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Lorsqu'on examine les batteries lithium-ion pour onduleurs, trois spécifications principales doivent être prises en compte : la capacité exprimée en ampères-heures (Ah), l'énergie stockée exprimée en watt-heures (Wh) et la tension nominale (V). Prenons par exemple une batterie standard de 100 Ah fonctionnant à 12 volts. En multipliant ces chiffres, on obtient environ 1 200 watt-heures d'énergie stockée. Le niveau de tension a une grande importance lorsqu'on associe des batteries à des onduleurs. La plupart des foyers utilisent généralement des installations de 12 V, 24 V, ou parfois 48 V, selon leurs besoins. Ce qui détermine vraiment la durée d fonctionnement du système est toutefois la capacité énergétique totale exprimée en watt-heures. Ce chiffre combine à lui seul les mesures de tension et de courant en une valeur qui indique précisément la quantité d'énergie utilisable dont nous disposons pour nos appareils.
Pour estimer la durée d'autonomie :
Par exemple, une batterie de 1 200 Wh alimentant une charge de 500 W avec un rendement de 90 % de l'onduleur fournit environ 2,16 heures (1 200 × 0,9 × 500). Incluez toujours une marge de sécurité de 20 % pour tenir compte du vieillissement, des effets de la température et des augmentations imprévues de la charge.
La durée d'utilisation réelle est souvent inférieure de 10 à 15 % par rapport aux estimations théoriques en raison :
Les batteries au lithium fer phosphate (LiFePO4) offrent un rendement énergétique supérieur (95 à 98 %) par rapport aux batteries au plomb (80 à 85 %), les rendant idéales pour une utilisation fréquente avec onduleur lorsque la conservation d'énergie est essentielle.
La profondeur de décharge (DoD) indique essentiellement quel pourcentage de l'énergie stockée dans une batterie a réellement été utilisée par rapport à sa capacité totale. Lorsqu'il s'agit des batteries lithium-ion utilisées dans ces configurations avec onduleurs, la DoD a une influence réelle sur deux aspects principaux : d'abord, la quantité réelle d'énergie disponible lorsque cela est nécessaire, et ensuite, la durée pendant laquelle la batterie restera opérationnelle avant d'être remplacée. Les modèles lithium-ion supportent généralement mieux les décharges profondes que les anciennes batteries au plomb. Mais voici le problème : si l'on continue à vider complètement ces batteries lithium-ion de manière répétée, cela exerce une contrainte supplémentaire sur les composants internes. Les électrodes commencent à se dégrader plus rapidement sous ce type de stress, ce qui signifie que la batterie ne conservera pas autant de charge après plusieurs cycles qu'au début.
La durée de vie des batteries augmente considérablement avec des décharges moins profondes. Cette relation suit une tendance logarithmique :
| Niveau de décharge (DoD) | Nombre de cycles estimé |
|---|---|
| 100 % DoD | ~500 cycles |
| 80 % DOD | ~1 000 cycles |
| 50 % DoD | ~2 500 cycles |
| 20 % DoD | ~5 000+ cycles |
Les décharges partielles réduisent la distorsion du réseau cristallin de la cathode, minimisant l'usure par cycle. Limiter l'utilisation quotidienne à 30 % DoD au lieu de 80 % peut quadrupler la durée de vie avant que la batterie n'atteigne 80 % de sa capacité initiale. La température joue également un rôle : une utilisation à 25 °C divise par deux les taux de dégradation par rapport à 40 °C.
Pour un équilibre optimal entre performance et durée de vie :
Le phosphate de fer et de lithium (LiFePO4) est devenu la chimie préférée pour les applications onduleur en raison de sa sécurité, sa durée de vie et sa stabilité thermique. Sa cathode robuste à base de phosphate résiste à la déstabilisation thermique, ce qui la rend intrinsèquement plus sûre que les alternatives NMC ou NCA, en particulier dans des espaces clos ou mal ventilés.
