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De nos jours, il existe de nombreuses technologies de cellules électrochimiques permettant de charger rapidement des systèmes autonomes en énergie de manière durable et responsable. Ces cellules sont les composants principaux des batteries qui vont déterminer leur puissance, leur longévité ou encore leur capacité. Historiquement au plomb puis au nickel, le lithium puis l’apparition de la technologie LIC (Lithium Ion Capacitor) se sont finalement imposés des dernières années pour répondre aux problématiques de recharge rapide.
Parmi les plus populaires, on retrouve notamment la composition Nickel Manganèse Cobalt (NMC) disposant d’un excellent rapport poids/énergie, pour des cellules qualitatives tout en restant abordables. Bien qu’elles soient très répandues, les batteries lithium équipées de cellules NMC sont souvent considérées comme dangereuses en cas d’emballement thermique notamment. Pour palier à cela, il est essentiel de les accompagner des technologies adaptées. Disposant d’une composition plus stable que le NMC, la chimie Lithium Fer Phosphate (LFP) ou LiFeP04 est également très populaire de par sa longévité et son prix attractif. Cependant, le LFP dispose d’une densité énergétique 3 fois inférieure à celle du NMC, ce qui explique la concurrence des deux chimies.
De nombreuses autres technologies lithium ont fait leur apparition sur le marché, comme le Lithium Titanate (LTO). Cette dernière se distingue notamment par sa durée de vie plus importante, mais aussi par sa vitesse de rechargement exceptionnelle jusqu’à 9 fois plus rapide que les cellules standards. Dans un monde où tout va vite, la technologie hybride LIC (Lithium Ion Capacitor) permet de réaliser des charges ultra-rapides de l’ordre de quelques dizaines de secondes. Cependant, cette chimie dispose d’une densité énergétique très faible. La charge rapide est une caractéristique de plus en plus recherchée qui fait petit à petit son apparition concernant les batteries lithium, présentant un certain nombre d’avantages mais aussi d’inconvénients.
La charge ultra-rapide implique d’avoir des cellules dernière génération équipées d’une technologie spécifique présentant de nombreux avantages. Liée à la diminution du temps de recharge, cette technologie permet notamment d’une part d’optimiser la récupération des fortes énergies, pour un taux d’exploitation du système d’application plus important. D’autre part, cela permet de réduire considérablement la taille de la batterie, avec pour conséquence une réduction du Total Cost of Ownership (TCO). En effet, pour répondre aux nouveaux usages présents sur le marché, certaines batteries lithium ne nécessitent plus forcément de disposer d’une grande capacité énergétique mais au contraire de bénéficier de recharges plus fréquentes. La charge rapide apporte également une très faible autodécharge et des cycles de vie bien plus longs pour les cellules, engendrant moins de maintenance et une meilleure durabilité des systèmes énergétiques.
On réduit donc le TCO en favorisant la charge rapide qui implique de recharger plus fréquemment les applications, notamment grâce au biberonnage. Cette méthode consiste à recharger en énergie un support uniquement dans ses temps creux imposés, permettant ainsi un gain de temps d’une part grâce à la technologie des cellules autorisant la charge ultra-rapide, et d’autre part grâce au fait que l’application est rechargée pendant qu’elle n’est pas sollicitée. Par exemple, un AGV (Automated Guided Vehicle) utilisé dans un entrepôt logistique va être sollicité régulièrement pendant plusieurs années, mais sa recharge ultra-rapide fréquente n’impliquera pas une altération de sa longévité ni un temps d’attente conséquent pendant les phases de charge. Avec la charge ultra-rapide, l’AGV restera toujours en service d’une part grâce au biberonnage permettant de le recharger entre chaque utilisation, d’autre part grâce à la rapidité des recharges impliquant que celui-ci ne soit jamais à court d’énergie.
