Introduction aux batteries pour équipements électriques, partie 2 : technologies avancées

Note de l'éditeur : le texte suivant a été rédigé en exclusivité pour Power Progress par le fabricant de batteries EnerSys, Reading, Pennsylvanie, et édité pour la longueur et le style. Il fait partie d'une série en trois parties d'EnerSys sur la compréhension de la technologie des batteries pour les équipements et véhicules électriques.

Au cours des dernières décennies, les préoccupations concernant les émissions, le prix du carburant, les coûts de maintenance et l’efficacité globale ont conduit les équipements industriels électriques à batterie (BE) à remplacer progressivement les équipements alimentés par des moteurs à combustion interne (ICE).

Comme nous l'avons vu récemment , les batteries plomb-acide ouvertes traditionnelles sont des sources d'énergie éprouvées pour de nombreuses applications industrielles, telles que les chariots élévateurs et les équipements d'entretien des sols. Cependant, elles présentent certaines limites en termes de densité de puissance et de maintenance.

Pour remédier à ces lacunes, des technologies de batteries plus avancées ont récemment vu le jour. Il s'agit notamment des batteries au plomb pur à plaques minces (TPPL) et des batteries lithium-ion, qui sont de plus en plus populaires pour de nombreuses applications industrielles et de commerce électronique. Elles peuvent prendre en charge des applications plus exigeantes pour lesquelles les batteries au plomb-acide traditionnelles ne sont pas à la hauteur.

En éliminant la maintenance et en offrant des performances supérieures à celles des batteries plomb-acide inondées traditionnelles, les batteries TPPL et lithium-ion deviennent de plus en plus les sources d'énergie de choix pour les chariots élévateurs, l'entretien des sols et autres équipements utilitaires.

Technologie TPPL éprouvée

Bien que la batterie TPPL soit relativement nouvelle dans les applications de véhicules industriels, il s'agit d'une technologie éprouvée depuis les années 1970. Les plaques de plomb pur à 99 % accélèrent le transfert d'énergie pendant les périodes de charge plus courtes. Parallèlement, les plaques plus fines offrent une surface maximale pour un transfert et des gains d'énergie plus rapides ainsi qu'une augmentation de la densité de stockage d'énergie.

Une variété de batteries TPPL. (Photo : EnerSys)

La technologie TPPL a été développée à l'origine pour les applications militaires critiques qui nécessitaient une alimentation fiable et une charge plus rapide. Ces batteries ont donc été rapidement adoptées pour les applications de manutention et d'entreposage.

Aujourd'hui, les batteries TPPL sont disponibles dans une gamme de capacités et de configurations de puissance. Elles ont une densité de puissance légèrement supérieure à celle des batteries plomb-acide ouvertes, elles sont donc recommandées pour les applications légères à moyennes.

Les principaux avantages des batteries TPPL sont leur capacité de charge rapide et leur absence d'entretien. Par exemple, les batteries TPPL ne nécessitent pas d'arrosage, de lavage ou de longues égalisations, ce qui les rend idéales pour les propriétaires de flottes qui souhaitent réduire leur consommation d'eau et éliminer le travail de maintenance.

De plus, pendant les longues périodes de non-utilisation, ils doivent généralement être rechargés tous les 6 mois sans réduire la durée de vie de la batterie.

Enfin, les batteries TPPL ne nécessitent pas de longues périodes de charge. Elles peuvent être branchées à chaque fois que l'équipement n'est pas utilisé, par exemple pendant les pauses, entre les quarts de travail et à d'autres périodes d'arrêt.

La durée de vie typique d’une batterie TPPL est de 4 à 5 ans, selon l’intensité de son utilisation.

Tout sur le lithium-ion

Bien qu'elles constituent une technologie relativement nouvelle dans les applications de chariots élévateurs et d'équipements d'entretien des sols, les batteries lithium-ion sont bien connues pour leur utilisation dans l'électronique grand public et les véhicules électriques.

Il existe plusieurs approches de la chimie des ions lithium, les principales versions utilisées dans les équipements de manutention et les applications industrielles étant le phosphate de fer lithium (LFP) et le nickel manganèse cobalt (NMC). L'industrie automobile s'appuie principalement sur le NMC en raison de sa capacité supérieure à absorber et à stocker l'énergie, ce qui permet une charge plus rapide et des temps de fonctionnement plus longs entre les charges.

Les batteries lithium-ion sont particulièrement adaptées à une utilisation intensive dans les applications d'équipement en raison de leur efficacité de charge nettement supérieure à celle des batteries plomb-acide ouvertes traditionnelles. Comme les batteries TPPL, les batteries lithium-ion sont conçues pour une charge d'opportunité lorsque l'équipement n'est pas utilisé. Elles ne nécessitent pas non plus d'entretien de routine, comme l'ajout d'eau ou l'égalisation.

Cependant, l’un des plus grands défis liés à l’utilisation des batteries lithium-ion est aussi ce qui les rend si attrayantes : leur densité énergétique élevée. Associée à leur capacité de débit énergétique élevée, cette dernière peut nécessiter une infrastructure électrique plus robuste pour permettre une charge adéquate.

Elles nécessitent également des contrôles spécifiques pour un fonctionnement sûr. Un système de gestion de batterie (BMS), qui est un petit ordinateur embarqué conçu pour la batterie spécifique, surveille et contrôle généralement l'activité de la batterie. Il est essentiel à la sécurité des batteries lithium-ion.

Les batteries lithium-ion mal conçues et dotées de contrôles BMS douteux sont connues pour créer des risques pour la sécurité. La meilleure façon d'éviter ces problèmes est d'utiliser un système conçu de manière holistique, composé de la batterie, du BMS et du chargeur. De plus, tous les composants du système doivent être clairement désignés comme certifiés par des groupes tiers reconnus, tels que Underwriters Laboratories (UL), Conformité Européenne (CE), l'Organisation internationale de normalisation (ISO) et d'autres.

Les risques potentiels pour la sécurité peuvent amener certains assureurs à refuser la couverture ou à exiger des avenants, des inspections ou des vérifications supplémentaires avant d’assurer une installation utilisant des équipements dotés de batteries lithium-ion.

Les batteries lithium-ion ont une durée de vie typique de 5 à 7 ans selon l'utilisation.

La troisième partie de cette série d’articles abordera les considérations à prendre en compte pour choisir les technologies de batterie adaptées à différentes applications.

Introduction aux batteries pour équipements électriques, partie 1 : technologies traditionnelles La batterie plomb-acide inondée traditionnelle reste une technologie fiable pour une variété d'applications de véhicules et d'équipements industriels.

Batteries TPPL dans les applications de manutention : aujourd'hui et demain Max Khabur de OneCharge examine les batteries au plomb pur à plaques minces (TPPL) pour les chariots élévateurs électriques et examine leur avenir en concurrence avec leurs homologues au lithium.