L'électrification de tout commence par la confiance : gestion des batteries, complexité des systèmes et course à la généralisation de l'électrification. La prochaine transition dans le secteur de l'Énergie ation est déjà en marche.
Georg-Friedrich Graf, PDG de Munich Electrification
L'électrification n'est pas une transition limitée à un seul secteur. Ce qui a commencé dans l'automobile s'étend désormais aux réseaux électriques, aux infrastructures et aux applications industrielles. À mesure que cette évolution s'accélère, un élément prend une importance cruciale pour la performance, la sécurité et l'évolutivité : le système de gestion de batterie (BMS).
Pour comprendre comment ce secteur évolue, nous nous sommes entretenus avec Georg-Friedrich Graf, PDG de Munich Electrification, une entreprise basée en Allemagne spécialisée dans les systèmes de gestion de batterie destinés à la fois aux véhicules électriques et aux systèmes de stockage d'Énergie s stationnaires. Munich Electrification apporte une expertise approfondie en matière de conception de BMS et offre un éclairage précieux sur la manière dont l'électrification se développe dans différents secteurs.
La conclusion est claire. L'électrification progresse, mais sa mise à grande échelle introduit un nouveau niveau de complexité.
Au cœur de ce défi se trouve la confiance.
De l'innovation automobile aux systèmes d'Énergie
Au cours de la dernière décennie, l'innovation dans le domaine des batteries a été largement portée par le secteur automobile. Les investissements dans les véhicules électriques ont accéléré les progrès en matière de chimie des cellules, d'échelle de production et d'intégration des systèmes. En conséquence, le coût des batteries a considérablement baissé, ce qui a permis une adoption plus large dans tous les secteurs d'activité.
Cette base favorise désormais une croissance rapide du stockage stationnaire d'Énergie .
« Historiquement, le stockage était davantage une solution de secours », explique M. Graf. « Aujourd’hui, nous mettons en place des systèmes qui participent activement au réseau électrique. »
Sur les marchés où la part des énergies renouvelables est élevée, les batteries sont de plus en plus utilisées pour équilibrer l'offre et la demande. L'Énergie ité solaire produite pendant la journée peut être stockée puis réinjectée dans le réseau le soir, ce qui réduit le recours aux centrales de pointe et améliore la stabilité du réseau.
Cela marque le passage de systèmes d'Énergie s passifs à des systèmes actifs. Les batteries ne constituent plus seulement une infrastructure de soutien. Elles sont désormais des actifs opérationnels au sein du réseau.
Quand l'intelligence des batteries devient une valeur économique
À mesure que les batteries jouent un rôle de plus en plus important dans la génération de revenus, les attentes vis-à-vis des systèmes de gestion des batteries ne cessent de croître.
Dans les applications automobiles, les erreurs d'estimation de l'état de charge ou de l'état de santé ont un impact sur l'autonomie et l'expérience utilisateur. Dans le domaine du stockage stationnaire, ces mêmes erreurs affectent directement la quantité d'Énergie s pouvant être distribuée et monétisée.
« Avec un camion, si votre estimation est erronée, vous parcourez peut-être quelques miles de moins », explique Graf. « Dans les systèmes de stockage, chaque kilowattheure que vous pouvez vendre représente de l'argent. »
Cette évolution modifie la manière dont on définit la performance. La précision n'est plus un indicateur de confort, mais un indicateur économique.
En conséquence, le secteur s'efforce d'apporter des améliorations dans les domaines suivants :
- État de charge (SoC), état de santé (SoH) et estimation de la puissance
- Fidélité des mesures et techniques de détection
- Équilibrage des cellules et optimisation au niveau du système
Cela favorise une intégration plus poussée entre le matériel et les logiciels et renforce l'importance d'une compréhension, au niveau du système, du comportement des batteries.
Dans le domaine du stockage statique, chaque kilowattheure que vous pouvez vendre représente de l'argent.
L'architecture évolue grâce à une approche systémique
À mesure que les systèmes électrifiés se développent, leur architecture évolue.
Les conceptions traditionnelles des systèmes de gestion de batterie (BMS) reposent sur une intelligence distribuée au sein de chaque bloc-batterie. Les systèmes émergents s'orientent vers des architectures hybrides qui allient contrôle local et intelligence centralisée.
« La sécurité doit résider dans la batterie », affirme M. Graf. « La batterie doit être sûre, qu'elle soit branchée ou non. »
Les fonctions essentielles de protection et de sécurité restent décentralisées. La sécurité est également de plus en plus gérée localement, ce qui garantit l'intégrité du système indépendamment de toute dépendance vis-à-vis de facteurs externes.
Parallèlement, les fonctions de niveau supérieur font l'objet d'une centralisation. Il s'agit notamment :
- Estimation de l'état et diagnostics
- Traitement et analyse des données
- Coordination au niveau du système
Cette évolution s'inscrit dans une tendance plus générale vers des systèmes définis par logiciel, dans lesquels les fonctionnalités sont dissociées des composants physiques et gérées au niveau du système.