Les cellules autorisant la charge ultra-rapide disposent d’une résistante interne très faible en comparaison avec celle des cellules standards, ce qui aura pour conséquence d’éviter l’élévation de la température pendant les phases de charge. L’impact minimal de la température sur les cellules, et donc sur les batteries lithium se traduira par une durée de vie plus longue.
Bien que les cellules équipées d’une technologie de charge rapide bénéficient d’un meilleur TCO, leur coût initial reste bien plus élevé qu’une cellule standard de type NMC ou LFP. À ce premier inconvénient significatif s’ajoute la faible densité énergétique de ces cellules, conçues pour fournir non pas un condensé d’énergie exceptionnel dans un format réduit, mais une source de puissance élevée plus durable sur le long terme, cependant conditionnée dans une masse plus importante. L’équilibrage en fin de charge peut également poser problème pour la batterie lithium si celle-ci n’est pas équipée d’un système de management conséquent (BMS).
Autre inconvénient non négligeable, une charge rapide implique d’utiliser un chargeur adapté en fonction du temps de charge désiré, qui soit plus puissant qu’un chargeur standard pour être capable de supporter une puissance de charge importante entre la batterie et son application. Pour cela, une installation électrique spécifique est indispensable, ce qui représente forcément des contraintes supplémentaires que ce soit en termes de coût ou d’aménagement notamment.
Afin d’apporter une solution pertinente aux problématiques liées à la charge ultra-rapide des applications, TYVA Energie a mis au point la technologie Ultrion. Cette technologie bénéficie d’une densité énergétique 12 fois supérieure à la technologie LIC. Elle permet d’assurer à la fois une charge et une décharge ultra-rapide de l’ordre de 50 C (courant équivalent à 50 fois la capacité nominale) dans les deux phases, et autorise également une durée de vie des batteries supérieure à 10 ans.
La technologie Ultrion est compatible à ce jour avec les versions 25,2 V (7S) et 50,4 V (14S) de notre solution batterie Moduloo Ax. Ces modules peuveut être connectés en série pour réaliser des systèmes batteries haute tension atteignant les 800 V. En tant que supercondensateur lithium hybride, ce procédé dernière génération permet aux batteries lithium une recharge ultra rapide à la hauteur de 50 C en 1 minute, pour une durée de vie des cellules sans précédent allant jusqu’à 50 000 cycles.
Grâce à leurs connexions internes soudées au laser, les modules Ultrion bénéficient d’une faible Résistance Série Équivalente (ESR) permettant donc de limiter les échauffements internes. Concernant sa recharge, celle-ci opère en appliquant la méthode du biberonnage. Ainsi, la technologie Ultrion est idéale pour alimenter tous types d’applications dans divers secteurs :
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Les modules Ultrion peuvent fonctionner avec un des BMS Slave de TYVA Energie dont les fonctions sont multiples, à commencer par la remontée d’informations par le bus de communication CAN 2.0B vers le système pour permettre une optimisation du fonctionnement de l’application. De plus, le BMS va permettre une gestion optimale de l’énergie pendant les phases de charge et de décharge, mais également de l’équilibrage des cellules afin d’augmenter leur durabilité et l’énergie disponible.
En plus de la technologie de charge ultra-rapide Ultrion, TYVA Energie maîtrise également les chimies NMC et LFP en version High Power qui sont les cellules standards déjà présentes dans nos batteries lithium.
| Type de cellule | |||||
| Chimie | |||||
| Poids | |||||
| Tension nominale | |||||
| Tension de la batterie | |||||
| Capacité nominale | |||||
| Energie nominale | |||||
| Densité énergétique | |||||
| Résistance interne (AC) | |||||
| Temps de charge à 20°C | |||||
| Nombre de cycles avec 80% du DOD | |||||
| Coût initial | |||||
| Durée de vie (1 cycle par jour) | |||||
| Total Cost of Ownership (TCO) | |||||
| Charge maximum | |||||
| Décharge maximum | |||||
| Température de charge | |||||
| Température de décharge | |||||
| Température de stockage |
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