Essentielpour garantir les performances optimales de votre BESS - mais aussi un élément important de la gestion de la garantie, le respect des conditions de fonctionnement nominales est un élément intrinsèque de la gestion des actifs de la batterie. Cet article explique l'importance du respect des conditions nominales et la manière dont Battery Insight® peut faciliter ce processus, en protégeant vos actifs, en réduisant la dégradation des cellules et en stoppant les fuites de revenus (tout en satisfaisant votre assureur !). |  |
Première partie.
Comprendre l'importance des conditions nominales.
Les conditions nominales (parfois appelées "enveloppe de fonctionnement") sont mises en place par les fabricants pour définir les paramètres optimaux de sécurité, d'efficacité et de longévité des batteries. Ces paramètres stricts, définis contractuellement, fixent les conditions dans lesquelles un système de batterie est censé fonctionner de manière efficace et sûre. Les conditions nominales sont les "réglages d'usine" d'une machine complexe. Ce sont les paramètres que le fabricant a déterminés comme étant la base parfaite : ni trop chaud, ni trop froid, ni trop rapide. Ils représentent le point de départ établi qui a fait ses preuves. C'est le "point idéal" qui, lorsqu'il est atteint, garantit que le BESS fonctionne de la manière la plus sûre et la plus efficace à court et à long terme.
Veillez à vous tenir au courant des conditions nominales pour des raisons de sécurité et de preuve de responsabilité.
Les fabricants de batteries jouent un rôle prépondérant dans la définition des conditions nominales, mais les compagnies d'assurance les évalueront soigneusement, car ce sont elles qui, en fin de compte, doivent payer la facture si les choses tournent mal.
Deux types de garantie seront généralement proposés aux opérateurs de BESS :
- Garanties du fabricant (garantie): La garantie de performance garantit l'état de santé des systèmes de batteries pendant une période déterminée (souvent entre 10 et 15 ans) uniquement à condition que l'opérateur respecte les conditions nominales prédéfinies.
- l'assurance (qui couvre les catastrophes et les forces extérieures) : Les BESS sont considérés comme des actifs à haut risque, principalement en raison du risque d'incidents de sécurité liés à l'emballement thermique et à l'incendie. La preuve positive du respect des conditions nominales peut aider les gestionnaires d'actifs de batteries à obtenir des primes moins élevées. De même, en cas d'incident de sécurité, le respect des conditions nominales par les opérateurs sera examiné dans le cadre d'une éventuelle demande d'indemnisation.
Il est important de noter que les assureurs examineront également de près la garantie mise en place dans le cadre d'un projet BESS. Une solide garantie du fabricant réduit le risque pour l'assureur, ce qui peut conduire à des conditions plus favorables pour le gestionnaire des actifs de la batterie.
Le respect des conditions nominales est donc une condition préalable à la gestion du parc de batteries.
Quelles sont les principales conditions nominales ?
- Plage de température
- Plage de tension
- Taux C (courant normalisé par rapport à la capacité nominale) ou taux de puissance
- Plage de l'état de charge (SOC)
Vous trouverez un aperçu détaillé des conditions nominales pour cet article, y compris les définitions de chacune d'entre elles, à la fin de cet article (annexe 2).
Conditions générales et critères de garantie : Quelle est la différence ?
Utilisation générale et gestion de la garantie
Battery Insight® fournit des données de rapport sur les conditions de fonctionnement à l'aide d'indicateurs clés de performance tels que la répartition de l'utilisation, le rendement énergétique, le nombre de cycles équivalents complets, la température moyenne, le SOC moyen et la DOD moyenne, qui sont calculés automatiquement pour la période sélectionnée (soit l'historique complet de l'actif, soit une tranche de temps spécifique).
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Figure 1 : Surveillance des conditions générales et nominales avec le tableau de bord de gestion de l'utilisation et de la garantie de Battery Insight® - voir l'annexe 1 pour plus d'informations. |
La gestion et le suivi des conditions générales et nominales sur Battery Insight® sont simples. Les mesures pour les conditions nominales sont incluses avec les KPI pour toutes les conditions de fonctionnement et nominales sur le même tableau de bord intuitif.
Deuxième partie.
Ne laissez pas le "sweet spot" tourner à l'aigre : Gérer les conditions non nominales.
