Risques du lithium : peut-on vraiment faire confiance aux batteries au lithium ?

La question de la sécurité des batteries au lithium est très importante pour les utilisateurs. Malheureusement, nous entendons trop souvent parler d’accidents liés à l’explosion de batteries au lithium qui prennent soudainement feu pendant l’utilisation ou la charge.

L’un des cas les plus connus est celui de Boeing (Focus en a parlé et aussi CNN? Combien cela a-t-il coûté à Boeing en termes d’image et d’argent pour maintenir au sol les 50 Boeing 787 incriminés ?

Vous avez certainement entendu parler de nombreux autres cas pour lesquels les batteries au lithium ont explosé et provoqué des incendies : des voitures Tesla aux bus électriques, jusqu’aux trottinettes électriques qui ont enflammé des logements entiers, entraînant même, hélas, quelques décès.

Que s’est-il passé ?

Qui est responsable de ces catastrophes ? 

Vous voulez éviter que de tels accidents n’affectent votre machine et l’image de votre marque ?

Dans cet article, nous vous dévoilerons quels sont les trois facteurs clés en matière de sécurité des batteries au lithium :

1. Le choix de la formule chimique adaptée aux batteries au lithium
2. Le type d’assemblage des accumulateurs au lithium
3. L’electronique qui contrôle la batterie au lithium

Le choix de la formule chimique adaptée aux batteries au lithium

Sur le marché, il existe des centaines de formules chimiques différentes pour les accumulateurs au lithium. Néanmoins, les trois formules les plus utilisées sont les suivantes :

• Lithium NMC – Lithium Nickel Manganèse Cobalt (LiNiMnCoO2)
• Lithium NCA – Lithium Nickel Cobalt Aluminium (LiNiCoAIO2)
• Lithium LFP – Lithium Fer Phosphate (LiFePO4)

Notre objectif est de trouver la formule chimique au lithium la plus sûre pour votre installation afin d’éviter tout risque lors de l’utilisation des batteries au lithium.

Dans ce tableau, vous trouverez un résumé des éléments inhérents à chaque formule chimique en termes de sécurité et de valeurs qui la déterminent.

Température de décomposition: 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. Cela renvoie à une situation dans laquelle une augmentation de la température détermine une condition engendrant une hausse supplémentaire de la température, par exemple un effet domino entre les cellules internes de la batterie, également appelé emballement thermique .

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. C’est cette augmentation de la température qui est à l’origine de dégâts plus étendus. L’incendie pourrait ne pas être directement provoqué par la cellule mais être déclenché par les éléments situés à proximité de la batterie, comme des matières plastiques par exemple.

Comme vous l’avez remarqué, les réactions au test de pénétration sont complètement différentes, aussi bien au niveau du temps de propagation qu’au niveau des températures atteintes.

Si nous considérons le fait que ces cellules sont très proches les unes des autres au sein d’une batterie au lithium, nous comprenons que les formules chimiques les moins sûres atteignent des températures très élevées (> 550 °C dans le cas de la vidéo).

En raison de la proximité des cellules, ces températures élevées peuvent déclencher une réaction en chaîne, causant l’incendie de la batterie toute entière, comme ce fut le cas pour la batterie utilisée par Boeing. (* voir l’image de la batterie Boeing sur).

Le type d’assemblage des accumulateurs au lithium

L’assemblage est également essentiel pour assurer la sécurité intrinsèque de la batterie.

Pour être plus précis, le nombre de cellules en parallèle au sein de la batterie en est l’élément clé, un principe déjà traité dans l’article dédié aux différentes cellules au lithium.

En ce qui concerne l’univers des batteries au lithium pour véhicules électriques et machines industrielles, il est nécessaire de disposer de capacités moyennes élevées qui puissent atteindre des valeurs allant de 100 Ah à plus de 1 000 Ah.

Dans la vidéo précédente, nous avons démontré qu’une cellule au lithium LFP était gage de sécurité et ce même en cas de court-circuit interne.

La sécurité du lithium LFP est-elle assurée en toutes circonstances ? 

De nombreux fabricants de batteries au lithium assemblent leurs batteries avec des cellules de petite dimension : c’est pourquoi ils sont contraints de mettre un très grand nombre 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 est nécessaire de mettre 8 cellules en parallèle.

Que se passe-t-il si un court-circuit survient dans l’une de ces 8 ou 130 cellules ?

Si un court-circuit survient dans une cellule au lithium, cette dernière doit absorber l’énergie du parallèle tout entier, ce qui correspond à 8 ou 130 fois sa capacité.

Ainsi, la température de la cellule augmente de façon exponentielle et compromet la sécurité de la batterie ou du véhicule tout entier.

Dans nos laboratoires, nous avons simulé et testé ces problèmes et sommes arrivés à la conclusion suivante : les batteries Flash Battery sont composées de 4 cellules en parallèle maximum afin d’être gages de sécurité en toutes circonstances.

L’électronique de contrôle de la batterie au lithium

Le troisième et dernier point assurant la sécurité de la batterie au lithium est l’électronique qui contrôle la batterie, c’est-à-dire le cerveau de celle-ci.

Dans les mois à venir, nous partagerons un article qui traitera plus précisément du BMS et de ses fonctions. Aujourd’hui, nous nous contenterons de décrire les fonctions relatives à la sécurité.

Le rôle premier de l’électronique est celui de contrôler la tension et la température de chaque cellule. En plus de cela, celle-ci 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.

La différence entre les fabricants de batteries au lithium réside dans le fonctionnement de l’électronique de contrôle en cas de danger

Les systèmes classiques contrôlent la température toutes les 3 ou 4 cellules et pas toujours aux endroits appropriés.

 « J’ai eu l’occasion, à plusieurs reprises, de voir des batteries d’autres fabricants sur le marché dans lesquelles les pôles des cellules avaient fondu en raison d’un problème de contact. J’ai pu constater que le système électronique n’était pas en mesure de le remarquer et de sécuriser la batterie. »

Marco Righi, PDG de Flash Battery.

Flash Battery a d’abord vu le jour dans le but de résoudre les problèmes concernant l’électronique qui affectaient la fiabilité et la sécurité des batteries au lithium. Ces éléments ont été notre point de départ.

La mesure de la température devait être réalisée de manière plus généralisée et aux endroits appropriés afin de vérifier également les résistances de contact. C’est pour cette raison que chaque cellule des batteries Flash Battery présente deux capteurs de température. Par exemple, une batterie de 96 V, c’est-à-dire avec 30 cellules en série, contient 60 capteurs de température.

Avec plus de 10.000 batteries dans le monde, Flash Battery détient un record important : aucun de ses produits n’a rencontré de problème de sécurité.

C’est pour cette raison que ses batteries sont utilisées par des entreprises multinationales très sensibles au risque d’incendie, comme les papeteries par exemple.

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