Le LiFePO4 a une densité énergétique d'environ 120 à 160 Wh par kg, ce qui est assez similaire à celle des batteries NMC, mais présente toutefois d'importants avantages en termes de stabilité sous chaleur et produits chimiques. Un grand avantage est qu'il ne contient pas de cobalt toxique, rendant tout le processus de recyclage bien plus simple et réduisant ainsi les dommages environnementaux. Ce qui rend ce type de batterie encore plus remarquable, c'est sa structure en phosphate qui ne libère pas d'oxygène lorsque la température monte trop, limitant ainsi considérablement les risques d'incendie. Pour les personnes souhaitant installer des systèmes solaires domestiques ou mettre en place des solutions énergétiques dans des zones reculées, ces caractéristiques signifient que les batteries LiFePO4 sont souvent considérées comme une option plus sûre par rapport aux alternatives, d'autant plus qu'elles ont tendance à durer plus longtemps sans tomber en panne de manière inattendue.
Les batteries LiFePO4 délivrent couramment 2 000 à 5 000 cycles et plus à 80 % de profondeur de décharge (DoD), durant souvent deux fois plus longtemps que leurs homologues NMC. Cela les rend idéales pour des applications nécessitant un cyclage quotidien, telles que le stockage solaire et les systèmes d'alimentation de secours. Leur résilience thermique leur permet de fonctionner en toute sécurité dans des environnements à refroidissement passif, réduisant ainsi le besoin de systèmes de ventilation actifs requis par des chimies moins stables.
Malgré un coût initial plus élevé, les batteries LiFePO4 présentent des dépenses réduites sur l'ensemble de leur durée de vie grâce à leur longévité accrue — souvent supérieure à huit ans avec une dégradation minimale. Les analyses du cycle de vie montrent que les coûts de stockage amortis descendent en dessous de 0,06 $/kWh après trois ans d'utilisation, les rendant plus économiques que les remplacements fréquents des batteries au plomb ou des modèles NMC intermédiaires.
La température joue un rôle important dans le vieillissement des batteries au fil du temps. Lorsque l'on compare des températures autour de 40 degrés Celsius à des températures plus modérées de 25 degrés, on observe une perte de capacité environ deux fois plus rapide. Cela s'explique par une croissance plus rapide de la couche d'interphase électrolytique solide (SEI) et une augmentation du phénomène de dépôt de lithium. À l'inverse, lorsque la température baisse, les ions se déplacent plus lentement à travers la batterie, ce qui réduit leur capacité à délivrer de la puissance de manière efficace pendant les cycles de décharge. Des recherches indiquent qu'en maintenant les batteries entre 20 et 30 degrés Celsius, à l'aide de méthodes de refroidissement passives ou d'un système actif de gestion thermique, on peut prolonger leur durée de vie utile d'environ 38 pour cent, selon plusieurs études menées dans ce domaine. Pour toute personne gérant des installations de batteries, il est conseillé de les maintenir à l'abri de l'exposition directe au soleil et de s'assurer qu'il y ait une bonne circulation de l'air autour des batteries.
La durée de vie des batteries tend à être plus longue si l'on maintient la tension maximale de charge sous 4,1 volts par cellule et si l'on s'assure que la décharge ne tombe pas en dessous de 2,5 volts par cellule. Lorsque les batteries fonctionnent entre 20 % et 80 % d'état de charge, plutôt que de passer de vide à pleine charge, cela réduit presque la dégradation de la batterie de moitié, car cela empêche les électrodes internes de subir des contraintes. Une décharge à des courants élevés supérieurs à 1C peut accélérer le vieillissement de la batterie d'environ 15 à peut-être même 20 % par rapport à l'utilisation de taux de décharge plus modérés autour de 0,5C. Les bons systèmes de gestion de batterie dotés de fonctionnalités intelligentes de charge ajustent leurs paramètres de tension en fonction des variations de température, ce qui aide à minimiser l'usure au fil du temps. Cependant, tous les systèmes ne se valent pas, donc le choix d'un système s'adaptant bien aux différentes conditions fait une grande différence sur les performances à long terme.