Battery Insight® calcule les conditions de fonctionnement qui sortent des limites prévues pendant la charge, la décharge ou les états de repos, et présente les détails de ces informations visuellement, par le biais de cartes thermiques. Vous pouvez voir cette tuile ci-dessus dans la figure 1.
En termes simples, cela signifie que vous disposez de toutes les informations dont vous avez besoin, clairement communiquées sur une interface intuitive pour vous assurer que vous restez dans le "sweet spot".
Cartes thermiques : Une rétrospective visuelle de l'adhésion aux conditions nominales
Suivre les conditions nominales critiques de charge/décharge d'un simple coup d'œil dans les cartes thermiques de Battery Insight®.
Les cartes thermiques sont une représentation visuelle, dans Battery Insight®, de l'enveloppe de fonctionnement pour la charge/décharge et le repos. Elles sont utiles aux opérateurs de BESS car elles permettent de surveiller les conditions d'utilisation réelles, rapidement et facilement. Ils visualisent les cycles de repos, de charge et de décharge de la batterie et permettent au Battery Asset Manager de comparer rapidement ces données avec les conditions d'utilisation prédéfinies (conditions nominales). Ces paramètres peuvent être facilement modifiés par les utilisateurs et les calculs sont alors automatiquement mis à jour.
 Figure 2 : Vue d'ensemble des mesures des conditions hors normes pour trois modes : Repos/charge/décharge | Un premier tableau de bord illustre l'état actuel des modules par rapport aux conditions nominales dans trois domaines : repos, charge, décharge. |
 Figure 3 : Carte thermique de Battery Insight® indiquant qu'il n'y a pas de mesures en dehors des conditions nominales. | En cliquant sur chaque niveau (repos/charge/décharge), l'utilisateur peut alors plonger dans un nouveau niveau d'information pour chaque mode. L'image de gauche (une capture d'écran de Battery Insight®) montre la relation entre l'état de charge et la température au fil du temps, par rapport aux conditions nominales. Chaque pixel est classé dans une couleur représentative du temps passé dans une condition donnée. En passant la souris sur le graphique, l'utilisateur peut identifier le temps passé à une température donnée et l'état de charge de chaque zone spécifique de la carte thermique. |
Le cadre vert à l'extérieur de la carte thermique indique les conditions nominales dans lesquelles les batteries sont autorisées à fonctionner. Il en résulte une vue d'ensemble des conditions du cycle de repos par rapport à l'enveloppe de fonctionnement du fabricant de la batterie.
Cette analyse peut être affinée en choisissant la période de temps requise pour l'analyse : Six mois/1 an/2 ans/5 ans/10 ans/ Durée de vie totale du module, ou une période définie par une date de début et une date de fin.
Dans ce cas, nous pouvons voir clairement qu'il n'y a pas de problème. Les batteries n'ont pas dépassé leurs conditions nominales et il n'y a pas de valeurs aberrantes.
 | Dans la figure 4, pour les batteries en cours de décharge, la carte thermique illustre le courant de décharge (en ampères) et le taux C en fonction de la température. Comme ci-dessus, le rectangle vert indique les conditions nominales. Nous constatons à nouveau que les batteries fonctionnent comme prévu, sans dépassement des conditions nominales. |
 Figure 4 : Carte thermique de charge/décharge nominale à l'intérieur de l'enveloppe de fonctionnement efficace pour la batterie en cours de décharge |
Détection automatique des dépassements : Que faut-il vérifier ?
Ce que l'on voit lorsqu'il y a violation des conditions nominales.
Cas d'utilisation n° 1 : Dépassements actuels.
