Qu'est-ce que la technologie des batteries au lithium ?

Les batteries au lithium se distinguent des autres batteries chimiques en raison de leur haute densité d'énergie et de leur faible coût par cycle.Cependant, "batterie au lithium" est un terme ambigu.Il existe environ six chimies courantes des batteries au lithium, chacune avec ses propres avantages et inconvénients.Pour les applications d'énergie renouvelable, la chimie prédominante est Phosphate de fer au lithium (LiFePO4) .Cette chimie a une excellente sécurité, avec une grande stabilité thermique, des courants nominaux élevés, une longue durée de vie et une tolérance aux abus.

Phosphate de fer au lithium (LiFePO4) est une chimie du lithium extrêmement stable par rapport à presque toutes les autres chimies du lithium.La batterie est assemblée avec un matériau de cathode naturellement sûr (phosphate de fer).Comparé à d'autres produits chimiques au lithium, le phosphate de fer favorise une liaison moléculaire forte, qui résiste aux conditions de charge extrêmes, prolonge la durée de vie et maintient l'intégrité chimique sur de nombreux cycles.C'est ce qui donne à ces batteries leur grande stabilité thermique, leur longue durée de vie et leur tolérance aux abus. Piles LiFePO4 ne sont pas sujets à la surchauffe, ils ne sont pas non plus disposés à «l'emballement thermique» et ne surchauffent donc pas ou ne s'enflamment pas lorsqu'ils sont soumis à une mauvaise manipulation rigoureuse ou à des conditions environnementales difficiles.

Contrairement aux batteries au plomb inondées et à d'autres batteries chimiques, les batteries au lithium ne dégagent pas de gaz dangereux tels que l'hydrogène et l'oxygène.Il n'y a également aucun danger d'exposition à des électrolytes caustiques tels que l'acide sulfurique ou l'hydroxyde de potassium.Dans la plupart des cas, ces batteries peuvent être stockées dans des zones confinées sans risque d'explosion et un système correctement conçu ne devrait pas nécessiter de refroidissement ou de ventilation actif.

Les batteries au lithium sont un assemblage composé de nombreuses cellules, comme les batteries au plomb et de nombreux autres types de batteries.Les batteries au plomb ont une tension nominale de 2V/élément, alors que les cellules de batterie au lithium ont une tension nominale de 3,2V.Par conséquent, pour obtenir une batterie 12 V, vous aurez généralement quatre cellules connectées en série.Cela rendra la tension nominale d'un LiFePO4 12.8V .Huit cellules connectées en série forment un batterie 24V avec une tension nominale de 25,6 V et seize cellules connectées en série font un batterie 48V avec une tension nominale de 51,2V.Ces tensions fonctionnent très bien avec votre typique Onduleurs 12V, 24V et 48V .

Les batteries au lithium sont souvent utilisées pour remplacer directement les batteries au plomb car elles ont des tensions de charge très similaires.Un quatre cellules Batterie LiFePO4 (12.8V), aura généralement une tension de charge maximale entre 14,4 et 14,6 V (selon les recommandations des fabricants).Ce qui est unique à une batterie au lithium, c'est qu'elle n'a pas besoin d'une charge d'absorption ou d'être maintenue dans un état de tension constant pendant des périodes de temps significatives.En règle générale, lorsque la batterie atteint la tension de charge maximale, elle n'a plus besoin d'être chargée.Les caractéristiques de décharge des batteries LiFePO4 sont également uniques.Pendant la décharge, les batteries au lithium maintiendront une tension beaucoup plus élevée que les batteries au plomb le feraient généralement sous charge.Il n'est pas rare qu'une batterie au lithium ne chute que de quelques dixièmes de volt entre une charge complète et une décharge à 75 %.Cela peut rendre difficile de dire combien de capacité a été utilisée sans équipement de surveillance de la batterie.

Un avantage significatif des batteries au lithium par rapport aux batteries au plomb est qu'elles ne souffrent pas de cycle déficitaire.Essentiellement, c'est lorsque les batteries ne peuvent pas être complètement chargées avant d'être à nouveau déchargées le lendemain.Il s'agit d'un très gros problème avec les batteries au plomb et peut favoriser une dégradation importante de la plaque en cas de cycle répété de cette manière.Les batteries LiFePO4 n'ont pas besoin d'être complètement chargées régulièrement.En fait, il est possible d'améliorer légèrement l'espérance de vie globale avec une légère charge partielle au lieu d'une charge complète.