Pour préserver l'état de la batterie pendant les périodes d'inactivité :
Ces pratiques peuvent retarder le vieillissement de 12 à 18 mois. Les systèmes de surveillance à distance alertent en cas de pics de température ou d'anomalies de tension, permettant une maintenance proactive. Un système de gestion des batteries (BMS) bien intégré reste la meilleure protection contre les défaillances précoces.
Utilisez cette formule pour déterminer la capacité requise :
Watt-heures (Wh) = Charge de l'onduleur (W) × Durée d'utilisation souhaitée (heures)
Pour une charge de 1 000 W nécessitant 5 heures de secours, vous avez besoin d'au moins 5 000 Wh. Étant donné que les batteries lithium-ion supportent un taux de décharge de 80 à 90 % (contre 50 % pour les batteries au plomb), vous pouvez utiliser une plus grande partie de leur capacité nominale. Prévoyez une marge de 20 % supplémentaire pour compenser les pertes d'efficacité et les pics de demande.
| Taille du système | Tension recommandée | Plage de capacité (Ah) |
|---|---|---|
| Petit foyer (500 W–1 kW) | 24 V ou 48 V | 50 Ah–100 Ah |
| Moyen foyer/bureau | 48V | 100 Ah–200 Ah |
| Usage commercial/intensif | 48 V ou 60 V | 200Ah–400Ah |
Il est important de s'assurer que la tension de la batterie correspond à celle attendue par l'onduleur sur son côté d'entrée. Prenons un exemple : une batterie 48V doit fonctionner avec un système onduleur 48V. Lorsque ces composants ne sont pas compatibles, l'efficacité s'en trouve réduite au mieux, et des dommages matériels peuvent survenir au pire. Un autre point important à vérifier est la capacité de la batterie à supporter les pics soudains de puissance qui surviennent lors du démarrage des moteurs ou de l'utilisation de compresseurs. Ces surtensions nécessitent généralement 2 à 3 fois la puissance normale en fonctionnement. Les batteries au lithium fer phosphate (LiFePO4) ont tendance à mieux performer dans ce domaine, car elles présentent une résistance interne plus faible par rapport à d'autres types. Si une personne souhaite disposer de fonctionnalités intelligentes de surveillance, elle devrait rechercher des systèmes prenant en charge des protocoles de communication tels que le bus CAN ou le RS485. Ceux-ci permettent de suivre en permanence des paramètres critiques tels que les niveaux de tension, les mesures de température et l'état de charge (SoC) pendant tout le fonctionnement.
En associant capacité, chimie et conception du système, votre batterie lithium-ion pour onduleur délivrera une énergie de secours sûre, efficace et durable.
Les batteries lithium-ion offrent une densité énergétique plus élevée, une durée de vie en cycles plus longue et des performances supérieures aux températures extrêmes par rapport aux batteries au plomb-acide.
Le LiFePO4 est privilégié en raison de sa sécurité, de sa stabilité thermique et de sa durée de vie en cycles prolongée, ce qui le rend idéal pour des cycles fréquents dans les installations onduleurs.
Les températures élevées accélèrent la dégradation, tandis que les températures plus fraîches améliorent la durée de vie. Il est essentiel d'optimiser la température entre 20 et 30 °C pour préserver la santé de la batterie.
Pour une meilleure longévité, limitez la profondeur de décharge (DoD) des batteries LiFePO4 à ≤80 % et celle des chimies NMC/NCA à ≤60 %. Respecter ces limites réduit la contrainte subie par la batterie et améliore sa durée de vie.
Maintenez des niveaux de charge optimaux, évitez les températures extrêmes et utilisez des cycles partiels pour prolonger la durée de vie de la batterie et prévenir sa dégradation.