Le défi ne consiste pas à créer un seul système, mais à en créer plusieurs de manière efficace.
Le véritable goulot d'étranglement : la variabilité à grande échelle
L'un des principaux défis de l'électrification ne réside pas dans une technologie en particulier, mais dans la diversité des systèmes.
Chaque application nécessite des niveaux de tension, des profils de puissance, des protocoles de communication et des configurations différents. Même au sein d'une même plateforme, il peut exister plusieurs variantes de batteries.
Cette variabilité introduit une certaine complexité tout au long du cycle de vie du développement.
Cela concerne :
- Conception et intégration de systèmes
- Architecture et configuration logicielles
- Stratégies de validation et de test
Le défi ne consiste pas à créer une seule fois un système hautement performant. Il s'agit plutôt de créer efficacement de nombreuses variantes de ce système, sans compromettre ni la sécurité ni les performances.
Pour y remédier, il faut adopter des approches structurées :
- plateformeconception matérielle basée sur
- Architecture logicielle modulaire et en couches
- Séparation claire entre les composants réutilisables et la logique propre à l'application
C'est là que la réflexion à l'échelle du système devient essentielle. Les performances ne sont plus déterminées par les composants individuels, mais par la manière dont ceux-ci interagissent dans des conditions réelles d'exploitation.
Les tests constituent le fondement de la confiance
À mesure que la complexité des systèmes augmente, la validation devient un enjeu majeur.
« Nous ne pouvons pas garantir la sécurité d’un système de batteries sans tests appropriés », explique M. Graf. « Pour nous, les tests d’ Simulation HIL s sont essentiels. »
Dans le secteur automobile, la validation s'inscrit dans le cadre de processus structurés. Les systèmes sont testés selon des étapes bien définies et validés en conditions réelles d'exploitation avant d'entrer en production.
Dans le cas du stockage stationnaire d'Énergie , la situation est fondamentalement différente.
Les systèmes à grande échelle, dont la puissance atteint souvent plusieurs gigawattheures, ne peuvent pas être entièrement reproduits en laboratoire. La première mise en service à pleine échelle d'un tel système peut avoir lieu lors de sa mise en service sur le site du client.
« On ne voit le système dans son ensemble qu’une fois qu’il est installé », explique Graf. « Il faut donc que tout ce qui est fait avant soit parfaitement au point. On a parfois l’impression de construire le tout premier camion directement chez le client. »
Cela modifie les domaines dans lesquels il faut renforcer la confiance.
La validation doit intervenir plus tôt, en combinant les éléments suivants :
- Simulation basée sur des modèles (SIL)
- Simulation HIL essais (HIL)
- Validation du système à grande échelle
Le HIL joue un rôle essentiel en tant que couche d'intégration entre les logiciels et les systèmes physiques. Il permet aux ingénieurs de valider les stratégies de contrôle, les interactions entre les systèmes et les cas limites au sein d'un environnement contrôlé.
À mesure que les systèmes électrifiés deviennent de plus en plus interconnectés, le HIL n'est plus seulement un outil de test. Il s'agit désormais d'une compétence essentielle pour l'intégration des systèmes et la réduction des risques.
La sûreté et la sécurité vont de pair
Les systèmes de batteries sont de plus en plus intégrés aux infrastructures critiques.
« La sûreté a toujours été la pierre angulaire », explique M. Graf. « Désormais, la sécurité vient s’y ajouter. »
Cela comprend :
- Communication sécurisée entre les composants
- Protection contre les accès non autorisés
- Garantie de l'intégrité des logiciels
Ces exigences revêtent une importance particulière dans les systèmes raccordés au réseau, où la fiabilité ne se limite pas aux installations individuelles, mais concerne également la stabilité de l'ensemble du réseau.
Développer une expertise au sein d'un écosystème complexe
Munich Electrification s'est imposée en se spécialisant pleinement dans les systèmes de gestion des batteries.
L'entreprise réunit au sein d'une équipe spécialisée et internationale des compétences en matière de matériel, de logiciels et de tests. Cela lui permet de répondre à des exigences système de plus en plus complexes dans tous les secteurs d'activité.
« Nous nous concentrons sur un seul sujet et l’abordons en profondeur », explique Graf.
À mesure que l'électrification progresse, ce niveau de spécialisation devient indispensable.
Pour développer l'électrification à grande échelle, il faut que le système inspire confiance
L'électrification va continuer à se développer. La question n'est plus de savoir si cela va se produire, mais dans quelle mesure elle pourra se déployer de manière fiable et rapide.
Au cœur de ce défi se trouve la capacité à valider des systèmes complexes avant même qu'ils n'existent physiquement.
Les systèmes de gestion des batteries ne sont pas seulement un élément de cette histoire. Ils font partie des systèmes qui déterminent si l'électrification réussira à grande échelle.
Sans assurance quant au comportement des systèmes en conditions réelles, la mise à l'échelle devient risquée.
Grâce à cela, l'électrification devient possible.
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