L’un des principaux attraits du passage aux
batteries au lithium est que la durée de vie de la batterie est multiple de celle possible avec
les batteries au plomb . Pourtant, avec les données de fonctionnement limitées des
applications UPS disponibles aujourd'hui, il est naturel pour les utilisateurs potentiels de se demander combien de temps dureront réellement les batteries au lithium.
Pour répondre à cette question, il faut d’abord comprendre comment les batteries au lithium se dégradent dans des circonstances normales. Ils présentent deux modes de dégradation largement indépendants : la durée de vie calendaire et la durée de vie cyclique.
La durée de vie calendaire décrit comment la capacité diminuera et comment la résistance augmentera au fil du temps. Pour la durée de vie calendaire, la température de fonctionnement de la batterie est le facteur le plus important pour déterminer sa durée de vie. La chaleur peut accélérer la dégradation et les températures plus froides minimisent la dégradation.
Quant à la durée de vie, le terme lui-même est facile à comprendre, mais projeter la durée de vie d’une batterie au lithium n’est pas aussi simple qu’il y paraît. En effet, différentes caractéristiques du cycle déterminent à quel point ce cycle est dommageable pour la batterie.
Un test de base 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 / 77°F). Pour les conceptions de cellules de haute qualité, il s’agit d’un test simple qui entraînera des milliers de cycles avant que la cellule n’atteigne 80 % de sa capacité initiale. Cependant, la durée de vie est généralement très sensible aux taux de charge et de décharge ainsi qu'à d'autres facteurs.
Un résumé des facteurs clés qui influencent la durée de vie est présenté à la figure 1.
| Paramètre de cycle |
Influence sur le cycle de vie |
Description |
| Taux de charge/décharge |
Significatif |
Charger ou décharger une batterie à des taux supérieurs à ceux pour lesquels 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 la décharger complètement |
| Température |
Modéré |
Même si une batterie plus chaude aura moins de résistance et des taux d’auto-échauffement plus faibles, des températures de fonctionnement plus froides sont généralement meilleures pour la durée de vie. De nombreuses batteries lithium-ion sont également sensibles à la charge à des températures froides (généralement en dessous de zéro), mais cela ne pose généralement pas de problème pour les applications de centres de données. |
| Fenêtre d'état de charge (SOC) |
Mineure |
Lorsque vous utilisez une batterie avec une profondeur de décharge partielle, la faire fonctionner presque complètement (100 % SOC) ou complètement vide (0 % SOC) est plus dommageable que de spécifier une fenêtre de fonctionnement à des états de charge partiels. |
Figure 1 : Résumé des facteurs clés qui influencent la durée de vie des batteries au lithium.
Dans les applications de centres de données, la durée de vie du calendrier est généralement le principal facteur déterminant, car le cycle de batterie est peu fréquent. L'exception à cette règle serait lorsque les batteries UPS sont utilisées pour prendre en charge la gestion de l'énergie du site ou pour fournir des services au réseau de distribution d'électricité local. Ces applications sortent du cadre de cet article. Dans les cas d’utilisation conventionnels, les batteries restent inutilisées 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 cartographie de ces données fournit une relation entre le temps, la température et la capacité restante. Une fois que suffisamment de données ont été collectées, il est possible de les adapter à une équation généralement acceptée pour la durée de vie du calendrier, qui a été prouvée au cours de décennies d'expérience sur le terrain dans le domaine des batteries lithium-ion. Un exemple de tableau de durée de vie calendaire d'une batterie au lithium (NCM) est présenté à la figure 2.
La figure 2 montre que 80 % de la capacité initiale d'une batterie NCM subsiste après environ dix ans à des températures de 23°C (73°F) pour la batterie au lithium particulière testée. Différentes batteries au lithium, comme le lithium fer phosphate, auront des taux de dégradation différents.
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