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5 leçons que vous pouvez apprendre des tests de torture sur batterie

Par John Connell, vice-président des produits SLI chez Crown Battery Manufacturing Co.

Il est facile pour les batteries de prospérer dans des conditions de laboratoire ou de simulations sur ordinateur. Trop souvent, ces conditions parfaites sont à l’origine d’allégations marketing telles que des garanties de 10 ans.

Mais le monde réel n’est pas aussi tolérant. Sur le terrain, les conceptions expérimentales de batteries peuvent échouer tôt. De plus, les températures extrêmes, les cycles profonds et un entretien insuffisant peuvent réduire la durée de vie de toute batterie, laissant les propriétaires de systèmes solaires dans le noir.

Avec un entretien approprié, les piles peuvent durer longtemps. Les batteries inondées de 1200 batteries de Crown Battery, âgées de 23 ans, alimentent un ranch hors réseau. Leur enceinte en contreplaqué comprend une protection contre les intempéries et une ventilation croisée.

C’est pourquoi les constructeurs dignes de confiance testent les batteries dans des applications extrêmes du monde réel et analysent leurs performances, leur charge et leurs défaillances.

Au cours des deux dernières décennies, Crown Battery a installé de nombreux ensembles de batteries de test dans des lieux stratégiques, notamment des maisons hors réseau, des hôpitaux, des usines et des mines en Amérique du Nord. Ces batteries sont contrôlées et analysées numériquement, analysées chimiquement, placées sous microscopes électroniques à balayage, radiographiées et déchirées à des fins de recherche et développement et d'ingénierie.

Ces tests de torture sur batterie ont révélé des leçons fondamentales sur ce qui compte vraiment pour les batteries à énergie renouvelable, et vous n’avez pas à passer des dizaines de milliers d’heures ou des millions de dollars pour bénéficier de cette recherche.

Voici comment optimiser les cycles de fonctionnement, les performances et la fiabilité:

  • Commencez avec les bonnes batteries pour votre système
  • Protégez-les des conditions difficiles
  • Éviter les décharges profondes
  • Envisager un système de gestion de batterie (BMS)
  • Automatiser la maintenance

Quelle chimie de batterie vous convient le mieux? Les batteries au plomb et les systèmes lithium-ion sont parmi les choix les plus populaires.

Les batteries plomb-acide inondées offrent le coût le plus bas par kilowatt-heure (kWh) et nécessitent un entretien régulier. Les batteries plomb-acide au mat de verre absorbant (AGM) ont un entretien presque nul mais un coût par ampère-heure plus élevé. Toutes les batteries au plomb sont recyclables à 99%.

Les batteries lithium-ion offrent également une maintenance quasi nulle et présentent la densité de puissance la plus élevée. Leur coût est également plus élevé. La densité de puissance de Lithium-ion rend certaines compositions chimiques sujettes à l’emballement thermique et aux incendies, et est cyclable à la baisse de 0% à 60%.

Il n’ya pas de batterie parfaite. Mais pour la plupart des applications, les batteries plomb-acide offrent une bonne combinaison de fiabilité, de retour sur investissement et d’épreuve du monde réel (plus de 100 ans d’essais sur le terrain et d’optimisation). La plupart des batteries au plomb ont une apparence presque identique à l’extérieur, mais les différences d’ingénierie et de fabrication à l’intérieur ont une incidence profonde sur la maintenance, les performances et la longévité.

Voici ce qu’il faut rechercher avec les batteries au plomb:

  • Conception optimisée en matière d’énergie renouvelable: les batteries ordinaires ou les batteries de voiture ne sont pas conçues pour répondre aux exigences de décharge profonde des énergies renouvelables.
  • Des plaques lourdes et un matériau plus actif permettent plus de réactions chimiques et une plus longue durée de vie.
  • La production informatisée d'oxyde de plomb, le mélange de la pâte et le durcissement améliorent la qualité et la cohérence.
  • L'assemblage robotique renforce la fiabilité et réduit la maintenance.
  • Le soudage sur courroie (COS) offre une précision 100 fois supérieure à celle du soudage manuel pour un entretien réduit et une disponibilité accrue.
  • Les systèmes de vision aérospatiaux améliorent le contrôle de la qualité.

Les températures extrêmes font mal aux batteries. Les piles durent le plus longtemps et fonctionnent mieux autour de 77 ° F. Le temps froid compromet la température de la batterie, les performances, l'acceptation de la charge et la capacité temporaire. Le temps chaud réduit la durée de vie et les performances.

