Les batteries au lithium sont-elles sûres ?

Introduction.

Les batteries au lithium peuvent être utilisées en toute sécurité lorsque leurs cellules, la conception du bloc , le système de gestion de la batterie (BMS), les équipements de charge , l’installation et les conditions d’utilisation sont adaptés . Aucune chimie de batterie rechargeable n’est totalement sans risque dans toutes les conditions, et les batteries au lithium ne font pas exception. La question pertinente n’est pas « Les batteries au lithium sont-elles sûres dans tOUT cas ?”mais “Quelle rend a lithium bATTERIE sûr sur le façon I planifier à utilisez it,et quelle doivent I cocher avant I acheter ?”

Pour les acheteurs professionnels de batteries, les distributeurs, les intégrateurs , les fournisseurs de solutions pour véhicules récréatifs et alimentation mobile, les clients OEM, les importateurs et les acheteurs commerciaux de systèmes de stockage d’énergie, la réponse pratique implique l’ensemble du système : la chimie des cellules, la qualité des cellules, la conception du BMS, le chargeur .comportement, gestion thermique, protection mécanique, installation, traçabilité du fabricant et documentation. Traitement sécurité comme a système propriété ,pas a marketing étiquette ,is le di ff ence entre un informé achat décision et un exposition des risques évitables.

Pour une base sur la technologie des batteries au lithium, utilisez dans cet article, voir [ Qu'est-ce qu'une batterie au lithium ?] .

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Les batteries au lithium sont-elles sûres ?

Les batteries au lithium sont sûres lorsqu’elles sont conçues, fabriquées, installées, chargées et utilisées correctement. La sécurité n’est pas une propriété inhérente à la chimie seule. Elle résulte de l’interaction entre la qualité des cellules, la protection assurée par le système de gestion de batterie (BMS), le système de charge, l’enveloppe, l’environnement thermique, la qualité de l’installation et le comportement d’utilisation. environnement, qualité de l’installation et comportement opérationnel.

Un acheteur doit considérer les éléments suivants comme les piliers fondamentaux de la sécurité des batteries au lithium :

1. Qualité des cellules et choix de la chimie.

2. Protection et étalonnage du système de gestion de la batterie.

3. Compatibilité du chargeur et du profil de charge.

4. Gestion thermique sur le site d’installation.

5. Protection mécanique contre les chocs, les vibrations, l’eau et la poussière.

6. Câblage, fusibles et mise à la terre corrects.

7. Traçabilité du fabricant, essais et documentation.

8. Discipline opérationnelle, y compris les limites de température et la gestion de l’état de charge.

Si l’un de ces piliers est faible, le système devient moins prévisible. Si plusieurs piliers sont faibles, le système peut tomber en panne dans des conditions qu’il devrait normalement tolérer. une batterie au lithium sûre est donc le fruit d’une chaîne d’approvisionnement complète, d’une conception complète du bloc-batterie et d’un plan opérationnel complet.

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Qu’est-ce qui peut rendre une batterie au lithium dangereuse ?

Les incidents de sécurité liés aux batteries au lithium résultent généralement d’un petit nombre de causes profondes récurrentes. Chaque cause présente un mécanisme typique et une approche préventive typique.

Surcharge. Appliquer une tension supérieure à la limite approuvée par la chimie peut déclencher des réactions chimiques indésirables à l’intérieur de la cellule. Cela peut entraîner un échauffement de la cellule, une génération de gaz, une perte irréversible de capacité et, dans les cas graves, un court-circuit interne.

Décharge excessive. Laisser la tension d’une cellule descendre en dessous de sa limite inférieure approuvée peut endommager la structure des électrodes. Une cellule fortement déchargée de manière excessive risque de ne pas se régénérer, de développer des courts-circuits internes lors de la recharge ou tout simplement de tomber en panne.

Court-circuit externe. Un court-circuit entre les bornes de la batterie peut produire un courant extrêmement élevé, provoquant un échauffement, des arcs électriques et éventuellement un incendie. Même une connexion à faible résistance, sous fort courant, génère rapidement de la chaleur.

