Incendie et batteries au lithium: le rôle du fabricant en matière de sécurité
31 août 2022
La transition énergétique est en cours, et les yeux sont tournés vers les batteries, un élément fondamental pour se détacher définitivement des sources d’énergie fossile et adopter l’électricité.
Cette attention à l’égard du monde des batteries a stimulé l’expérimentation en laboratoire, mais elle a également suscité l’intérêt de l’opinion publique. Et quand l’opinion publique s’intéresse à des sujets scientifiques et techniques, les idées inexactes, convictions généralisées et craintes sans fondement se répandent facilement.
Dans ce domaine, l’exemple le plus flagrant est la conviction inexacte que « les batteries lithium-ion prennent facilement feu ».
Le fabricant de batteries au lithium joue un rôle essentiel pour ce qui est de l’inflammabilité, car lors de la conception, du choix des matériaux et de la réalisation il peut largement contribuer à assurer une plus grande sécurité des batteries et donc minimiser les risques.
Lorsque les batteries au lithium sont réalisées à l’aide de cellules de petites dimensions, il faut utiliser un très grand nombre de cellules en parallèle. Prenons par exemple une batterie de 400Ah: si elle est composée de cellules cylindriques de 3Ah, il faudrait 130 cellules en parallèle. Si elle est en revanche composée de cellules prismatiques de 50Ah, 8 cellules en parallèle suffisent pour atteindre la capacité voulue. Ainsi, en cas de court-circuit de l’une des cellules, dans le premier cas elle absorberait une énergie qui pourrait atteindre 130 fois sa capacité, tandis que dans le second cas l’énergie absorbée ne serait que de 8 fois sa capacité. Les batteries Flash Battery sont réalisées à partir de 4 cellules parallèles au maximum. D’après nos études et nos tests, il s’agit là de la meilleure conformation à laquelle nos batteries peuvent assurer la sécurité, quelle que soit la situation.
L’électronique de la batterie
Les logiciels de gestion de la batterie (Battery Management System) permettent d’exploiter au mieux la chimie, en garantissant fiabilité et performances dans le temps.
L’électronique de contrôle (le BMS) permet de surveiller la tension et la température des différentes cellules, de dialoguer avec le véhicule qui reçoit la batterie et avec le chargeur, afin de bloquer la charge et la décharge en cas de difficulté et d’intervenir sur les télérupteurs généraux. S’il est conçu de manière attentive et minutieuse, le BMS garantit la stabilité des prestations dans le temps, prévient les anomalies éventuelles et effectue un autodiagnostic ainsi que l’entretien prédictif, en fournissant un contrôle complet du parc de batteries. Flash Battery s’est concentrée dès le départ sur l’électronique, en développant un BMS breveté unique en son genre ainsi qu’un logiciel propriétaire de surveillance à distance aux nombreux avantages : le Flash Data Center.
Flash Data Center est l'un des finalistes du Bauma Innovation Awards
C’est l’une des raisons pour lesquelles nous avons développé Flash Data Center, une plateforme propriétaire qui analyse chaque jour, automatiquement et à distance, tous les cycles de charge et décharge des batteries connectées. La surveillance à distance à été brevetée en Italie et est en cours d’examen pour l’obtention du brevet européen. Il s’agit d’un système si innovant, efficace et apprécié, qu’il a été désigné parmi les finalistes du Bauma Innovation Awards.
En effet, le Bauma 2022 sera la vitrine idéale du Flash Data Centre 4.0, la nouvelle version qui exploite l’intelligence artificielle et garantit l’interconnexion de tous les systèmes de Flash Battery, en s’appuyant sur des technologies d’apprentissage automatique à l’avant-garde.
Notre objectif est d’identifier la chimie la plus sûre pour l’appareil du client. Nos techniciens du service recherche et développement ne se limitent à l’utilisation de cellules certifiées par les producteurs ou à l’étude théorique des processus chimiques: ils font leurs choix en fonction de différents tests spécifiques, dans le but de « stresser » les batteries et d’identifier les éventuelles améliorations possibles. L’un des tests les plus invasifs, par exemple, est le Nail Penetration Test (ou test de perforation), qui consiste à perforer une batterie à l’aide d’un clou pour simuler un accident qui provoque un court-circuit interne.
