La sécurité et lithium-ion pour les engins industriels
Le marché des batteries du lithium-ion et de leurs usages pour engins industriels est en forte croissance. En effet, le lithium est le métal le plus léger du marché. Les experts sont formels : il s’agit du meilleur élément pour les batteries actuels comme pour celles du futur. Ainsi, la sécurité des batteries au lithium est devenue un enjeu fondamental pour les utilisateurs d’engins industriels et autres véhicules :
Le 7 janvier 2013, un Boeing 787, aux couleurs de la Japan Airlines, n’a pas pu décoller de l’aéroport de Boston en raison d’une panne électrique déclenchée par l’incendie d’une batterie lithium-ion. Cet événement n’est pas isolé puisqu’en 2017, Tesla rencontra un problème similaire d’incendie des batteries au lithium de la Tesla Model X d’un de leurs usagers provoquant ainsi sa mort.
Bien que l’incendie n’ait pas directement été causé par les batteries, cet incident remet en cause le risque de dégradation par une réaction violente et dangereuse de la combustion. Cette réaction peut avoir lieu dès que la température de la batterie dépasse 65°C et est « très probable » à plus de 75°C.
Malgré le fait que ces accidents soient différents, ils peuvent être facilement transposables à d’autres appareils disposant d’une structure de batterie en lithium-ion.
En outre, ces batteries sont caractérisées par une forte présence sur les engins industriels et continueront de se développer de manière exponentielle. Il est donc important que nous vous expliquions les mesures de sécurité qui garantissent le meilleur de votre expérience utilisateur.
Cet article identifie trois dimensions inhérentes à la sécurité des batteries au lithium-ion.
- La formule chimique et son apport dans la sécurité au lithium
- Les différents assemblages des accumulateurs au lithium
- Le système électronique contrôlant la batterie au lithium
La formule chimique et son apport dans la sécurité au lithium
Il existe une multitude de formules chimiques pour les accumulateurs (cellules de batteries) de lithium. Cependant, trois formules sont plus largement répandues sur le marché :
- Lithium NMC – Lithium Nickel Manganèse Cobalt (LiNiMnCoO2)
- Lithium NCA – Lithium Nickel Cobalt Aluminium (LiNiCoAIO2)
- Lithium LFP – Lithium Fer Phosphate (LiFeP04)
Chaque formule chimique dispose de caractéristiques différentes relatives à la température de décomposition et au dégagement de la chaleur. Ces données nous permettent d’établir un score de sécurité de chaque élément chimique.
Tableau des trois meilleurs éléments chimiques du lithium
Comment interpréter ces données ? Plus la valeur de la température de décomposition est élevée, plus il est difficile d’atteindre la température de décomposition. Dès lors, la cellule de batterie au lithium est plus sûre.
Quant à la chaleur dégagée, cette dernière fait référence à l’énergie que peut dégager la cellule de la batterie (ou accumulateur) sous forme de chaleur, créant une augmentation de température dans le système. Plus cette valeur est faible, plus la batterie est sûre.
Dès lors, la batterie LFP est considérée comme la plus sécurisée du marché en raison d’une température de décomposition élevée pouvant supporter jusqu’à 270°C avant une décomposition chimique de la batterie. En outre, elle dispose d’un dégagement de la chaleur de 200J/g
Photo d’une cellule de lithium de petite dimension
La structure des cellules au lithium-ion
Tout comme les formules chimiques, trois principales structures de cellules au lithium ion sont les plus réputées sur le marché :
- Les cellules cylindriques : batteries au lithium de petites dimensions. Cette structure à une capacité de 2-3 Ah (unité de charge électrique permettant de mesurer la capacité d’une batterie) Seul Tesla les utilise dans le secteur automobile.
- Les cellules « pouch » : utilisés au sein d’applications à haute puissance (haute tension et basse capacité). Ces cellules sont utilisées dans un encombrement restreint comme pour les motos ou les voitures électriques. Les cellules « pouch » ont une capacité de 20-40 Ah
- Les cellules prismatiques : utilisés dans le secteur industriel et automobile afin de réaliser des batteries aux dimensions moyennes / grandes. La capacité est de 100-300 Ah
Le système électronique contrôlant la batterie au lithium
Chaque structure de cellule de batterie diffère suivant la dimension et de la tension des circuits électriques des différents appareils.
De fait, il est nécessaire d’utiliser, pour les machines industrielles, des capacités moyennes / élevées de cellules qui puissent atteindre des valeurs allant de 100 ah à plus de 1000 ah.
Considéré comme le « cerveau » de la batterie, le BMS pour “Battery Management System” est une carte électronique ayant pour fonction de contrôler la tension et la température des cellules de la batterie. De plus, elle a pour mission de communiquer avec le véhicule et les chargeurs et peut intervenir sur les télérupteurs généraux.
Le BMS est indispensable pour la sécurité optimale et permettre à la batterie de résister pendant une longue durée.
A titre d’exemple, des cellules de batteries peuvent fondre en raison d’un problème de contact ce qui est préjudiciable pour le système électronique.
Nous allons maintenant aborder l’usage tangible du “Battery Management System”. il est vendu sous forme de carte mère, avec une nappe de fil à souder sur le support de cellule.
Pour obtenir un visuel des statistiques de la batterie, un logiciel connexe doit être paramétré une fois l’installation du BMS.
Deuxième innovation majeure en termes de sécurité des batteries lithium ion : le système de contrôle à distance.
Conçu en 2014 par notre partenaire italien, Flash Battery, ce système permet notamment de contrôler et de vérifier l’état des batteries au lithium expédiées dans le monde entier.
L’avantage de ce système est indéniablement le suivi à distance de chaque batterie au lithium. De plus, il permet d’analyser chaque donnée reçue dans l’optique de prévenir les anomalies. Dans ce cas, des interventions rapides sont organisées en cas de défectuosité.
Aujourd’hui, EFA France a décidé de faire confiance à Flash Battery pour garantir la sécurité de tous nos utilisateurs et promouvoir l’innovation dans un contexte de durabilité.
