Systèmes d'extinction à aérosol pour batteries au lithium : comment fonctionnent-ils et pourquoi améliorent-ils la sécurité ?

Thermal runaway et incendie : que se passe-t-il réellement ?

Lorsqu’on parle de sécurité des batteries au lithium, l’une des confusions les plus fréquentes consiste à considérer le thermal runaway et l’incendie comme des synonymes. En réalité, il s’agit de deux phénomènes distincts, bien qu’étroitement liés.

Le thermal runaway (emballement thermique) est un phénomène interne à la cellule au cours duquel les réactions électrochimiques deviennent auto-entretenues, provoquant une augmentation rapide de la température. L’énergie produite par ces réactions accélère encore davantage le processus, déclenchant une chaîne d’événements qui peut conduire à la dégradation des matériaux constitutifs de la cellule. Durant cette phase, la pression interne augmente progressivement jusqu’à l’ouverture éventuelle de la soupape de sécurité. La cellule libère alors de la chaleur, de l’électrolyte et un mélange de gaz. Cette étape est particulièrement critique, car les gaz émis sont généralement inflammables et peuvent contenir de l’hydrogène, du monoxyde de carbone ainsi que des hydrocarbures légers. En présence d’une source d’ignition, comme une étincelle ou une surface à haute température, ces gaz peuvent s’enflammer et transformer un phénomène interne à la cellule en un événement de combustion.

Il convient de préciser que le thermal runaway ne conduit pas systématiquement à un incendie. Il peut se développer initialement sans flammes visibles et demeure alors essentiellement un phénomène électrochimique et thermique.

L’incendie constitue au contraire un événement distinct et généralement ultérieur. Lorsque les gaz émis par la batterie rencontrent une source d’ignition, ils peuvent s’enflammer et provoquer la combustion ainsi que la propagation des flammes. Inversement, un incendie provenant d’autres composants du système, tels que le câblage ou l’électronique, peut se propager jusqu’à la batterie et contribuer au déclenchement du thermal runaway.

Comprendre cette distinction est fondamental, car la gestion du risque ne peut pas se limiter à la prévention de l’emballement thermique parce qu’elle doit également inclure la capacité d’intervenir rapidement en présence d’un départ de feu. D'une part, il est nécessaire de réduire le risque de fuite thermique grâce à une conception rigoureuse de la batterie et à une surveillance continue des paramètres de fonctionnement. D'autre part, il est important de prévoir des systèmes capables d'intervenir rapidement en cas d'émergence d'un début d'incendie, afin d'en limiter la propagation et les effets sur le système.

Une stratégie de sécurité efficace repose donc sur plusieurs niveaux :

• Conception adéquate de la batterie (chimie, assemblage et électronique)
• Prévention des conditions de défaillance grâce au BMS
• Surveillance continue des paramètres de fonctionnement
• Intervention rapide en cas de situation potentiellement critique

Nail Penetration Test

Le Nail Penetration Test est un essai de sécurité utilisé pour simuler un court-circuit interne. Au cours du test, une cellule est perforée par un clou afin d’évaluer le comportement de la batterie dans l’un des scénarios de défaillance les plus sévères. L’objectif n’est pas de préserver son fonctionnement, mais de vérifier que le système réagit de manière contrôlée, sans provoquer d’incendie ni d’explosion incontrôlée.

Systèmes d’extinction par aérosol : une réponse rapide et ciblée

Parmi les solutions adoptées, les systèmes d’extinction par aérosol représentent une mesure importante de confinement actif.  Dans le panorama des solutions de sécurité active pour les batteries au lithium, les systèmes d’extinction par aérosol sont une technologie extrêmement efficace, pensée pour intervenir rapidement en cas de début d’incendie.

En effet, les systèmes anti-incendie par aérosol condensé constituent une solution avancée pour la protection des batteries et des systèmes de stockage d’énergie (BESS), en particulier dans des contextes où les méthodes traditionnelles comme l’eau ou le gaz s’avèrent inefficaces ou nocives.

Ces dispositifs s’activent automatiquement lorsqu’ils détectent une augmentation anormale de la température, libérant une substance sous forme d’aérosol en mesure d’éteindre rapidement un début d’incendie sans causer de dommages collatéraux à l’électronique.