Les essais auxquels les batteries lithium-ion sont soumises (cellules séparées ou batteries complètes) sont de deux types : essais de sûreté (qui comprennent les tests d’abus) et essais de performances.
Essais de sécurité
La sécurité des batteries est testée en les soumettant à des conditions de fonctionnement proches de la limite déclarée (voir en-dehors de la plage normale), afin d’avoir la certitude qu’un niveau minimum de sécurité est assuré pour l’utilisateur ou le transporteur, même dans des conditions extrêmes.
Un ensemble de tests désormais standard, appelé UN38.3 (du paragraphe du « Manual of Tests and Criteria » qui détaille ses méthodes), représente une exigence de base pour le transport des batteries en tout sécurité, et il est demandé au niveau global pour le transport sur route, sur mer ou par avion.
Parmi les tests d’abus que nous effectuons afin de « stresser » les batteries et d’identifier les éventuelles améliorations, le Nail Penetration Test (test de perforation) consiste à perforer une batterie à l’aide d’un clou pour simuler un court-circuit interne.
Il s’agit évidemment de tests effectués en laboratoire, dans des conditions contrôlées et sécurisées ; les probabilités qu’une cellule subisse une pénétration lors de l’utilisation normale d’une batterie au lithium installée sur des véhicules électriques et machines industrielles sont extrêmement faibles. Nous examinons toutefois cet essai, car il simule le pire accident possible pour une cellule, le court-circuit interne qui peut survenir suite à des défauts de fabrication ou à une mauvaise utilisation.
Essais de performances
Les essais de performances permettent de tester les prestations et de comparer de manière objective les spécifications nominales des batteries à celles d’autres batteries de même type disponibles sur le marché.
Suite à la grande diffusion et à l’utilisation massive des batteries au lithium dans le secteur automobile, l’activité d’essai sur ce type d’accumulateurs a subi une forte hausse au cours de ces dernières années.
Il y a quelques années encore, les laboratoires dotés de l’équipement nécessaire pour tester les batteries de moyennes/grandes dimensions (c’est-à-dire de dimensions autres que celles des simples cellules ou que celles des dispositifs portables) n’étaient pas très répandus. Aujourd’hui, différents laboratoires ont été construits en Europe; en Italie, d’importants investissements ont permis de créer, au cours de cette année, des laboratoires adaptés à ces essais spécifiques.
Comment concilier les standards de sécurité et la personnalisation des solutions
L’une des nos caractéristiques est la personnalisation du produit. Mais personnaliser ne veut pas dire renoncer aux standards de sécurité. Travailler sur mesure, c’est garantir un standard de qualité très élevé et à ce jour nous avons réalisé plus de 500 modèles différents de batteries, en générant plus de 200MWh.
Le secret de la personnalisation de Flash Battery repose sur l’utilisation de solutions conceptuelles standardisées et de modules fonctionnels génériques. Une directive interne de conception spécifique a été développée pour chaque caractéristique de la batterie (mécanique, électrique ou électronique), afin de garantir le respect des exigences minimum en matière de sécurité pour chaque nouveau projet réalisé. À son tour, chaque projet est développé en utilisant des éléments fonctionnels de base standardisés, qui sont intégrés selon les exigences spécifiques du client pour ce qui est de la batterie.
Avant d’être mise en œuvre, standardisée et adoptée dans les directives, chaque nouvelle solution technique est testée dans nos locaux (et dans des laboratoires externes si nécessaire) afin de pouvoir garantir sa fiabilité et le respect des exigences prévues.
Choisir de compter sur des fabricants de batteries au lithium possédant le savoir-faire adéquat est donc un facteur clé pour garantir la sécurité de vos véhicules industriels. Derrière la tension, l’ampérage et la taille d’une batterie se cache un monde complexe, fait d’études, de recherche et de développement, de tests techniques et, surtout, de choix judicieux des composants et de l’électronique, des aspects qui, en plus d’influencer les performances de l’application, sont essentiels pour rendre une batterie au lithium sûre et fiable dans le temps.
