New Power Progress | L’aspect le plus sûr des batteries au lithium

Le PDG de Flash Battery, Marco Righi, évoque auprès de Roberta Prandi les dernières innovations technologiques et le thème de la sécurité des batteries au lithium

Concernant les progrès dans le domaine industriel, on a cru comprendre que les batteries de type LFP étaient préférées pour leurs différentes caractéristiques, comme leur nombre de cycles de vie plus important et leur sécurité accrue. Avec Marco Righi, nous découvrons les avantages, les limites et les défis futurs de cette technologie.

Pouvez-vous nous expliquer quels sont précisément ces avantages ?

La formule LFP est celle qui répond le mieux aux exigences spécifiques du secteur industriel. C’est la formule la plus sûre et stable que l’on puisse trouver sur le marché ; elle est disponible dans des formats de grande capacité, comme cela nous est demandé pour les systèmes industriels et les véhicules non homologués pour la conduite sur route, sans avoir besoin de brancher en parallèle de nombreuses petites cellules qui impacteraient la stabilité et la sécurité de l’ensemble de la machine.

La sécurité intrinsèque de la formule chimique de la batterie et les cycles de vie réalisables sont les deux paramètres fondamentaux à prendre en compte au moment du choix du type de batterie à employer pour une application bien précise.

Flash Battery a opté pour la formule LiFePO4 pour les applications industrielles et les véhicules non homologués pour la conduite sur route, puisqu’elle garantit plus de 4 000 cycles de vie.

Quelles sont les limites de la technologie LFP ?

La densité énergétique. En effet, la technologie LFP affiche un poids et un volume généralement 30 % supérieurs par rapport à une formule NMC. Mais pour une utilisation industrielle, cela n’est pas vraiment une limite puisque l’on dispose souvent de suffisamment d’espace. Parfois, nous devons même ajouter du lest, par exemple pour les applications dont le centre de gravité doit être préservé.

À l’inverse, pour toutes les applications qui requièrent de la puissance et de la légèreté, par exemple les voitures et les motos de course, il faut opter pour des formules plus poussées afin de bénéficier d’un poids réduit et de dimensions compactes, au détriment du cycle de vie.

Alors que pour toutes les applications qui exigent plus d’énergie que de puissance, c’est-à-dire avec des temps de charge plus longs, comme la plupart des applications industrielles, il est important de choisir des formules dont la technologie est sûre et qui garantissent des cycles de vie plus longs, comme la technologie LFP.

Nous entendons souvent que les batteries LFP doivent être équilibrées et que leur contrôle doit donc être très minutieux. Flash Battery a développé son propre système de contrôle : pouvez-vous nous expliquer ses caractéristiques et ses spécificités ?

Les logiciels de gestion des batteries (Battery Management Systems) font la différence lorsqu’il s’agit d’exploiter au maximum la formule chimique utilisée, garantissant fiabilité et performances à travers le temps, et ils jouent un rôle très important lors des phases de décharge et, surtout, de recharge.

Le Flash Balancing System est le système d’équilibrage électronique propriétaire de Flash Battery. Il intervient sur chaque cellule et garantit un équilibrage combiné, actif et passif, 20 fois supérieur par rapport aux batteries al lithium traditionnelles, non seulement pendant la charge, mais également de façon active pendant la décharge.

Cela permet d’obtenir un équilibrage 20 fois plus rapide, inférieur à 30 minutes pour les applications cycliques, ce qui le rend presque insignifiant par rapport au temps de charge complet. L’équilibre et l’efficacité des cellules au lithium sont préservés pendant toute la durée de vie de la batterie, qui s’élève à plus de 4 500 cycles de recharge.

S’il est conçu de manière attentive et minutieuse, le BMS garantit la stabilité des performances dans le temps, prévient d’éventuelles anomalies, effectue un auto-diagnostic et un entretien préventif, fournissant un contrôle complet de la batterie. C’est l’une des raisons pour lesquelles Flash Battery a développé le Flash Data Center, sa plateforme qui analyse quotidiennement tous les cycles de charge et de décharge des batteries interconnectées. Grâce à des algorithmes d’intelligence artificielle, le Flash Data Center prévient d’éventuelles anomalies avant qu’elles ne surviennent et envoie des alertes automatiques au centre d’assistance de Flash Battery, évitant ainsi des arrêts de machines coûteux.

Selon vous, quel sera à moyen terme l’avenir des batteries pour applications industrielles ? Des alternatives à la formule LFP sont-elles attendues ?

La formule LFP vit actuellement une deuxième jeunesse : il y a quelques années, elle fournissait 100 Wh/kg ; aujourd’hui, elle en délivre 170 Wh/kg. Cela a eu pour effet que le monde de l’automobile a commencé à s’intéresser à cette technologie, à commencer par Tesla sur sa Model 3, ainsi que d’autres sociétés comme BYD, jusqu’au groupe Volkswagen. Nous croyons donc que la formule chimique LFP a encore de beaux jours devant elle, tant pour les applications industrielles que pour l’automobile.

Concernant la sécurité des batteries LFP, Flash Battery énumère une série de points positifs : une température de décomposition plus élevée, un dégagement de chaleur plus faible, la réaction aux court-circuits internes… Pouvez-vous nous expliquer cela en détail ?