L'efficacité est un facteur très important lors de la conception de systèmes électriques solaires.L'efficacité aller-retour (de pleine à morte et de retour à pleine) d'une batterie plomb-acide moyenne est d'environ 80 %.D'autres chimies peuvent être encore pires.L'efficacité énergétique aller-retour d'une batterie lithium fer phosphate est supérieure à 95-98 %.Cela seul est une amélioration significative pour les systèmes privés d'énergie solaire pendant l'hiver, les économies de carburant de la charge du générateur peuvent être énormes.L'étape de charge d'absorption des batteries au plomb est particulièrement inefficace, ce qui se traduit par des rendements de 50 %, voire moins.Étant donné que les batteries au lithium n'absorbent pas la charge, le temps de charge d'une décharge complète à une charge complète peut être aussi court que deux heures.Il est également important de noter qu'une batterie au lithium peut subir une décharge presque complète sans effets indésirables importants.Il est cependant important de s'assurer que les cellules individuelles ne se déchargent pas trop.C'est le travail de l'intégré Système de gestion de batterie (BMS) .

La sécurité et la fiabilité des batteries au lithium sont une préoccupation majeure, c'est pourquoi tous les assemblages doivent avoir un Système de gestion de batterie (BMS) .Le BMS est un système qui surveille, évalue, équilibre et protège les cellules contre le fonctionnement en dehors de la «zone d'exploitation sûre».Le BMS est un composant de sécurité essentiel d'un système de batterie au lithium, surveillant et protégeant les cellules de la batterie contre les surintensités, les sous/surtensions, les sous/surchauffes et plus encore.Une cellule LiFePO4 sera endommagée de façon permanente si la tension de la cellule tombe à moins de 2,5 V, elle sera également endommagée de façon permanente si la tension de la cellule augmente à plus de 4,2 V.Le BMS surveille chaque cellule et évitera d'endommager les cellules en cas de sous/surtension.

Une autre responsabilité essentielle du BMS est d'équilibrer le pack pendant la charge, garantissant que toutes les cellules obtiennent une charge complète sans surcharge.Les cellules d'une batterie LiFePO4 ne s'équilibrent pas automatiquement à la fin du cycle de charge.Il y a de légères variations dans l'impédance à travers les cellules et donc aucune cellule n'est identique à 100 %.Par conséquent, lorsqu'elles sont cyclées, certaines cellules seront complètement chargées ou déchargées plus tôt que d'autres.La variance entre les cellules augmentera considérablement avec le temps si les cellules ne sont pas équilibrées.

Dans batteries au plomb , le courant continuera à circuler même lorsqu'une ou plusieurs des cellules sont complètement chargées.Ceci est le résultat de l'électrolyse se produisant dans la batterie, l'eau se séparant en hydrogène et oxygène.Ce courant aide à charger complètement les autres cellules, équilibrant ainsi naturellement la charge de toutes les cellules.Cependant, une pile au lithium complètement chargée aura une résistance très élevée et très peu de courant circulera.Les cellules en retard ne seront donc pas complètement chargées.Pendant l'équilibrage, le BMS appliquera une petite charge aux cellules complètement chargées, l'empêchant de se surcharger et permettant aux autres cellules de se rattraper.

Les batteries au lithium offrent de nombreux avantages par rapport aux autres batteries chimiques.Il s'agit d'une solution de batterie sûre et fiable, sans crainte d'emballement thermique et/ou de fusion catastrophique, ce qui est une possibilité importante par rapport aux autres types de batteries au lithium.Ces batteries offrent une durée de vie extrêmement longue, certains fabricants garantissant même des batteries jusqu'à 10 000 cycles.Avec des taux de décharge et de recharge élevés allant jusqu'à C/2 en continu et une efficacité aller-retour allant jusqu'à 98 %, il n'est pas étonnant que ces batteries gagnent du terrain dans l'industrie. Phosphate de fer au lithium (LiFePO4) est un parfait solution de stockage d'énergie .