterie, tels que :
 tension : totale ou des cellules individuelles ;
 température : température moyenne, température d'admission de liquide de
refroidissement, température de sortie de liquide de refroidissement, ou températures
des cellules individuelles ;
 état de charge (SOC pour State Of Charge) ou la profondeur de décharge (DOD pour
Depth Of Decharge) : indique le niveau de charge de la batterie ;
 état de santé (SOH pour State Of Health) : mesure définie de l'état général de la
batterie ;
 débit du réfrigérant : air ou fluides batteries ;
 courant : dans ou hors batterie.

Un BMS permet le suivi de données telles que :

 le courant de charge maximum (CCA pour Cold Cranking Amps) ;
 le courant de décharge maximum (DCL) ;
 l'énergie fournie depuis la dernière charge ou le dernier cycle de charge ;
  l'énergie totale utilisée depuis la première utilisation ;
 le temps total de fonctionnement depuis la première utilisation.

7.1. Protection de la batterie

Un BMS protège sa batterie en l'empêchant de fonctionner en dehors de sa plage de
fonctionnement typique :
 sur-intensité ;
 surtension (lors du chargement) ;
 sous-tension (lors de la décharge), particulièrement important pour le plomb-acide et
cellules Li-ion ;
 surchauffe ;
 sous-température ;
 sur-pression (NiMH batteries).

Le BMS empêche la batterie de fonctionner en dehors de sa plage de fonctionnement typique,

grâce à :
 un interrupteur interne ;
 des dispositifs externes à la batterie qui permettent de réduire ou de mettre fin à son
utilisation ;
 un contrôle de l'environnement, par des radiateurs, des ventilateurs, des climatiseurs
ou des réfrigérants liquides.
7.2. Optimisation
Afin d’optimiser les capacités de la batterie et d'empêcher les sous-tensions ou surtensions, le
BMS veille activement à l’équilibrage des charges de toutes les cellules de la batterie.
Le BMS équilibre les cellules grâce :
 à un phénomène de by-pass ;
 au reversement du surplus énergétique à partir des cellules les plus chargées vers les
cellules les moins chargées (équilibreur) ;
 à la réduction du courant de charge à un niveau suffisamment bas pour ne pas
endommager les cellules complètement chargées tout en continuant la charge vers les
autres cellules (ne s'applique pas aux cellules lithium) ;
 à une charge modulaire.
7.3. Topologie
Il existe différents types de BMS qui peuvent varier en fonction de la complexité et des
performances demandées :

 simples régulateurs passifs permettant d'atteindre un équilibre entre chacune des

cellules en « by-passant » certaines cellules lorsque leur tension atteint un certain
niveau1 ;
 régulateurs actifs intelligents permettant d'allumer et d'interrompre une partie du
chargement afin de réaliser l'équilibrage de charge ;
 BMS complet signalant l'état de la batterie grâce à l'affichage, et protégeant la batterie
d'un dysfonctionnement.
Les BMS peuvent être organisés en trois catégories :

 les BMS centralisés : un seul contrôleur est connecté à des cellules de batterie à travers
une multitude de fils ;
 les BMS distribués : un contrôleur est installé sur chaque cellule, avec seulement un
câble de communication unique entre la batterie et le contrôleur ;
 les BMS modulaires : plusieurs contrôleurs reliés à un certain nombre de cellules,
accompagnés d'une communication entre les contrôleurs.
Les BMS centralisés sont plus économiques, moins flexibles, et sont accompagnés d'une
multitude de fils de connexion. Les BMS distribués sont généralement plus chers, plus
simples à installer, et ont un aspect plus propre. Les BMS modulaires offrent un bon
compromis entre les avantages et les inconvénients des deux autres topologies.