Batteries industrielles et gestion de leur fonctionnement

Une batterie est un type de pile galvanique qui convertit directement l'énergie chimique en énergie électrique. Les batteries se distinguent par leur capacité à être rechargées et à stocker l'énergie électrique. Elles constituent ainsi un élément essentiel des systèmes d'alimentation sans interruption (ASI), qui garantissent une alimentation électrique constante même en cas de coupure de courant ou de perturbation du réseau électrique. Malgré leurs avantages et leur utilisation industrielle répandue, les batteries présentent également des inconvénients pour les systèmes d'alimentation sans interruption : leur capacité et leur durée de vie sont limitées, et elles sont sensibles à diverses conditions de fonctionnement, comme la température, ce qui peut entraîner une perte de capacité prématurée ou un dysfonctionnement. Pour optimiser leurs performances et les protéger des conditions de fonctionnement difficiles, on utilise des systèmes de gestion de batteries (BMS). Le développement technologique rapide de ces systèmes influe sur l'efficacité des batteries, notamment sur l'efficacité de la conversion d'énergie électrique, et permet une surveillance en temps réel du fonctionnement de la pile galvanique, compensant ainsi la lenteur du développement des technologies de sources d'énergie chimiques.

TYPES DE BATTERIES INDUSTRIELLES

Le type de pile industrielle le plus courant est la pile au plomb-acide. Elles offrent un grand confort d'utilisation car elles ne nécessitent aucun entretien de l'électrolyte et peuvent fonctionner dans n'importe quelle position grâce à l'absence d'électrolyte liquide. Les principaux représentants sont les batteries étanches SLA / VRLA, souvent appelées batteries sans entretien. Grâce à leur boîtier étanche, elles n'émettent ni vapeurs acides ni gaz nocifs en fonctionnement normal, ce qui les rend inoffensives pour l'environnement et sûres d'utilisation.

Les batteries SLA sans entretien sont fabriquées selon deux technologies qui diffèrent par la manière dont l'électrolyte est lié :

• Batteries AGM (Absorbed Glass Mat) – tout l'électrolyte est absorbé par les fibres de verre hautement poreuses situées entre les séparateurs placés entre les plaques de plomb de la batterie.
• Batteries Gel – l'électrolyte est une masse gélifiée résultant de l'ajout de Silice SiO2.

Les batteries AGM présentent une tension plus élevée aux bornes et une durée de vie plus longue grâce à leur résistance interne plus faible que celle des batteries gel. De plus, leur capacité est supérieure car, dans les batteries gel, une partie de l'électrolyte est un agent gélifiant.

En revanche, les batteries gel offrent un meilleur refroidissement des cellules et une plus grande résistance aux vibrations et aux chocs. Parmi leurs autres avantages, citons la capacité de régénération après un court-circuit prolongé et la résistance à la surcharge.
La technologie AGM est principalement utilisée dans les systèmes d'alimentation sans coupure (UPS) pour un fonctionnement cyclique, tandis que la version gel convient aux alimentations tampon.

Les batteries lithium-ion constituent un autre type de batterie de plus en plus utilisé dans les applications spécialisées et industrielles. Leur fonctionnement repose sur des réactions chimiques résultant du transfert d'ions positifs dans l'électrolyte entre la cathode et l'anode. La cathode est composée de composés de lithium, tandis que l'anode est généralement constituée de matériaux carbonés.

Les caractéristiques de ces batteries sont les suivantes :

• Haute capacité et taille relativement compacte ;
• Absence d'effet mémoire (rechargeable à tout moment) ;
• Faible poids ;
• Respectueuse de l'environnement (sans métaux lourds, recyclable) ;
• Longue durée de vie ;
• Haute densité énergétique ;
• Fonctionnement sur une large plage de températures.

SYSTÈMES DE GESTION DES BATTERIES

Grâce à l'accent mis en permanence sur l'utilisation de nouvelles technologies offrant des performances nettement supérieures et une durée de vie plus longue que leurs prédécesseurs, les batteries lithium-ion remplacent progressivement les solutions plus anciennes, améliorant ainsi les performances des appareils.

Afin d'optimiser l'utilisation des batteries tout en les protégeant des conditions environnementales, il est essentiel de les maintenir à un niveau de performance optimal. Pour assurer leur fonctionnement, la plupart des entreprises utilisent des systèmes complémentaires.

Systèmes de gestion de batterie (BMS)

Les systèmes BMS sont des systèmes de contrôle électroniques qui surveillent et régulent la charge et la décharge des batteries. Ils surveillent généralement le type de batterie, la tension, la température, la capacité, l'état de charge, la consommation d'énergie, l'autonomie restante, les cycles de charge, et bien d'autres paramètres.

L'objectif des systèmes de gestion de batterie est d'optimiser l'utilisation de l'énergie restante dans les cellules. Pour prolonger la durée de vie des batteries, les systèmes BMS les protègent contre les décharges profondes et les surtensions, qui peuvent résulter de charges rapides et de courants de décharge élevés. Dans le cas de batteries multicellulaires, le BMS assure également l'équilibrage des cellules afin que chacune d'elles ait les mêmes exigences de charge et de décharge.

De nombreux types de systèmes BMS sont disponibles sur le marché. Il est conseillé de choisir un système de gestion de batterie avec l'aide d'un spécialiste qui, après avoir déterminé les exigences auxquelles le BMS doit répondre, pourra recommander des solutions adaptées.