Peut-on faire confiance à une batterie au lithium haute tension ? Tous les éléments qui permettent de garantir leur sécurité
12 septembre 2024
La transition des véhicules industriels vers l’énergie électrique est en cours depuis quelque temps déjà et elle entraîne dans son sillage une augmentation non seulement du nombre d’applications électrifiées, mais aussi de leur taille et de leur puissance.
En effet, de plus en plus de fabricants décident de soutenir un parcours de conversion technologique, motivés par les nombreux avantages de l’électrification au lithium en matière de coût total de possession à long terme, de durabilité et de flexibilité d’utilisation.
Les évolutions technologiques actuelles et les progrès considérables réalisés dans ce secteur permettent même aux segments ayant des besoins énergétiques plus importants de considérer l’électrification au lithium comme une option viable pour accroître la durabilité et l’efficacité de leurs véhicules.
Ces besoins trouvent une réponse concrète dans les batteries haute tension, également appelées high voltage, capables de supporter des applications de grande puissance et jouant un rôle essentiel pour pousser la révolution électrique y compris dans ces domaines d’application.
Qu’est-ce qu’une batterie haute tension ? Domaines d’application, avantages et préoccupations
Avant d’analyser ses fonctionnalités et son potentiel, il est essentiel de préciser ce que l’on entend par batterie haute tension et quelles sont ses principales caractéristiques.
Dans le monde industriel, les batteries d’une tension nominale maximale de 102,4 V sont communément définies comme étant à basse tension, bien que les normes limitent officiellement cette catégorie à une tension maximale inférieure à 60 V. Les batteries haute tension, quant à elles, vont de 300 V à plus de 800 V.
Quando vengono impiegate le batterie high-voltage
Avant d’analyser ses fonctionnalités et son potentiel, il est essentiel de préciser ce que l’on entend par batterie haute tension et quelles sont ses principales caractéristiques.
Dans le monde industriel, les batteries d’une tension nominale maximale de 102,4 V sont communément définies comme étant à basse tension, bien que les normes limitent officiellement cette catégorie à une tension maximale inférieure à 60 V. Les batteries haute tension, quant à elles, vont de 300 V à plus de 800 V.
De nombreux équipementiers sont encore sceptiques quant à l’adoption de solutions haute tension, principalement du fait de préoccupations en matière de sécurité, craignant les risques potentiels associés à la haute tension.
Les batteries haute tension : une solution adaptée aux besoins des applications exigeant une grande puissance
Les batteries haute tension sont donc fondamentales pour répondre aux besoins des véhicules dotés de moteurs de forte puissance et qui, de ce fait, nécessitent des performances et une autonomie élevées, comme dans le cas des applications industrielles lourdes.
Un exemple éloquent est la Flash Battery 396,8 V – 420 Ah 166,6 kWh, le bloc de batteries haute tension personnalisé que nous avons fabriqué pour une grue sur chenilles hybride.
Le projet a nécessité une étude mécanique approfondie afin d’identifier la meilleure solution pour loger la batterie dans le véhicule. Compte tenu de la forte demande énergétique, une structure composée de quatre unités connectées en série, séparées et positionnées dans deux compartiments distincts du châssis, a été conçue. En outre, l’intégration de la batterie avec des systèmes spécifiques de contrôle de l’isolement et HVIL a permis de répondre aux normes de sécurité rigoureuses requises pour les applications à haute tension.
Mais pas seulement ! Les batteries haute tension sont des éléments essentiels dans les véhicules électriques, car elles offrent les avantages d’une performance élevée, d’une grande autonomie et d’une recharge rapide. Alors que la tension nominale d’une batterie au lithium équipant une voiture électrique est dans la plupart des cas de 400 V, comme dans le cas de la célèbre Tesla Model S, certains constructeurs automobiles ont déjà décidé de passer à des batteries dotées d’un système de 800 V, comme dans le cas de la Porsche Taycan.
Des avantages en matière d’efficacité, mais des doutes quant à la sécurité
Toutefois, comme dans tous les domaines, il faut aussi tenir compte du revers de la médaille : les batteries au lithium haute tension peuvent être aussi performantes que dangereuses si elles ne sont pas conçues correctement.
Les niveaux de tension élevés requis par une batterie haute tension signifient que des mesures et des protocoles de sécurité rigoureux sont nécessaires pour garantir la fiabilité des systèmes et la sécurité des opérateurs.
