Les batteries lithium-ion suscitent beaucoup d’intérêt comme alternative aux batteries plomb-étanche pour une utilisation avec les onduleurs des datacenters. L’un des aspects les plus attrayants de la technologie est la durée de vie prévue. Il ne s’agit pas seulement d’une légère amélioration par rapport aux batteries plomb-étanche ; leur durée de vie peut potentiellement éliminer au moins deux cycles de remplacement.
Le problème, bien sûr, est qu’il n’existe actuellement pas de batteries lithium-ion qui fonctionnent depuis aussi longtemps dans un datacenter. La technologie concernant cette application est tout simplement trop récente. Sans pouvoir se référer à ces données d’exploitation réelles, comment les opérateurs de datacenter peuvent-ils être sûrs que les batteries lithium-ion respecteront leur durée de vie prévue ?
C’est l’une des questions les plus courantes que nous recevons de la part des clients qui envisagent une transition vers les batteries lithium-ion. Pour répondre à leurs préoccupations, il est nécessaire de comprendre comment les batteries lithium-ion se dégradent dans les applications de datacenters.
Dégradation de la batterie lithium-ion
Les batteries lithium-ion ont deux modes de dégradation largement indépendants : la durée du cycle de vie et la durée de vie calendaire. Dans les applications de datacenters, le cycle de la batterie est généralement peu fréquent, et la durée de vie calendaire est le principal responsable de la durée de vie utile.
La durée de vie calendaire décrit comment la capacité de la batterie diminue au fil du temps. Comme dans les autres technologies de batterie, la température est un facteur essentiel dans la vie calendaire. Une batterie lithium-ion fonctionnant à des températures plus élevées se dégrade plus rapidement que la même batterie fonctionnant à des températures plus basses.
Étant donné que les batteries lithium-ion sont utilisées dans des applications automobiles depuis plus d’une décennie, les fabricants de batteries disposent aujourd’hui d’un grand volume de données sur la durée de vie calendaire, tant dans des environnements contrôlés en laboratoire que dans des conditions réelles. Ces données montrent que les batteries lithium-ion se dégradent de façon prévisible sur la durée, et qu’elles ne sont pas sujettes à des chutes soudaines en dessous d’un certain niveau de capacité. Les données sont également plus que suffisantes pour obtenir des projections de grande fiabilité concernant la durée de vie des batteries lithium-ion, en particulier dans les datacenters, où la température ambiante est bien plus contrôlée que dans un contexte automobile.
En conséquence, bien que nous ne puissions pas observer les applications de datacenters dans lesquelles les batteries lithium-ion sont en service depuis douze ou treize ans, nous pouvons tout de même appliquer d’autres expériences pour définir des attentes réalistes en ce qui concerne la durée de vie de la batterie en fonction du système de batterie et de l’application spécifiques.
Relation entre la dégradation et les durées de fonctionnement
Une autre question courante que nous recevons concerne l’impact de la dégradation sur la durée de fonctionnement à mesure que la batterie vieillit. En d’autres termes, une batterie lithium-ion est-elle sujette à des défaillances surprises en fin de vie, comme c’est le cas pour les batteries plomb-étanche ?
Comme je l’ai mentionné précédemment, les batteries lithium-ion se dégradent de façon prévisible et, en fait, le taux de dégradation diminue à mesure que la batterie vieillit. Par conséquent, la durée de fonctionnement n’est pas susceptible d’être affectée par un déclin rapide de la capacité. Cependant, les batteries lithium-ion subissent également des augmentations de leur résistance interne à mesure qu’elles vieillissent, tout comme les batteries plomb-étanche. Si la chaleur générée par cette résistance crée des températures dépassant le seuil établi dans le système de gestion des batteries (BMS), le BMS limite la durée de fonctionnement afin de protéger la batterie de la surchauffe. Néanmoins, les changements de durée de fonctionnement prévus durant le vieillissement sont plus prévisibles et moins spectaculaires pour les batteries lithium-ion que pour les batteries plomb-étanche.
Sécurité des batteries lithium-ion
Il semble que tout le monde ait lu ou entendu parler de batteries lithium-ion qui prennent feu dans des ordinateurs portables ou autres appareils, et on nous pose souvent des questions sur la sécurité des batteries lithium-ion.
Les batteries lithium-ion ont effectivement quelques conditions connues qui peuvent les conduire à s’enflammer ou à libérer des gaz si la pression interne devient trop élevée. Connaître ces conditions de risque et les contrôler est l’objectif principal du BMS qui est intégré dans le système de la batterie lithium-ion. La surveillance continue de la fiabilité est une fonction extrêmement utile, mais secondaire, du BMS.
Les conditions les plus risquées menant à l’abus sont généralement la surcharge, la surchauffe et le court-circuit des éléments de la batterie. Le BMS met en place des contrôles qui maintiennent la batterie dans sa plage de fonctionnement sécurisé, en se basant sur la mesure continue des tensions des éléments, des températures du système, du courant de la batterie et d’autres paramètres. La certification UL ou CE du système de la batterie vérifie la fonctionnalité et l’efficacité du BMS. Comme exemple de la capacité du BMS à exécuter cette fonction, les fabricants doivent généralement déconnecter le BMS lors de l’exécution d’un test d’incendie, car ils ne peuvent pas faire démarrer un incendie à l’intérieur de la batterie lorsque le BMS est opérationnel.
Nous traitons chacun de ces problèmes plus en détail, ainsi que d’autres questions courantes, dans notre nouveau livre blanc, Considérations relatives à l’évaluation des batteries lithium-ion dans les applications stationnaires et le document complémentaire Questions fréquemment posées sur l’utilisation des batteries lithium-ion dans les applications avec onduleurs.
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