De manière alarmante, les «boîtiers de batteries» au plomb, tels que les refroidisseurs et les réfrigérateurs isolés, aggravent souvent les températures extrêmes.

Où devriez-vous stocker les piles?

  • Les environnements secs avec des températures modérées (50 ° à 85 ° F) sont les meilleurs.
  • Les batteries AGM et autres nécessitant peu ou pas d'entretien peuvent être stockées à l'intérieur de la maison ou du bâtiment.
  • Les batteries inondées sont mieux stockées dans des boîtes sécurisées et ventilées dans un hangar ou un garage.

Comment devriez-vous stocker les batteries au plomb?

  • Rangez les batteries hors du sol dans un boîtier sec et bien isolé avec une ventilation adéquate. Cela prolongera la vie de la batterie et réduira les dommages causés par la température.
  • Assurez-vous que les piles sont à l'écart des prises électriques, des disjoncteurs et des autres sources potentielles d'étincelles.
  • Installez un extincteur à poudre chimique dans un endroit bien indiqué.
  • Toujours verrouiller votre boîte de batterie.
  • Pour les recommandations de ventilation, voir Code national de l'électricité, article 490.9 (A).

Si vous ne pouvez pas protéger les batteries du froid, installez un plus grand groupe de batteries pour compenser la capacité réduite.

Il existe une tendance dangereuse dans la conception des systèmes d’énergie renouvelables. Certains vendeurs peu scrupuleux dimensionnent les systèmes pour une profondeur de décharge de 80% (DOD), souvent selon des critères d’achat plus rigoureux, en vue de batteries plus économiques par kWh.

Même si une technologie de batterie particulière peut se décharger plus profondément dans le laboratoire, vous ne pouvez pas vous permettre de le risquer. C’est parce que chaque batterie a besoin d’énergie de réserve en cas de demande électrique accrue ou de production d’énergie réduite (par exemple, par temps nuageux, par temps brumeux ou sans vent).

En outre, bien que les niveaux de DOD sans danger varient, toutes les batteries plomb-acide meurent prématurément lorsqu'elles se déchargent trop profondément. Une bonne solution consiste à dimensionner les batteries pour une décharge maximale de 50%.

Quelques règles:

  • Pour rester au-dessous de 50% de la durée, les dimensions de votre système doivent être deux fois supérieures aux ampères-heures véritables nécessaires, quelle que soit la composition chimique de la batterie.
  • Si les piles se déchargent en dessous de 50%, installez des piles supplémentaires.
  • Spécifiez l’énergie stockée de trois à six jours (batteries et / ou groupe électrogène de secours) lors de la mise hors réseau.
  • Ne jamais dépasser 80% de DOD (50% de DOD est optimal pour augmenter les réserves de puissance et la longévité).

Lors des tests de torture sur les produits Crown Battery, nous surveillons de près l’état de santé interne des batteries à l’aide de systèmes de gestion de batterie.

Vous pouvez faire la même chose dans votre système. Un BMS peut augmenter la durée de vie et la capacité, réduire les dommages dus aux températures extrêmes et gagner du temps sur la maintenance. Les fonctions BMS courantes sont la surveillance DOD, les capteurs d'alerte de température, la tension totale et par cellule, etc.

Un système de gestion de batterie est un outil puissant pour les systèmes plomb-acide, mais il est nécessaire pour les systèmes lithium-ion de prévenir les surcharges et de réduire le risque d'emballement thermique.

Un entretien régulier maximise la durée de vie et la fiabilité de la batterie. Et chaque batterie – même les modèles ne nécessitant que peu ou pas d'entretien – doit être inspectée régulièrement conformément aux instructions du fabricant.

L’entretien courant de la batterie plomb-acide peut inclure:

  • Nettoyage des bornes de la batterie et inspection des câbles.
  • Contrôle des niveaux d'électrolyte et arrosage des batteries.
  • Égalisation des batteries (surcharge programmée) pour désulfater les plaques et atteindre la parité de tension.
  • Flotter tous les jours si possible.

Pour faciliter la maintenance, investissez dans les bons outils, planifiez-les dans votre calendrier et enregistrez la maintenance que vous avez effectuée.

Il n’est pas nécessaire de tester des milliers de batteries pour déterminer les stratégies de batterie les plus efficaces. Avec ces cinq leçons, vos batteries dureront plus longtemps et vous y passerez moins de temps et d’argent.

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