 Figure 5 : Vue d'ensemble des cycles de repos/charge/décharge pour les conditions non nominales | L'aperçu global, les mesures initiales affichées sur Battery Insight® indiquent clairement que si le BESS fonctionne efficacement pendant les cycles de repos et de charge, il y a des problèmes évidents en ce qui concerne les conditions nominales du cycle de décharge. Le cycle de décharge se déroule à 23 % en dehors des conditions nominales. |
 Figure 6 : Décharge du taux C en dehors des conditions nominales | D'un simple clic, l'opérateur de la batterie peut faire apparaître la carte thermique pour visualiser une macro-analyse de la performance de décharge des batteries. La figure 6 montre que le taux C dans la décharge devrait être limité à C/4 (0,25C) alors qu'il atteint en fait 0,35C. Bien que cette différence puisse être considérée comme insignifiante en termes d'utilisation, elle peut contrevenir à la garantie du fabricant de la cellule. |
Cas d'utilisation n°2 : Repos/Charge/Décharge - Dépassements de température extrêmes
 | La plage de température de fonctionnement optimale pour le BESS étudié dans ce cas d'utilisation est de 15°C-21°C. La figure 7 montre l'utilisation réelle du BESS, illustrant des dépassements de température significatifs. La carte thermique montre clairement que la température a dépassé le périmètre de sécurité défini par les conditions nominales du fabricant avec une certaine marge. En outre, le BESS Asset Manager aurait violé toute garantie de performance ou de sécurité mise en place, ce qui aurait entraîné la nullité de tout contrat de performance ou de sécurité. |
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 Figure 7 : Dépassement extrême de la température du BESS pour les cycles de repos/charge/décharge |
Troisième partie.
La rupture des RUL : L'impact à long terme du non-respect des conditions nominales.
Le dépassement des conditions nominales peut avoir un impact négatif sur la durée de vie du BESS et contrevenir aux obligations contractuelles de garantie. Ce qu'il faut surveiller...
Dans ce dernier chapitre, nous examinerons différents profils de dépassement de température, en utilisant l'exemple des études de cas 2 et 3 de la section précédente, pour illustrer les résultats très différents de la durée de vie utile restante qui peuvent découler de chacun d'entre eux.
Les dépassements des conditions nominales illustrés dans cet article sont importants pour deux raisons :
- L'exploitation des BESS en dehors de leurs conditions optimales de fonctionnement peut avoir un impact à long terme sur le vieillissement cyclique (dégradation due à l'utilisation) ainsi que sur le vieillissement calendaire (dégradation au fil du temps). Cela peut affecter le retour sur investissement des opérateurs ou des propriétaires de BESS (planification commerciale à long terme) et entraîner une diminution des revenus à moyen et long terme.
- Les dépassements observés sur le terrain, bien que parfois considérés comme insignifiants en termes opérationnels, peuvent risquer de pénaliser la garantie du fournisseur (ou du souscripteur de l'assurance).
Les résultats montrent que la stratégie tenant compte de la dégradation peut prolonger la durée de vie de la batterie de 5 à 8 ans et améliorer la valeur actuelle nette et le taux de rendement interne sur une période de 15 ans par rapport aux méthodes traditionnelles. Ces résultats mettent en évidence les avantages économiques des stratégies opérationnelles flexibles et sensibles à la dégradation et suggèrent que des garanties plus adaptatives pourraient accélérer l'intégration des énergies renouvelables et réduire les coûts pour les opérateurs de stockage."
Déclassement en fonction de la dégradation des systèmes de stockage d'énergie à batterie lithium-ion sur le marché de l'électricité au Royaume-Uni
(Rapport MDPI évalué par les pairs)
Selon les recherches menées par PowerUp, l'effet à long terme sur la durée de vie utile restante causé par les dépassements des conditions nominales est variable. L'effet des dépassements des conditions nominales n'est pas évident ; la dégradation des cellules varie en fonction du type de dépassement des conditions nominales.
Cette recherche démontre que certains dépassements de ces conditions, même légers, peuvent avoir un impact sur la durée de vie de la batterie (voir figure 11 ci-dessous). Inversement, d'autres violations de l'enveloppe de fonctionnement, même répétées, n'auront pas d'effet à long terme sur la dégradation des cellules. En termes pratiques, une compréhension claire de cette dynamique permettra d'améliorer l'idée du "sweet spot" grâce à l'accès à des données permettant d'identifier une "zone de performance maximale" - un nouveau moyen de gestion des BESS qui pourrait changer la donne.
Grâce à une meilleure compréhension de ces profils, les opérateurs de BESS pourront passer d'une dynamique "noire et blanche", avec des marges d'exploitabilité réduites pour les actifs des batteries, à une dynamique où la nuance opérationnelle est possible, présentant effectivement de nouvelles options pour exploiter les BESS tout en réduisant potentiellement la dégradation des cellules et en prolongeant la durée de vie des BESS.
Exemple 1 : manquements acceptables aux conditions nominales
La figure 8 ci-dessus montre les températures analysées avec Battery Insight® sur une période de six mois. Les températures dans les conditions nominales sont indiquées en vert clair et les températures hors conditions nominales sont indiquées en vert foncé.