C’est pourquoi il est crucial de faire confiance à un fournisseur de batteries au lithium expérimenté : c’est le fabricant qui doit adopter des normes de conception et de production strictes , en mettant en œuvre des technologies de pointe et en procédant à des tests approfondis pour garantir que la batterie fonctionne de manière sûre et fiable dans toutes les situations d’exploitation
Sécurité et rôle du fabricant : l’approche de Flash Battery
Depuis la création de Flash Battery en 2012, nous avons choisi de développer une démarche de conseil qui nous permet, en partant d’un dialogue avec le client, de définir précisément les caractéristiques que doit avoir la batterie et les besoins auxquels elle doit répondre.
Cette approche nous a permis de concevoir des centaines de modèles de batteries entièrement personnalisées, élaborées ad hoc selon les exigences de travail et développées avec un concept d’efficacité et de sécurité adapté aux exigences de travail de chaque application.
La sécurité avant tout : les mots clés pour une batterie au lithium sûre
Il y a trois aspects fondamentaux sur lesquels nous travaillons chaque jour pour assurer la sécurité totale de nos batteries dès la phase de conception : la chimie, un assemblage intelligent et le développement de composants électroniques de contrôle propriétaires avancés.
La chimie LFP (Lithium Fer Phosphate) s’est avérée la plus adaptée aux exigences spécifiques du secteur industriel, non seulement du point de vue de l’efficacité, mais aussi de la sécurité. Elle offre non seulement une longue durée de vie aux véhicules, avec plus de 4 000 cycles de charge, mais elle est aussi la plus sûre et la plus stable disponible sur le marché.
Après la chimie, l’assemblage des cellules est le deuxième élément crucial à prendre en compte pour la sécurité des batteries au lithium. Plus particulièrement, la capacité et, par conséquent, le nombre de cellules connectées en parallèle au sein du bloc batterie sont déterminants.
L’utilisation de cellules de petite taille nécessite de nombreuses connexions parallèles pour atteindre la capacité souhaitée, ce qui augmente considérablement le risque de court-circuit. Pour éviter ce risque, les batteries Flash Battery sont fabriquées avec quatre cellules en parallèle au maximum, une solution qui, après les tests et les études de notre département de R&D, s’est avérée être la meilleure pour garantir une sécurité maximale dans toutes les situations.
Toutefois, tout cela ne suffirait pas sans des composants électroniques de contrôle intelligents. Ce n’est qu’en accordant une grande attention à cet aspect qu’il est possible de disposer d’une batterie au lithium fiable et sûre.
Le système de gestion de la batterie exclusif, et aujourd’hui breveté, de Flash Battery, le Flash Balancing System , ne se limite pas à l’équilibrage des cellules. Il est conçu pour offrir un contrôle complet et constant de chaque bloc batterie à 360°, garantissant ainsi des performances stables au fil du temps.
HVIL (High voltage interlock)
Le système de verrouillage haute tension (également appelé HVIL) utilise un circuit continu basse tension pour surveiller la connexion correcte de tous les composants haute tension présents à l’intérieur du véhicule.
Si le signal HVIL devait être interrompu pour quelque raison que ce soit, l’alimentation haute tension serait déconnectée, interrompant ainsi l’alimentation électrique, afin de garantir la sécurité des utilisateurs.
MSD (Mechanical safety disconnect)
Le disjoncteur de sécurité mécanique (MSD) est un dispositif de sécurité utilisé dans les systèmes de batteries haute tension pour fournir une méthode physique de déconnexion du circuit électrique. Le MSD est généralement conçu pour être actionné manuellement afin de garantir la sécurité des opérateurs et des techniciens pendant la maintenance ou dans les situations d’urgence.
Fusibles
Les fusibles sont les dispositifs de coupure de courant les plus simples et les moins coûteux, mais ils sont en mesure de protéger efficacement le système contre les surcharges causées par un court-circuit.
Le principe de fonctionnement d’un fusible est très simple : il est composé d’un récipient en verre, en céramique ou en plastique qui contient un élément conducteur (recouvert de sable, afin d’éviter la formation d’un arc électrique) qui, lorsqu’il est traversé par le courant, s’échauffe et, par effet Joule, lorsqu’il dépasse une certaine température, fond, interrompant ainsi le flux de courant.
Carte de contrôle de l’isolement
La fonction principale de cet élément est de surveiller en permanence la résistance d’isolement entre les parties électriques à haute tension de la batterie et le châssis du véhicule. Cette surveillance permet de protéger la sécurité des opérateurs, d’éviter les courts-circuits ou d’autres défauts électriques.
Connecteurs
Dans une batterie haute tension, les connecteurs diffèrent des connecteurs conventionnels d’une batterie basse tension, car ils doivent prévoir des distances d’isolement plus importantes, ils ne doivent pas pouvoir entrer en contact direct avec les doigts et ils doivent comporter des contacts sur lesquels le circuit HVIL doit passer pour vérifier la bonne connexion.
