Les batteries au lithium sont la norme pour les véhicules électriques et les équipements portables où les courants de charge et de décharge sont importants par rapport à la capacité de la batterie. Mais pour une application hors réseau, le surcoût est-il justifié ? Quels sont leurs avantages et inconvénients lorsque les courants sont beaucoup plus faibles et que les performances sur une longue période sont plus importantes ?

 

Avantages d’une batterie au lithium par rapport aux batteries au plomb/AGM/gel

1 – Plus de cycles (*)

Lithium	Plomb-acide
Les fabricants réclament 4000 cycles ou plus lorsqu’ils déchargent la batterie jusqu’à 20% SOC *. Des tests en conditions réelles sur de nombreuses années montrent qu’après 750 cycles, la perte de capacité est négligeable. Il semble donc réaliste d’attendre au moins 2000 cycles.	Le meilleur de sa catégorie revendique 400 à 500 cycles. Nous n’avons jamais vu une batterie en situation d’utilisation réelle (où elle est rarement rechargée à 100% SOC) survivre à autant de cycles avant que sa capacité ne soit considérablement réduite. 200 à 300 cycles semblent être une attente réaliste.

 

2 – Plus de capacité utilisable

Lithium	Plomb-acide
Peut être déchargé en toute sécurité jusqu’à 20% SOC avec une tension qui reste supérieure à 12 volts.   Le taux de charge est constant jusqu’à 90% SOC permettant une charge complète à chaque cycle.     Capacité utile : entre 70% et 80% de la capacité nominale.	Une décharge à moins de 50% SOC crée des dommages irréversibles et réduit la durée de vie de la batterie.   Au-dessus de 80% SOC, le courant de charge est considérablement réduit et atteindre 100% SOC prend très longtemps (pratiquement jamais atteint en situation réelle)   Capacité utile : entre 30% et 40% de la capacité nominale.

 

3 – Moins de poids et de volume

Lithium	Plomb-acide
Une batterie de 100Ah en 12 volts (Quatre cellules de 100Ah) pèse environ 14kg pour un volume de 8 dm3.   Avec 75% de sa capacité utilisable, la « densité énergétique » est de 5,3 Ah/kg et 9,3 Ah/dm3	Une batterie de 100Ah pèse environ 25kg pour un volume de 13dm3.   Avec 35% de sa valeur nominale utilisable, la « densité énergétique » est de 1,4 Ah/kg et 2,7 Ah/dm3.

 

Pour avoir 450 Ah de capacité utile, vous avez besoin de :
Lithium	Paramètre	Plomb
600 Ah	Capacité nominale	1200 Ah
84 kg	Poids	300 kg
48 dm3	Volume	156 dm3

 

4 – Chargement plus rapide

Lithium	Plomb-acide
Le courant de charge peut atteindre en toute sécurité jusqu’à 0.5 C * (50 A pour une batterie de 100 Ah). il restera constant jusqu’à 95% SOC.	Le courant de charge doit être limité à 0.2 C (20 A pour une batterie de 100 Ah). Lorsque la charge atteint 80% SOC, la batterie n’acceptera qu’un faible courant… et une charge complète peut prendre beaucoup plus d’heures.

 

5 – Moins de chute de tension

Lithium	Plomb-acide
Très faible variation de tension entre 20% et 80% SOC.   Chute de tension limitée lorsqu’un courant élevé est consommé.	La tension varie considérablement avec l’état de charge de la batterie.   La tension chute considérablement lorsqu’un courant élevé est consommé.

 

6 – Autres avantages

Lithium	Plomb-acide
Efficacité supérieure à 98%   Pas d’effet Peukhert (La capacité ne diminue pas avec un courant élevé)   Pas besoin de compensation de tension lorsque la température varie   Faible autodécharge	Efficacité entre 70% et 90%   La capacité est réduite lors de la décharge avec un courant élevé   Nécessité de régler la compensation de tension / température pour les chargeurs   Auto décharge élevée

 

Contraintes des batteries au lithium

1 – Ne surchargez pas

Charger une batterie une fois qu’elle est pleine (même en float) accélère le processus de vieillissement

 

L’application d’une tension de charge trop élevée endommage la batterie au point où elle peut être détruite (attention : les spécifications des fournisseurs de batteries sont souvent destinées aux applications de véhicules électriques où la vitesse de charge est critique – ces tensions pourraient être trop élevées pour une application de stockage d’énergie où la durée de vie est plus importante)

 

2 – Ne pas décharger complètement

En dessous d’un certain niveau de décharge, la tension de la batterie chute brusquement jusqu’à un point où la polarité est inversée et la batterie est détruite.

 

3 – Ne pas charger en dessous de 0°C

Les batteries au lithium peuvent être utilisées en dessous de 0°C mais ne doivent jamais être rechargées lorsqu’il gèle (si nécessaire, cela peut être fait avec un très faible courant de charge).

 

4 – Sensible aux hautes températures

Comme pour une batterie au plomb, une température élevée accélère considérablement le processus de vieillissement.

 

5 – Les cellules doivent rester équilibré

Une batterie est constituée de cellules en série pour obtenir la tension souhaitée. Les cellules sont « équilibrées » lorsqu’elles sont exactement au même niveau de charge. Toutes les cellules n’ont pas exactement les mêmes caractéristiques (comme la résistance interne) et sur un grand nombre de cycles un déséquilibre peut être observé. Dans ce cas, une cellule est pleine (ou vide) avant les autres cellules, et une charge (ou décharge) en cours entraînera cette cellule dans une zone dangereuse où elle vieillira prématurément ou pourra même être détruite. Il est recommandé d’équilibrer régulièrement les cellules dans un environnement contrôlé.

 

Un système de gestion d’énergie (EMS) est nécessaire pour éviter ces situations et protéger la batterie.

 

La batterie au lithium est-elle dangereuse ?

Nous parlons ici de batteries au lithium fer phosphate (LiFePo4) utilisées dans les véhicules électriques et les installations hors réseau. De nombreux tests ont été menés sur ces batteries sans explosion : court circuit, haute température, flamme… Certains disent qu’elles sont plus sûres que les batteries au plomb.

 

Un court circuit entre les bornes positives et négatives d’une batterie au lithium générera un courant très élevé capable de faire fondre le métal comme une clé. Quelques précautions élémentaires sont nécessaires pour éviter les court circuit et limiter leurs conséquences.

 

Une batterie est un concentré d’énergie et est potentiellement dangereuse

La batterie au lithium LiFePo4 est l’un des types de batteries les moins dangereux

 

Les batteries au lithium sont-elles chères ?

Une batterie au lithium est plus coûteuse qu’une batterie au plomb de même capacité nominale (Ah). MAIS par rapport à une batterie au plomb :

• il a deux fois la capacité disponible et une fraction du poids et du volume
• la batterie au lithium durera au moins trois à cinq fois plus de cycles

 

Le coût de l’énergie stockée dans une batterie au lithium est bien inférieur
à celui des batteries au plomb.