Durée de vie d'une batterie au lithium dans une application stationnaire

26 Aug 2021

L'un des principaux attraits pour déménager à batteries au lithium L'autonomie de la batterie est-elle plusieurs fois supérieure à ce qui est possible avec batteries au plomb-acide . Pourtant, avec des données opérationnelles limitées dans Applications UPS Disponibles dès aujourd'hui, il est naturel que les utilisateurs potentiels se demandent quelle sera la durée de vie réelle des batteries au lithium.

Pour répondre à cette question, il est nécessaire de comprendre d'abord comment les batteries au lithium se dégradent dans des conditions normales. Elles présentent deux modes de dégradation largement indépendants : la durée de vie calendaire et la durée de vie en cycles.

La durée de vie calendaire décrit la diminution de la capacité et l'augmentation de la résistance au fil du temps. La température de fonctionnement de la batterie est le facteur déterminant de sa durée de vie. La chaleur accélère la dégradation, tandis que les températures plus basses la minimisent.

Concernant la durée de vie en cycles, le terme est facile à comprendre, mais prévoir celle d'une batterie au lithium est plus complexe qu'il n'y paraît. En effet, les caractéristiques de chaque cycle déterminent son impact sur la batterie.

Un test de référence dans l'industrie du lithium consiste à décharger complètement la batterie en une heure, puis à la recharger complètement en une heure à température ambiante (25 °C). Pour les cellules de haute qualité, ce test simple permet d'obtenir des milliers de cycles avant que la cellule n'atteigne 80 % de sa capacité initiale. Cependant, la durée de vie des cellules est généralement très sensible aux vitesses de charge et de décharge, ainsi qu'à d'autres facteurs.

Un résumé des principaux facteurs influençant la durée de vie du cycle est présenté dans la figure 1.

Paramètre de cycle	Influence sur la durée de vie du cycle	Description
Taux de charge/décharge	Significatif	Charger ou décharger une batterie à des vitesses supérieures à celles pour lesquelles elle a été conçue réduira considérablement sa durée de vie.
Profondeur de décharge	Modéré	Décharger partiellement une batterie avant de la recharger est moins dommageable que de la décharger complètement.
Température	Modéré	Bien qu'une batterie plus chaude présente une résistance moindre et un taux d'auto-échauffement plus faible, des températures de fonctionnement plus basses sont généralement préférables pour sa durée de vie. De nombreuses batteries lithium-ion sont également sensibles à la charge à basse température (généralement en dessous de zéro), mais cela ne pose généralement pas de problème pour les applications en centre de données.
Fenêtre d'état de charge (SOC)	Mineure	Lorsqu'on utilise une batterie partiellement déchargée, la faire tourner presque complètement chargée (100 % SOC) ou complètement déchargée (0 % SOC) est plus dommageable que de définir une plage de fonctionnement à des états de charge partiels.

Figure 1 : Résumé des principaux facteurs influençant la durée de vie du cycle de la batterie au lithium.

Dans les centres de données, la durée de vie calendaire est généralement le principal facteur déterminant, car les cycles de charge/décharge des batteries sont peu fréquents. L'exception concerne les batteries d'onduleurs utilisées pour la gestion énergétique du site ou pour l'alimentation du réseau de distribution électrique local. Ces applications ne sont pas abordées dans cet article. Dans les cas d'utilisation classiques, les batteries restent inactives pendant la majeure partie de leur durée de vie.

Pour évaluer la durée de vie calendaire, les fabricants de cellules stockent généralement les batteries à différentes températures pendant de longues périodes et vérifient périodiquement leur capacité restante. La représentation graphique de ces données permet d'établir une relation entre le temps, la température et la capacité restante. Une fois un nombre suffisant de données collectées, il est possible de les ajuster à une équation généralement acceptée pour la durée de vie calendaire, qui a été validée par des décennies d'expérience sur le terrain avec les batteries lithium-ion. Un exemple de graphique de durée de vie calendaire d'une batterie au lithium (NCM) est présenté sur la figure 2.

La figure 2 montre que, pour la batterie au lithium testée, 80 % de la capacité initiale d'une batterie NCM est conservée après environ dix ans à une température de 23 °C (73 °F). Le taux de dégradation varie selon les batteries au lithium, comme les batteries lithium-fer-phosphate.

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