Au fil du temps, Flash Battery est parvenue à garantir la sécurité maximale de ses batteries en travaillant sur 3 aspects fondamentaux : le choix de la bonne formule au lithium, le bon assemblage des cellules de la batterie et l’électronique de contrôle propriétaire.

Le fait de nous concentrer sur le marché industriel nous a permis de travailler aux côtés de différents fabricants européens, en réalisant des batteries sur mesure, selon l’espace et la taille des machines, et en offrant des tensions et des capacités adaptées à leurs exigences de fonctionnement.

Nous devons tenir compte de deux points fondamentaux : le premier est la température de décomposition, puisque plus cette valeur est élevée, plus il est difficile d’atteindre la température de décomposition. La cellule de la batterie au lithium est donc plus sûre. Le second est la chaleur dégagée : elle est mesurée en joules par gramme et indique l’énergie que peut dégager la cellule de la batterie sous forme de chaleur, participant ainsi à l’augmentation de la température. Plus cette valeur est basse, plus la batterie au lithium est sûre.

Notre objectif est de trouver la technologie de batterie la plus sûre pour les équipements de nos clients. Nos techniciens du service de recherche et de développement ne se limitent pas à l’étude théorique des formules chimiques. Ils réalisent différents tests sur les batteries, afin d’en évaluer et d’en améliorer les performances. L’un des tests effectués est le Nail Penetration Test (test de perforation) qui consiste à perforer une batterie avec un clou afin de simuler un court-circuit interne.

Ces tests sont effectués en laboratoire, dans des conditions contrôlées et en toute sécurité ; la probabilité qu’une cellule de batterie au lithium installée sur un véhicule électrique ou une machine industrielle soit perforée lors de l’utilisation courante est très faible. Néanmoins, nous effectuons ce test car il simule la pire situation pouvant se produire au sein d’une cellule, à savoir un court-circuit interne qui pourrait survenir en cas de défaut de fabrication ou d’abus.

L’assemblage des cellules est le deuxième élément, après la formule, qui détermine la sécurité d’une batterie au lithium. Lorsque les batteries au lithium sont assemblées avec des cellules de petite dimension, il faut installer énormément de cellules en parallèle. Prenons une batterie de 400 Ah. Si elle est composée de cellules cylindriques de 3 Ah, il est nécessaire de mettre 130 cellules en parallèle. Si, au contraire, elle est composée de cellules prismatiques de 50 Ah, il faut installer seulement 8 cellules en parallèle.

Si l’une de ces cellules venait à être touchée par un court-circuit, dans le premier cas, elle devrait absorber 130 fois sa capacité, dans le second cas, seulement 8 fois.

Les batteries au lithium Flash Battery sont réalisées avec un maximum de 4 cellules en parallèle. D’après nos études, il s’agit de la meilleure configuration afin que nos batteries puissent garantir une sécurité maximale en toute situation.

Le troisième et dernier point assurant la sécurité d’une batterie au lithium est l’électronique qui contrôle la batterie : le BMS.

L’un de ses principaux objectifs est de contrôler la tension et la température de chaque cellule. En plus de cela, il doit communiquer avec le véhicule et les chargeurs afin de bloquer la charge et la décharge en cas de problèmes, et éventuellement intervenir sur les télérupteurs généraux.

L’une des principales différences entre les fabricants de batteries au lithium réside dans le fonctionnement de l’électronique de contrôle en cas de danger.

Flash Battery est justement le fruit de l’analyse des aspects critiques en matière d’électronique qui se manifestaient par le passé et qui limitaient la fiabilité et la sécurité des batteries au lithium. C’est de ce point précis que nous sommes partis et c’est ce sur quoi nous avons misé pour nous démarquer des autres fabricants, en développant notre système d’équilibrage et celui de contrôle à distance. Chez Flash Battery, la mesure de la température est réalisée de manière plus généralisée et aux endroits appropriés afin de vérifier également les résistances de contact grâce à deux capteurs de température sur chaque cellule.

Le glossaire des batteries au lithium

Lithium NMC – Lithium Nickel Manganèse Cobalt
Lithium NCA – Lithium Nikel Cobalt Aluminium
Lithium LFP – Lithium Fer Phosphate
Lithium LCO – Lithium Cobalt Oxyde
Lithium LMO – Lithium Fer Manganèse Oxyde
Lithium LTO – Lithium Titanate Oxyde

Les formules LCO et LMO sont les plus anciennes et les moins utilisées actuellement. NMC et NCA sont celles qui dominent le secteur automobile et les véhicules premium, car elles offrent les meilleures densités énergétiques et les autonomies les plus importantes. Puis il y a la LFP, la formule la plus sûre et stable sur le marché, suivie de la LTO.

Les technologies ne cessent d’évoluer, mais les spécificités des formules restent les mêmes, donc NCA et NMC sont les meilleures en termes de densité énergétique et sont celles qui intéressent le plus le secteur automobile qui recherche des performances élevées. Pour le secteur automobile, le cycle de vie n’est pas un point crucial puisque l’utilisation moyenne d’une voiture n’est pas intensive ; on utilise chaque jour une petite partie de l’énergie de la batterie, limitant ainsi les cycles complets à environ 100 à 200 par an. Pour cette raison, la batterie aura surement une durée de vie supérieure à celle du véhicule.