Batteries au lithium pour les engins de construction: le secteur du chantier choisit la voie de l’électrification
22 octobre 2024
Commencée il y a un moment déjà, la conversion électrique des engins de construction a pour but principal de réduire considérablement les émissions de gaz à effet de serre et d’atteindre les objectifs ambitieux fixés par l’Accord de Paris. Un processus qui, dans un premier temps, a été appliqué aux machines les plus compactes mais qui, progressivement, se tourne également vers les engins plus lourds.
Si le secteur du chantier, depuis toujours l’un des domaines industriels produisant le plus d’émissions à l’échelle mondiale, a choisi de s’engager sur la voie de l’électrification, une question subsiste : où en est l’évolution technologique des batteries au lithium et comment ces dernières peuvent-elles répondre de façon efficace aux besoins de ces engins si énergivores ?
Les applications compactes misent sur l’électrification avec des batteries au lithium et requièrent une densité énergétique, une fiabilité et une efficacité élevées
Les engins compacts tels que les pelleteuses, les grues, les mini-grues, les chargeuses sur pneus, les tombereaux et les bétonnières sont conçus pour s’occuper de différents travaux de construction et, bien que fonctionnant de manière discontinue pendant la journée, consomment généralement une grande quantité d’énergie.
Pour pouvoir effectuer leurs travaux de chantier correctement, ils doivent donc disposer d’une batterie au lithium capable de leur fournir une puissance adaptée, une grande autonomie et des performances élevées.
Mot clé : haute densité énergétique
Par le passé, les faibles possibilités en termes de stockage d’énergie ont fortement limité le développement de machines électriques dans le secteur du bâtiment. Les batteries au plomb, tout comme les premières batteries au lithium, n’étaient pas en mesure de répondre au besoin en énergie de ces engins sans alourdir de façon excessive la machine.
Aujourd’hui, avec l’introduction des dernières générations de batteries au lithium, choisir un engin hybride ou électrique permet d’accéder à de nombreux avantages et de travailler de façon plus durable, tout en maintenant une productivité et des performances élevées.
La recherche technologique a beaucoup progressé et les formules au lithium plus avancées sont capables d’offrir une haute densité énergétique au sein d’un espace et d’un volume toujours plus réduits.
Si, jusqu’à récemment, la technologie NMC était prédominante dans le domaine de l’électrification des engins de construction grâce à sa capacité à offrir une énergie spécifique très importante (220-240 Wh/kg), aujourd’hui, la technologie LFP se fait une place de plus en plus importante, en misant sur une densité énergétique augmentée jusqu’à 190 Wh/kg, à laquelle vient s’ajouter un autre aspect particulièrement apprécié par le secteur : la sécurité.
Sécurité des batteries : une priorité pour les travaux de chantier
Bénéficier de technologies améliorant la sécurité des chantiers est aujourd’hui un levier stratégique pour les décisions d’achat de tous les équipementiers et fabricants qui ont choisi d’investir dans l’électrification de leurs flottes.
Grâce à leur haute température de décomposition et à leur libération lente de chaleur, deux aspects qui permettent d’éviter l’emballement thermique dans les situations critiques, les batteries au lithium avec technologie LFP représentent le choix idéal, y compris dans le domaine de la construction.
Associée à un assemblage adéquat des cellules et à une électronique de contrôle intelligente, comme dans le cas du Flash Balancing System de Flash Battery, cette technologie est le compromis idéal entre énergie et fiabilité.
En effet, il est préférable d’opter pour une batterie légèrement plus grande, mais capable de garantir des performances élevées et une sécurité optimale, notamment pour traiter les demandes croissantes de systèmes à haute tension, qui peuvent dépasser les 800 V et qui, s’ils ne sont pas conçus soigneusement, peuvent représenter un vrai risque pour l’opérateur.
Zéro émission pour une efficacité opérationnelle maximale
La course à la réduction des émissions polluantes produites par les engins dotés d’un moteur à combustion interne n’est pas seulement une conséquence des dernières réglementations européennes en faveur de la décarbonation. L’utilisation de machines électriques permet non seulement de réduire considérablement (si le choix se porte sur une solution hybride) ou d’éliminer totalement (si le choix se porte sur une solution entièrement électrique) les émissions de CO2, mais également d’optimiser les cycles de travail, en offrant la possibilité aux engins de construction de travailler également dans des espaces fermés, pendant de longues périodes, sans devoir s’arrêter pour dissiper les gaz toxiques générés par les moteurs à combustion interne.
Autre avantage concret des batteries au lithium dans ce secteur : la réduction du bruit. La suppression des émissions sonores offre une grande flexibilité d’utilisation dans les zones urbaines, où les engins peuvent travailler en toute tranquillité et sans restriction horaire.
Alors que les applications en dessous de 50 kWh ont ouvert la voie de la conversion à l’électrique des moteurs à combustion interne, aujourd’hui, l’électrification se tourne également vers les engins plus lourds, attirés par une technologie au lithium en constante évolution, capable de stocker toujours plus d’énergie dans un espace réduit, afin de faire face aux cycles de travail typiques des machines de chantier.
Mais en raison des caractéristiques de la technologie actuelle en termes d’énergie, de volumes et d’infrastructures de recharge, la conversion entièrement électrique des engins lourds comme les grandes pelleteuses pose un certain nombre de défis importants et reste, pour le moment, un exercice de style.
Sur ces engins très énergivores et soumis à des cycles de travail éprouvants, il est préférable d’opter pour un système hybride, où la batterie est utilisée pendant quelques heures et secondée par un motogénérateur afin de continuer à assurer l’alimentation, en tenant compte des opérations à réaliser et des conditions de travail.
