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.

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. Cette technologie est aussi dénommée LifePo4 ou LFP. Ces batteries ont une densité d’énergie légèrement plus faible mais sont intrinsèquement extrêmement sécurisées. Lithium Fer PhosphateLes avantages du Lithium-Ion Fer-Phosphate en terme de sécurité sont telles que cette technologie est en passe de désormais dominer le marché.

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.

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. 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 que nous fabriquons, 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).

2/ Durée de vie prolongée

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%.
De même, 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.

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® :

3/ 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. Par conséquent, 20% d’énergie captée est perdue lorsqu’elle est stockée dans une batterie au plomb.

De même, un des grands avantages du Lithium-ion est que &nbsp 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..

En pratique, cela signifie que les batteries au lithium-ion sont très bien adaptées à l'alimentation de charges à courant élevé telles qu'un moteur de traction, un véhicule électrique, un robot ou encore un back-up électrique.

4/ Avantages en termes de taille et de poids

Pour mettre en évidence les caractéristiques uniques en termes de poids et de taille des batteries lithium-ion, Prenons un exemple significatif : batterie au plomb contre batterie au lithium..

5/ Chargement rapide et efficace

Les batteries lithium-ion peuvent être chargées “rapidement” jusqu'à une capacité de 100%. Contrairement aux batteries plomb-acide, il n'est pas nécessaire de procéder à une phase d'absorption pour obtenir une recharge complète. De plus, si votre chargeur est suffisamment puissant, ces batteries peuvent également être chargées très rapidement. Si vous pouvez fournir suffisamment d'ampères de charge, vous pouvez charger complètement une batterie lithium-ion en 60 minutes seulement.

Mais même si vous ne parvenez pas à recharger complètement la batterie à 100%, ne vous inquiétez pas : contrairement aux batteries au plomb, le fait de ne pas recharger régulièrement et complètement les batteries au lithium-ion n'endommage pas ces dernières.

Vous disposez ainsi d'une grande souplesse pour exploiter les sources d'énergie sans avoir à vous soucier de la nécessité de procéder régulièrement à une charge complète. Plusieurs jours partiellement nuageux avec votre système solaire ? Pas de problème si vous ne pouvez pas faire le plein avant le coucher du soleil, tant que vous pouvez couvrir vos besoins.
Par contre il est important de savoir que les batteries Lithium-ion ne doivent jamais rester totalement déchargées, sous peine de dégradation liée à une décharge profonde. Le BMS est là pour couper la batterie lorsqu'elle est vide. Mais le BMS n'est rien d'autre qu'un "garde fou" et dès qu'une batterie est totalement déchargée, il faut la recharger sans tarder.

6/ Très peu d'énergie perdue

Les batteries au plomb sont moins efficaces pour stocker l'énergie que les batteries au lithium-ion. Ces dernières se chargent avec une efficacité de près de 100%, contre 85% pour la plupart des batteries au plomb.

Cela peut être particulièrement important lors de la recharge solaire, lorsque vous essayez de tirer le maximum d'efficacité de chaque ampère avant que le soleil ne se couche ou ne soit recouvert par les nuages.

Théoriquement, avec le lithium, presque chaque "goutte" de soleil que vous pouvez capter va dans vos batteries. Avec un toit et un espace de stockage limités pour les panneaux, cela devient très important pour optimiser chaque centimètre carré de puissance que vous pouvez installer.

7/ Résistance climatique

Les batteries au plomb et au lithium perdent leur capacité dans les environnements froids. Comme le montre le diagramme ci-dessous, les batteries au lithium-ion sont beaucoup plus efficaces à température ambiante (25°C). En outre, le taux de décharge influe sur les performances des batteries au plomb. À -20°C, une batterie au lithium qui délivre un courant de 1C (une fois sa capacité) peut fournir plus de 80% de son énergie alors qu'une batterie AGM fournira 30% de sa capacité.

Pour les environnements difficiles (chauds et froids), le Lithium-Ion est le choix technologique.

8/ Moins de problèmes de placement

Les batteries au lithium-ion n'ont pas besoin d'être stockées en position verticale, elles peuvent fonctionner couchées sur le flanc, voir même la tête en bas. Elles peuvent également être assemblées assez facilement dans des configurations hétérogènes, ce qui est un avantage si vous essayez de faire entrer autant d'énergie que possible dans un petit compartiment.

Ceci est particulièrement utile si vous disposez d'une baie de batterie existante dont la taille est limitée, mais que vous souhaitez ou avez besoin d'une capacité supérieure à celle que l'acide de plomb est actuellement en mesure de fournir.

9/ Aucune exigence en matière de maintenance

Ces batteries ne nécessitent pratiquement pas d'entretien. Le système de gestion de la batterie (BMS) effectue automatiquement un processus d'équilibrage pour s'assurer que toutes les cellules d'un groupe de batteries sont chargées de la même manière. Il suffit de charger la batterie pour qu'elle soit prête à fonctionner.