La révolution des batteries Lithium-Ion

Les batteries Lithium-Ion sont des produits récents comparés aux batteries Plomb. Elles sont commercialisées depuis les années 80. La technologie Lithium-ion a fait ses preuves pour alimenter les produits électroniques comme les téléphones et ordinateurs portables ou encore l’outillage manuel sans fil.

LifePo4 Lithium Fer Phosphate cellule LFP

Cependant, plusieurs incidents ont eu lieu ces dernières années, imputés aux accumulateurs Lithium-Ion. La technologie incriminée a été le Lithium Cobalt Oxyde (LCO), composés d’une chimie instable en cas de surcharge ou surcapacité et générant une auto-inflammation (thermal runaway). C’est la raison pour laquelle le Lithium a rarement été utilisé pour créer des batteries de puissance.

Mais en 1996, une nouvelle technologie a fait son apparition : Le Lithium Fer Phosphate (Connu sous LifePo4 ou LFP) et ses dérivés. Ces batteries ont une densité d’énergie légèrement plus faible mais sont intrinsèquement non combustibles, et donc extrêmement sécurisées.

1/ Capacité utile et durée de vie largement supérieure

Contrairement aux batteries Plomb, les batteries Lithium peuvent être déchargées quasi totalement (de 90% à 100%) sans se dégrader.  En considérant une batterie de 100Ah, si une batterie au Plomb a une capacité utile comprise entre 30 à 50Ah, la batterie Lithium pourra fournir jusqu’à 100 Ah.

Capacité utile du Plomb-AGM
Capacité utile du Plomb-AGM
Capacité utile du Lithium-Ion
Capacité utile du Lithium-Ion

Les fabricants et laboratoires indiquent que l’on peut attendre plusieurs dizaines de milliers de cycles d’une batterie LiFePo4 de qualité supérieure. Cependant il s’agit de valeurs théoriques qui n’ont pas pu être vérifiées réellement mais simplement anticipées.
D’un point de vue pratique, et en utilisation réelle, les batteries LiFePo4 de qualité standard peuvent délivrer au minimum 2000 cycles de charge/décharge à 1C et 80% de DoD, et la capacité restante reste supérieure à 80%. Ces valeurs sont dépendantes du taux de charge, de la profondeur de décharge mais surtout de la qualité des cellules utilisées.

Pour les batteries, comme celles produites par PowerTech Systems, utilisant des cellules de qualité supérieure, triées et appairées, 4000 à 5000 cycles peuvent être délivrés à 1C et 80% de DoD. Ce nombre de cycle peut encore augmenter drastiquement en diminuant la profondeur de décharge (DoD).

Le diagramme ci dessous représente le nombre de cycles en fonction de la profondeur de décharge, pour la gamme de produits PowerBrick, PowerRack et PowerModule.

Nombre de cycles vs profondeur de décharge pour la gamme PowerBrick, PowerRack et PowerModule
Nombre de cycles vs profondeur de décharge pour la gamme PowerBrick, PowerRack et PowerModule

A la différence des batteries au plomb ou au Nickel, les batteries Lithium Fer Phosphate ne se dégradent pas si elles ne sont pas régulièrement chargées à 100% et le processus de charge est plus rapide que pour le plomb. Pour les applications solaires, une longue période pluvieuse empêchant la charge totale n’affectera pas la durée de vie de la batterie.

La courbe de tension d’une batterie Lithium est plate durant toute la décharge. Ce qui signifie qu’une batterie chargée à 20% fournira quasiment la même tension qu’une batterie chargée à 80%. Celà évite les problèmes de chute de tension propres aux batteries Plomb et permet de délivrer une énergie constante à l’application qu’elle alimente.

Courbe de décharge LiFePo4
Courbe de décharge LiFePo4

2/ Efficacité énergétique

Les batteries au Plomb sont moins efficaces pour stocker l’énergie que le Lithim-Ion. La charge des batteries Lithium a un rendement proche de 100% alors que le plomb avoisine 80%. Ceci est particulièrement important pour les applications solaires où l’on cherche à capter et stocker le maximum d’énergie des panneaux solaires. 20% d’énergie captée est perdue lorsqu’elle est stockée dans une batterie au plomb.

Un des grands avantages du Lithium-ion est que les pertes de Peukert sont quasiment inexistantes. Celà signifie qu’une batterie LiFePo4 peut délivrer toute sa capacité, même à forts courants de décharge, contrairement aux batteries au plomb qui peuvent perdre jusqu’à 40% de capacité dans les applications de puissance.

Courbes de décharge du LifePO4 à différentes puissances
Courbes de décharge du Lithium-Fer-Phosphate à différentes puissances

Courbes de décharge du Lithium-Fer-Phosphate à différentes puissances

3/ Résistance climatique

Les batteries au plomb et au Lithium perdent de leur capacité dans les environnements froids. On remarque pourtant sur le diagramme ci-dessous, que les batteries Lithium-ion sont bien plus performantes a basse température. Par ailleurs le taux de décharge influence la performance des batteries Plomb. On constate donc qu’à -20°C, une batterie Lithium délivrant un courant de 1C (une fois sa capacité réelle) peut délivrer plus de 80% de son énergie, lorsque la batterie AGM de pourra délivrer que 30% de sa capacité. Pour les environnements sévères (chauds et froids), le Lithium-Ion s’impose comme choix technologique.

Tenue en température
Tenue en température

4/ Poids, dimensions et densité d’énergie

Pour mettre en avant les caractéristiques exceptionnelles en terme de poids et d’encombrement des batteries Lithium-Ion, nous prendrons un exemple concret pour comparer l’usage d’une batterie au Plomb avec une batterie LiFePo4.

L’article ci-dessus est la propriété exclusive de la société PowerTech Systems.
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