Bien qu’aujourd’hui nous parlions de motogénérateurs diesel, dans un avenir proche, ceux-ci pourraient intégrer des piles à hydrogène, une technologie au grand potentiel mais encore en phase de développement.
Le parcours vers la décarbonation a donc également commencé pour les grandes machines, mais il présente encore plusieurs défis à relever, à commencer par le manque d’infrastructures de recharge et les difficultés à supporter activement les cycles de travail exigeants.
Un exemple concret de personnalisation dans le secteur des engins de construction : la Flash Battery de 23,5 kWh réalisée pour un mini-chargeur entièrement électrique
En commençant par les machines les plus compactes, le chantier électrique s’annonce donc comme la prochaine grande étape de l’évolution du secteur de la construction. Pour établir des bases solides, il est important de faire confiance à un partenaire expérimenté, capable de concevoir la batterie au lithium la plus adaptée aux besoins de fonctionnement de chaque application.
La Flash Battery de 102,4 V, 230 Ah – 23,5 kWh est un exemple de batterie au lithium personnalisée que nous avons réalisée pour le prototypage puis la production en série d’un mini-chargeur issu du secteur de la construction.
Ses principales caractéristiques sont :
- Haute densité énergétique.
- Possibilité de charge lente embarquée et de charge rapide non embarquée.
- Diagnostic canbus avec possibilité de contrôle à distance.
- Structure résistante aux vibrations et aux contraintes mécaniques.
- Design mécanique et électrique personnalisé.
Grâce à l’intégration d’une batterie au lithium conçue sur mesure, ce mini-chargeur peut fonctionner de façon plus durable et silencieuse, sans aucun compromis en termes d’efficacité et de productivité, tout en maintenant les mêmes performances que son équivalent à moteur à combustion interne.
Créée pour offrir une densité énergétique maximale dans un volume réduit, la batterie a été conçue avec un design mécanique extrêmement personnalisé, étudié pour résister aux contraintes constantes typiques du secteur du chantier.
De plus, la batterie garantit une autonomie allant jusqu’à huit heures en mode d’économie d’énergie, assurant ainsi la continuité des activités pendant toute la journée de travail si une charge rapide est réalisée durant la pause déjeuner.
Par ailleurs, l’ajout d’un système de chauffage permet d’utiliser l’engin même dans les climats les plus rigoureux, tandis qu’il est possible de réaliser un auto-diagnostic et un entretien prédictif grâce à l’intégration du système de contrôle à distance automatique et propriétaire de Flash Battery, le Flash Data Center.
Comme toutes les batteries au lithium personnalisées que nous réalisons, ce projet est le fruit d’une étude approfondie et d’une méthode de travail consolidée, qui font de nous de véritables conseillers quant au développement de solutions d’électrification adaptées aux besoins professionnels les plus variés.
Conseils, prototype et production en série : l’approche industrielle de Flash Battery facilite la transition électrique des engins de construction
La grande aptitude de Flash Battery à concevoir des solutions de batteries au lithium personnalisées en fonction des besoins des engins les plus divers, tout comme la singularité de sa technologie propriétaire, qui garantit des performances stables pendant tout le cycle de vie de la batterie, font de nous le partenaire de confiance idéal pour gérer même les parcours d’électrification les plus complexes.
Conseils personnalisés
vant de démarrer un projet d’électrification d’un engin de construction, chez Flash Battery, nous prêtons attention à un élément souvent négligé : le dialogue avec le fabricant.
Pour pouvoir gérer correctement le projet, il est essentiel de comprendre dès le départ le contexte opérationnel de l’application, d’étudier ses caractéristiques et d’analyser sa consommation réelle, les cycles de travail, les conditions environnementales d’utilisation, les éventuels temps morts qui pourraient être mis à profit pour des charges rapides et, enfin, l’état des infrastructures électriques ainsi que l’accessibilité au réseau.
Réalisation du prototype et fabrication
C’est seulement après une écoute attentive des besoins du client que nous procédons au dimensionnement de la batterie, en définissant sa capacité et ses caractéristiques techniques et en réalisant le dossier technique du projet, qui inclut le choix de la configuration mécanique et des composants électriques les plus adaptés.
Dès réception du dossier technique complet, comprenant des dessins en 2D, en 3D et des schémas de câblage, le fabricant pourra approuver officiellement le projet et c’est à ce moment-là que le processus de production du prototype commencera, mettant en mouvement la chaîne d’approvisionnement afin d’obtenir des composants personnalisés.
Tests
Rapidement, la batterie sera prête pour le banc d’essai final, c’est-à-dire les tests qui simuleront le fonctionnement de la batterie afin de vérifier que tous les paramètres sont conformes et que la batterie communique correctement avec le véhicule et le chargeur.
Un aspect essentiel, d’autant plus lorsque l’on travaille avec des batteries haute tension allant de 24 V à plus de 800 V, pour lesquelles la phase de test est un passage crucial, à réaliser avec le plus grand soin.
Analyse opérationnelle sur le terrain
Une fois la phase de test terminée, la batterie est prête à être expédiée, mais le travail de Flash Battery ne s’arrête pas là ! C’est précisément à partir du moment de la livraison qu’une phase cruciale débute : accompagner le client lors de l’installation du système, en contrôlant les tests et en évaluant les performances sur le terrain, afin de s’assurer ensemble que la batterie répond aux attentes du client et qu’elle est capable de gérer sans difficulté même les conditions d’utilisation les plus critiques.
Ce n’est que de cette façon qu’il sera possible de réussir le lancement de la production en série : un processus qui poussera toujours plus d’engins du secteur de la construction à faire un pas vers la transition à zéro émission.
