Les batteries au lithium se distinguent des autres chimies de batteries en raison de leur densité énergétique élevée et de leur faible coût par cycle. Cependant,"batterie au lithium" est un terme ambigu. Il existe environ six chimies communes de batteries au lithium, toutes avec leurs propres avantages et inconvénients. Pour les applications d'énergie renouvelable, la chimie prédominante est le lithium fer phosphate (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.
Le lithium fer phosphate (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 cathodique naturellement sûr (phosphate de fer). Comparé à d'autres produits chimiques au lithium, le phosphate de fer favorise une forte liaison moléculaire, qui résiste à des conditions de charge extrêmes, prolonge la durée de vie du cycle et maintient l'intégrité chimique sur de nombreux cycles. C'est ce qui confère à ces batteries leur grande stabilité thermique, leur longue durée de vie et leur tolérance aux abus.
Les batteries LiFePO4 ne sont pas sujettes à la surchauffe et ne sont pas non plus disposées à'emballement thermique' et donc ne pas surchauffer ou s'enflammer lorsqu'il est soumis à une mauvaise manipulation rigoureuse ou à des conditions environnementales difficiles. Contrairement aux batteries au plomb inondées et aux autres compositions chimiques, les batteries au lithium n'évacuent pas de gaz dangereux tels que l'hydrogène et l'oxygène. Il n'y a pas non plus de 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 actif ou de ventilation.
Les batteries au lithium sont un assemblage composé de plusieurs cellules, comme les batteries au plomb et de nombreux autres types de batteries. Les batteries au plomb ont une tension nominale de 2V/cellule, tandis que les batteries au lithium ont une tension nominale de 3,2V. Par conséquent, pour obtenir une batterie de 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 une batterie 24V avec une tension nominale de 25,6V et seize cellules connectées en série forment une batterie 48V avec une tension nominale de 51,2V. Ces tensions fonctionnent très bien avec vos onduleurs 12V, 24V et 48V typiques.
Les batteries au lithium sont souvent utilisées pour remplacer directement les batteries au plomb car elles ont des tensions de charge très similaires. Une batterie LiFePO4 à quatre cellules (12,8 V) aura généralement une tension de charge maximale comprise entre 14,4 et 14,6 V (selon les recommandations du fabricant). Ce que's unique à une batterie au lithium, c'est qu'ils n'ont pas besoin d'une charge d'absorption ou d'être maintenus dans un état de tension constante 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 d'une charge complète à 75 % déchargée. Cela peut rendre difficile de dire combien de capacité a été utilisée sans équipement de surveillance de la batterie.
Un avantage important des batteries au lithium par rapport aux batteries au plomb est qu'elles ne souffrent pas de cyclage déficitaire. Essentiellement, c'est lorsque les batteries ne peuvent pas être complètement chargées avant d'être à nouveau déchargées le lendemain. C'est un très gros problème avec les batteries plomb-acide et peut favoriser une dégradation significative des plaques si elles sont cyclées à plusieurs reprises de cette manière. Les batteries LiFePO4 n'ont pas besoin d'être rechargées complètement régulièrement. En fait, il's 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 plein à mort et de retour à plein) de la 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 résultant de la charge du générateur peuvent être énormes.
L'étape de charge d'absorption des batteries plomb-acide est particulièrement inefficace, ce qui entraîne des rendements de 50 % ou même moins. Étant donné que les batteries au lithium ne se chargent pas par absorption, le temps de charge de complètement déchargé à complètement plein peut être aussi court que deux heures. Il's également important de noter qu'une batterie au lithium peut subir une décharge presque complète telle qu'elle est évaluée sans effets indésirables significatifs.
Il est cependant important de s'assurer que les cellules individuelles ne se déchargent pas trop. C'est le travail du Battery Management System (BMS) intégré. La sécurité et la fiabilité des batteries au lithium sont une préoccupation majeure, donc tous les assemblages doivent avoir un système de gestion de batterie (BMS) intégré. Le BMS est un système qui surveille, évalue, équilibre et protège les cellules contre le fonctionnement en dehors de la"Safe Operating Area". 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 reçoivent une charge complète sans surcharge. Les cellules d'une batterie LiFePO4 ne s'équilibreront 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, lors d'un cycle, certaines cellules seront complètement chargées ou déchargées plus tôt que d'autres. La variance entre les cellules augmentera considérablement au fil du temps si les cellules ne sont pas équilibrées. Dans les batteries au plomb, le courant continuera à circuler même lorsqu'une ou plusieurs des cellules sont complètement chargées. C'est le résultat de l'électrolyse qui a lieu 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 sur 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 surcharger et permettant aux autres cellules de rattraper leur retard. Les batteries au lithium offrent de nombreux avantages par rapport aux autres chimies de batteries. 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 pour les 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. Le lithium fer phosphate (LiFePO4) est une solution de stockage d'énergie parfaite.