 Contrairement aux systèmes à base d’eau, de gaz ou de poudre, l’agent aérosol ne se contente pas d’étouffer les flammes ou de refroidir l’environnement : il agit sur le cœur du processus de combustion, en interrompant les réactions chimiques en chaîne qui alimentent le feu.

L’agent extincteur, libéré sous forme de particules ultra-fines (inférieures à 10 microns), se lie donc aux radicaux libres générés par le feu, neutralisant ainsi le processus de propagation.  Ce mécanisme est particulièrement efficace contre les incendies des batteries lithium-ion, qui peuvent s’intensifier rapidement et sont difficiles à contenir avec les systèmes conventionnels. En outre, l’aérosol n’endommage pas les composants électroniques sensibles, permettant une action ciblée et sûre à l’intérieur des blocs-batterie ou dans des espaces confinés.

Les avantages par rapport aux systèmes traditionnels

Les systèmes d’extinction par aérosol offrent une série d’avantages concrets qui les rend particulièrement adaptés aux applications industrielles et dans les systèmes de stockage d’énergie (BESS).

L’un de leurs principaux points forts est leur rapidité d’intervention : l’activation se fait quelques secondes après la détection de l’anomalie thermique, un facteur crucial quand on fait face à des situations comme l’emballement thermique (thermal runaway) pouvant évoluer très rapidement.

En outre, sa capacité à agir dans des espaces clos et complexes fait de l’aérosol la solution idéale quand les systèmes sous pression ou à base d’eau ne sont pas applicables ou s’avèrent nocifs. L’absence de pressurisation et la compacité des dispositifs simplifient l’intégration dans des architectures modulaires.

L’autre avantage est que l’agent extincteur ne laisse pas de résidus dangereux, préservant l’intégrité de l’électronique de puissance et réduisant les temps de relance après l’incident.

Enfin, il s’agit d’une solution sûre également du point de vue environnemental : l’agent extincteur est sans halon, non toxique et conforme au Protocole de Montréal. Dans une optique de sécurité intégrée et durable, l’aérosol est donc un choix technologiquement avancé et extrêmement fonctionnel.

Comment nous intégrons les systèmes d’extinction par aérosol dans les batteries Flash Battery

L’intégration des systèmes d’extinction par aérosol est dimensionnée en fonction des caractéristiques spécifiques du pack batterie, notamment son volume interne et la géométrie des espaces à protéger.

Au sein des solutions Flash Battery, les dispositifs sont installés de manière distribuée, avec plusieurs unités dans un même pack lorsque cela est nécessaire. Cette approche garantit une couverture homogène même pour les batteries de grande taille ou présentant des configurations internes complexes.

L’activation s’effectue automatiquement dès qu’un seuil de température prédéfini est dépassé. L’agent extincteur est alors libéré directement dans le volume protégé afin d’assurer une intervention rapide et localisée.

Chaque dispositif est généralement conçu pour protéger un volume compris entre 0,2 et 0,6 m³, avec une configuration standard d’environ 0,4 m³ par unité dans les systèmes Flash Battery. Le nombre de dispositifs et leur positionnement font donc partie intégrante de la conception de la sécurité globale du système.

Sécurité des batteries au lithium : une approche intégrée entre prévention et intervention

La sécurité des batteries au lithium ne repose pas sur une solution unique, mais sur une approche globale associant prévention, surveillance et capacité d’intervention. À cela s’ajoutent des outils de sécurité active, tels que la surveillance avancée et la détection précoce des signaux anormaux, permettant d’agir avant qu’une situation critique ne se développe.

Dans ce contexte, les systèmes d’extinction par aérosol constituent une solution efficace de gestion des risques. Ils permettent d’intervenir rapidement dès les premières phases de combustion, de limiter la propagation du feu et de protéger l’intégrité du système.

L’intégration cohérente de toutes ces solutions est ce qui permet de transformer une technologie à forte densité énergétique en un système sûr, fiable et adapté aux applications industrielles les plus exigeantes.

Si vous souhaitez approfondir la conception d’un système batterie orienté vers la sécurité, l’équipe technique de Flash Battery peut vous accompagner dans l’évaluation de la solution la mieux adaptée à votre application, en tenant compte des exigences opérationnelles, des contraintes de conception et du niveau de protection requis.