Court-circuit interne. Des dommages mécaniques, des défauts de fabrication, une croissance de dendrites de lithium ou une défaillance du séparateur peuvent provoquer des courts-circuits à l’intérieur d’une cellule. Un court-circuit interne transforme l’énergie stockée en chaleur directement au sein de la cellule elle-même.

Courant excessif. Un courant continu ou de crête dépassant la limite nominale de la batterie peut surchauffer les cellules, endommager les soudures et solliciter le système de gestion de la batterie (BMS). L’accumulation de chaleur constitue le chemin le plus fréquent vers la réaction thermique incontrôlée.

Température élevée. Une température ambiante élevée, une ventilation obstruée, une exposition directe au soleil ou une chaleur provenant d’un équipement voisin peuvent pousser une cellule vers un régime chimique moins stable. La chaleur accélère également presque tous les autres mécanismes de vieillissement.

Chargement à basse température. Charger des cellules lithium en dessous de la température approuvée par la chimie peut entraîner un dépôt de lithium sur l’anode. Ce dépôt n’est pas seulement un problème de capacité ; c’est aussi un problème de sécurité, car le lithium déposé peut provoquer des courts-circuits internes.

Des dégâts mécaniques. Une chute, une perforation, une vibration intense ou une compression peuvent déformer la cellule et rompre les séparateurs internes. Une cellule endommagée peut continuer à sembler fonctionner normalement, mais risque de tomber en panne sans avertissement sous contrainte.

Mauvaise qualité de fabrication. Un revêtement inégal des électrodes, un électrolyte contaminé, des soudures faibles ou un scellage défectueux peuvent introduire des défauts latents qui ne se manifestent qu’après plusieurs mois d’utilisation.

Installation incorrecte. Des câblages sous-dimensionnés, l’absence de fusibles, une mise à la terre incorrecte, une ventilation obstruée ou un montage instable augmentent tous le risque. Même une batterie de haute qualité peut devenir dangereuse si elle est mal installée.

Absence de documentation ou de traçabilité. Un acheteur incapable de remonter à l’origine de la cellule, à la version du micrologiciel du système de gestion de la batterie (BMS), aux registres de lot ou aux certificats d’essai assume un risque supplémentaire au sein de la chaîne d’approvisionnement.

Ces causes profondes expliquent pourquoi la sécurité doit être évaluée comme un système, et non comme une simple caractéristique revendiquée.

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Qu’est-ce que la réaction thermique incontrôlée et les batteries au lithium Peuvent-elles s’enflammer ?

Thermique désenchaînement décrit a état l’intérieur a cellule sur qui la chaleur génération dépasse le cellule ’s capacité à se dissiper la chaleur .Une fois a la cellule franchit ce seuil, sa température interne augmente rapidement. La chimie accélère sa propre décomposition, libérant plus la chaleur et ,sur quelques chimiste séries ,fi inflammable gaz .Le résultat peut be ventilation ,fi - Je vous en prie. ,ou explosion en fonction activé le cellule état , l’enceinte et l’environnement environnant.

Le désenchaînement thermique n’est pas une condition de fonctionnement normale. Il s’agit d’un état de défaillance nécessitant un événement déclencheur, tel qu’une surcharge sévère, un court-circuit interne, des dommages mécaniques ou une exposition à une source de chaleur extérieure. La plupart des batteries lithium bien conçues fi ne subissent pas ce phénomène. les batteries n’atteignent jamais cet état de années d’utilisation normale parce que les systèmes de protection empêchent les événements déclencheurs.

Une batterie au lithium peut s’enflammer fi sous certaines conditions de défaillance, mais cela diffère ff de dire que les batteries au lithium sont intrinsèquement dangereuses en utilisation normale. L’objectif de la conception de sécurité est de maintenir les cellules à l’écart des conditions qui provoquent ajout à la chaleur dégénérescence thermique, sans prétendre que celle-ci est impossible sous toute forme d’abus. La protection est multicouche : sélection des cellules, système de gestion de batterie (BMS), boîtier, installation et pratiques d’exploitation réduisent chacune la probabilité d’entrer dans un état de défaillance. .

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Comment un BMS améliore-t-il la sécurité des batteries au lithium ?