Contacteurs
Le contacteur est un dispositif de sécurité électromécanique. Lorsqu’il est fermé, il permet au flux de courant de circuler entre la batterie et la charge (comme dans le cas d’un moteur de véhicule électrique). Dans les situations d’urgence ou en cas d’anomalies, telles que surcharges, courts-circuits, surchauffes ou autres, le contacteur peut s’ouvrir pour interrompre le circuit et éviter d’endommager la batterie ou les composants du système.
Les contacteurs sont indispensables pour ouvrir le circuit même lorsque le véhicule lui-même est éteint, ce qui réduit les risques supplémentaires en aval de la batterie. En outre, pour améliorer le niveau de sécurité, on utilise généralement plusieurs contacteurs, par exemple un sur le pôle positif et un sur le pôle négatif, afin de s’assurer qu’au moins l’un d’entre eux intervient en cas de besoin.
Battery Management System : quand les composants électroniques font la différence
Vous l’avez compris, le choix des composants électroniques de contrôle intelligents joue un rôle déterminant dans la sécurité de votre système. Plus spécifiquement, s’il est un élément qui fait vraiment la différence dans les situations dangereuses, c’est bien le Battery Management System , autrement dit le logiciel de gestion de la batterie.
Nous pouvons définir le BMS comme le véritable cerveau de la batterie, qui surveille en permanence la tension et la température de chaque cellule, en veillant à ce qu’aucune d’entre elles ne dépasse les limites de sécurité.
Si une cellule devait atteindre une tension ou une température critique, le BMS interviendrait pour équilibrer les cellules ou interrompre le processus de charge/décharge en dialoguant directement avec le véhicule et le chargeur. De même, en cas de surchauffe, le BMS peut réduire la puissance ou arrêter le système pour éviter tout dommage ou incendie en ouvrant le contacteur et en interrompant le flux de courant.
Mais les BMS ne sont pas tous les mêmes, et tous ne se valent pas
Flash Battery est justement née de la conviction que, pour vraiment faire la différence dans le monde des batteries au lithium pour l’industrie, il fallait se concentrer sur les composants électroniques. En effet, en 2009, Marco Righi et Alan Pastorelli, amis et partenaires fondateurs, aujourd’hui respectivement PDG et directeur technique de l’entreprise, ont réalisé que seul un système de gestion des batteries (BMS) à la pointe de la technologie permettrait d’obtenir un produit réellement innovant.Ensemble, ils commencèrent à développer leur propre système de gestion des batteries au lithium.
Avec le Flash Balancing System, le système exclusif d’équilibrage des cellules combiné, actif et passif, de haute puissance (20A), Flash Battery a fait son entrée sur le marché en 2012, se taillant une place de choix dans le panorama émergent des batteries au lithium pour l’industrie.
« Au début de l’activité, nous nous sommes principalement concentrés sur la production de composants électroniques destinés à rendre les batteries existantes de nos clients plus sûres et plus performantes. Cependant, nous nous sommes rapidement rendu compte que la véritable valeur ajoutée résidait dans la création de blocs batteries complets qui, grâce au Flash Balancing System, étaient non seulement fiables, mais aussi intelligents, sûrs et dotés d’une durée de vie supérieure à celle du véhicule sur lequel ils étaient installés. L’obtention du brevet italien pour l’innovation industrielle en 2022 pour notre BMS a été le couronnement de plus de 10 ans d’efforts continus pour rendre l’électrification industrielle plus efficace et plus sûre pour un nombre sans cesse croissant d’applications. »
Maintenance préventive : grâce au contrôle à distance, il est possible d’anticiper les anomalies
Mais ça n’est pas tout ! Essayez d’imaginer les avantages qu’il y a à anticiper un problème de sécurité avant même que celui-ci ne se produise. S’il est conçu de manière attentive, un BMS garantit la stabilité des performances dans le temps, prévient les anomalies et effectue un auto-diagnostic ainsi qu’une maintenance préventive, fournissant un contrôle complet du bloc batterie.
Grâce au Flash Data Center, notre système de contrôle à distance dans le cloud, qui utilise l’intelligence artificielle et l’apprentissage automatique, vous n’avez pas besoin d’attendre qu’il soit trop tard pour constater une anomalie.
Notre technologie d’IA collecte et analyse en temps réel les données de fonctionnement de toutes les batteries Flash Battery à travers le monde et est capable de reconnaître de manière proactive un comportement potentiellement anormal et de le communiquer directement à notre service après-vente, qui peut intervenir rapidement. Cela permettra au fabricant d’éviter des temps d’arrêt des machines coûteux et des problèmes de sécurité beaucoup plus graves sur les véhicules.