Le système de gestion de batterie (BMS) constitue la couche électronique de commande intégrée à une batterie au lithium. Il surveille les tensions des cellules, le courant, la température et, parfois, l’état de charge. Lorsqu’une mesure dépasse une limite autorisée, le BMS coupe ou limite le fonctionnement de la batterie.

Les fonctions courantes d’un BMS comprennent :

Protection contre la surcharge : arrêt de la charge lorsque la tension d’une cellule dépasse la limite supérieure.

Protection contre la décharge excessive : arrêt de la décharge lorsque la tension d’une cellule descend en dessous de la limite inférieure.

Protection contre les surintensités : limite ou coupe le courant en cas de demande anormale.

Protection contre les courts-circuits : détecte un courant très élevé et coupe rapidement la batterie.

Surveillance de la température : suspend le fonctionnement lorsque la température se situe en dehors de la plage approuvée.

Équilibrage des cellules : égalise les tensions des cellules afin que les cellules plus faibles ne poussent pas l’ensemble au-delà des limites.

Communication et alarmes : signale l’état de charge, les alarmes et les défauts à l’onduleur, à l’afficheur ou au système de surveillance.

Un BMS réduit les risques, mais n’élimine pas tous les risques. Un BMS possède ses propres limites de courant, son temps de réponse et sa fiabilité.

des caractéristiques. Un BMS mal conçu peut ne pas réagir, ne pas se réinitialiser ou même introduire ses propres modes de défaillance. La présence d’un BMS constitue donc une condition nécessaire, mais non suffisante, pour la sécurité. Il doit être associé à un câblage correct, à des paramètres de chargeur adaptés, à une installation conforme et à un bloc-batterie constitué de cellules de qualité. paramètres du chargeur, à une installation correcte et à un bloc-batterie fabriqué à partir de cellules de qualité.

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Les batteries LiFePO4 sont-elles plus sûres que les autres batteries lithium-ion ?

LiFePO4, ou phosphate de fer et de lithium, est largement considéré comme une chimie lithium-ion relativement stable pour le stockage d’énergie stationnaire et mobile. Sa chimie de cathode est plus stable thermiquement que les chimies d’oxydes en couches souvent utilisées dans les appareils électroniques grand public à haute densité énergétique. Lors de tests de sollicitation extrême, les cellules LiFePO4 sont moins susceptibles d’entrer en emballement thermique pour une même énergie déclenchante que certaines autres chimies.

Le LiFePO4 est donc courant dans les applications où la stabilité thermique et la longue durée de vie en cycles comptent davantage que la compacité de la densité énergétique. Le stockage résidentiel, l’énergie solaire hors réseau, les batteries de service des véhicules récréatifs (RV) et des bateaux, ainsi que de nombreux systèmes commerciaux de stockage d’énergie utilisent du LiFePO4 précisément parce qu’il tolère mieux les conditions de défaut, avec un risque moindre d’emballement thermique catastrophique.

Cependant, LiFePO4 n'est pas à l'abri des risques de sécurité. En cas de mauvais usage, il peut encore s'échapper, fumer ou contribuer à l'incendie. La chimie fait partie d'un système de sécurité, pas un substitut. La qualité de la cellule, la conception du BMS, le comportement du chargeur, l'enveloppe, l'installation et les pratiques d'exploitation demeurent essentielles. Le choix de LiFePO4 parce qu'il est plus sûr est raisonnable; supposer que LiFePO4 élimine le besoin du reste du système de sécurité ne l'est pas.

Pour un traitement plus approfondi de la chimie de LiFePO4, voir [ Qu’est-ce qu’une batterie LiFePO4 ?].

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Comment peut-on Vous faites une batterie au lithium vous utilisez Safer?

Un ensemble pratique d’habitudes réduit la plupart des risques évitables liés à l’utilisation des batteries au lithium.

Utilisez un chargeur compatible. Adaptez le chargeur à la chimie de la batterie, à sa tension et au profil de charge approuvé. Un chargeur pour batterie au plomb utilisé sur une batterie au lithium, ou un réglage de tension inadapté, peut provoquer un stress répété de surcharge ou des symptômes de sous-charge.

Respectez les spécifications de tension et de courant. Respectez le taux de décharge continu de la batterie, le courant de pointe admissible et le courant de charge maximal. Dépasser ces valeurs ne provoquera pas nécessairement une défaillance immédiate, mais réduira la durée de vie et augmentera les contraintes.

Restez dans les limites de température approuvées. Évitez de charger la batterie à des températures inférieures à la limite basse autorisée par sa chimie. Évitez tout fonctionnement ou toute charge dans des conditions de chaleur extrême. Lorsque les conditions dépassent régulièrement ces limites, prévoyez un système de chauffage, de refroidissement ou d’isolation.

Évitez d’utiliser des batteries endommagées. Une chute, une perforation, un gonflement, une fuite ou une odeur inhabituelle sont des signes d’insécurité liés à la batterie. Cessez immédiatement de l’utiliser et suivez les consignes de sécurité du fabricant. Toute réparation improvisée d’une batterie lithium est dangereuse et doit être strictement évitée.

Utilisez un câblage et une protection adaptés. Adaptez la section des câbles au courant prévu, utilisez des fusibles ou des disjoncteurs dimensionnés pour le système, et respectez scrupuleusement les règles d’installation figurant dans le manuel de la batterie. Des connexions desserrées ou des câbles sous-dimensionnés provoquent un échauffement avant même toute défaillance fonctionnelle.

Ne contournez pas le système de gestion de la batterie (BMS). Un système de gestion de batterie (BMS) existe parce que des cellules individuelles ou des modules entiers peuvent tomber en panne. Le supprimer ou le court-circuiter peut exposer la batterie à des conditions qu'elle n'a jamais été conçue pour supporter. Si un BMS déclenche des coupures répétées, la mesure appropriée consiste à analyser le système, et non à désactiver cette protection.

Respecter le mode de charge et le SOC de stockage. Certaines chimies lithium tolèrent le stockage à pleine charge ; d'autres préfèrent un état de charge partiel. Suivre le manuel de la batterie, notamment pour le stockage saisonnier, et entreposer la batterie dans un endroit frais et sec.

Pour les conditions susceptibles d'endommager la batterie et de créer, à long terme, un risque pour la sécurité, voir [Qu'est-ce qui endommage une batterie lithium ?]. ].

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Risques pour la sécurité liés aux batteries lithium et mesures de protection

Le tableau ci-dessous associe les risques pour la sécurité les plus courants à leur mécanisme typique ainsi qu'à la mesure de protection ou de prévention habituelle. L'utiliser comme référence rapide, mais non comme substitut au manuel du fabricant.

Un acheteur soucieux de la sécurité devrait pouvoir indiquer une protection documentée pour chaque ligne ci-dessus avant d’approuver un système de batterie au lithium.

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Que doivent vérifier les acheteurs avant d’acheter une batterie au lithium ?

Un examen d’achat axé sur la sécurité évalue la batterie, le système et le fournisseur. La liste suivante constitue un point de départ pratique. point.

BATTERIE côté.

1. Sélection de la chimie. Confirmer que la chimie correspond aux priorités de l’application. Le LiFePO4 est courant pour le stockage stationnaire et mobile d’énergie, mais d’autres chimies peuvent convenir dans des cas spécifiques.

2. Qualité des cellules et traçabilité. Demander si les cellules proviennent de fabricants identifiables disposant d’enregistrements documentés par lot.

3. Spécifications du système de gestion de la batterie (BMS). Examiner les seuils de surtension, de sous-tension, de surintensité, de court-circuit et de température. Confirmer le comportement de communication et de réinitialisation du BMS.

4. Intensité continue et intensité de crête. Faire correspondre les valeurs nominales continues et de crête de la batterie avec celles de l’onduleur et de la charge maximale prévue.

5. Plage de températures de fonctionnement. Vérifier les limites de température de charge et de décharge par rapport au site d’installation prévu.

6. Protection contre la charge à basse température. Vérifier que la charge est bloquée ou limitée aux températures inférieures au seuil approuvé pour la chimie utilisée.

7. Enceinte et protection mécanique. Examiner le boîtier, les points de fixation, la tolérance aux vibrations et toute classe de protection contre les intrusions pertinente pour l’application.