La figure ci-dessous montre la simulation RUL pour l'utilisation réelle (vert foncé) et l'utilisation recommandée (vert clair).
Dans cet exemple, les dépassements de température observés n'influencent pas le processus de vieillissement.
*Remarque: dans cet exemple, le respect des conditions nominales est tel que les données opérationnelles et les conditions nominales (température) se chevauchent. C'est pourquoi la ligne vert foncé n'est pas visible. En résumé, le gestionnaire de parc de batteries a trouvé le bon filon.
Exemple 2 : manquements inacceptables aux conditions nominales
La figure ci-dessous montre les températures réelles sur le terrain en vert foncé et la plage recommandée en vert clair :
La figure ci-dessous est une simulation RUL illustrant l'utilisation réelle (vert foncé) et l'utilisation recommandée (vert clair) :
Conclusion : Gestion des conditions nominales
Le respect des conditions nominales est primordial pour une gestion efficace des batteries. En maintenant rigoureusement les paramètres de température, de tension, de courant et d'état de charge spécifiés, les opérateurs peuvent garantir des performances optimales, maximiser la durée de vie et maintenir la sécurité et la fiabilité des batteries. En tant que pierre angulaire de la gestion des batteries, il est également essentiel de s'assurer que toutes les obligations contractuelles relatives aux garanties liées à la sécurité et aux performances sont respectées.
Le respect constant de ces conditions minimise la dégradation, réduit le coût total de possession et consolide le rôle de la batterie en tant que composant fiable de tout système. La gestion proactive basée sur les conditions nominales est plus qu'une simple meilleure pratique ; c'est une exigence fondamentale pour réaliser le plein potentiel et la longévité des actifs précieux que sont les batteries.
Battery Insight® est une solution d'analyse de batterie entièrement équipée pour gérer ces conditions - grâce à une gamme d'outils de surveillance analytique puissants, disponibles pour des contrôles quotidiens rapides et des analyses approfondies à haute granularité.
Si vous souhaitez en savoir plus, ou si vous voulez une démonstration de Battery Insight®, contactez-nous en cliquant ici.
Pour en savoir plus : Annexes
Annexe 1 : Critères supplémentaires relatifs aux conditions nominales, à l'assurance et aux garanties (cycles, SOC et température)
Une large gamme de mesures est disponible sur Battery Insight®, en plus des cartes thermiques mentionnées précédemment, pour vous aider à gérer votre BESS et à vous assurer que votre système de stockage d'énergie reste dans le "sweet spot" défini par les conditions nominales du fabricant.
 | Cycles complets équivalents Battery Insight® calcule le nombre de cycles complets de la batterie sur la période sélectionnée* et l'affiche par jour, par mois ou par an. Cela signifie que vous pouvez rapidement faire le point sur l'intensité de votre utilisation de la batterie* Six mois/1 an/2 ans/5 ans/10 ans/La durée de vie totale du module, ou une période spécifique donnée. |
 | Vous pouvez même aller plus loin dans le détail en analysant cette performance au niveau suivant, avec des ICP pour des cycles complets équivalents pour tous les modules d'un rack. |
 | Moyenne journalière État d'accusation Vous pouvez contrôler votre SOC moyen quotidien, en un instant, pour vérifier le respect des conditions nominales. |
 | Température moyenne Si vous n'avez pas besoin des détails offerts par la carte thermique et que vous souhaitez simplement comprendre la température moyenne de votre BESS, de vos racks ou de vos modules à la volée, cette information est également disponible. |
Définitions des conditions nominales : Annexe deux
État nominal | Importance |
Plage de température : La température optimale de l'environnement et de la cellule est souvent citée comme étant comprise entre 15 et 35°C pour les batteries lithium-ion (BESS). Cette plage est plus large pour les applications de mobilité électrique. | Le non-respect de ces conditions augmente le risque de dégradation chimique et de perte irréversible de capacité. Les températures élevées sont l'un des principaux facteurs d'emballement thermique. |
Plage de tension : Les niveaux de tension minimum et maximum de sécurité pour la charge et la décharge. | Les plages de tension des BESS sont étroites. Une surtension peut entraîner un emballement thermique direct ou un placage du lithium, des courts-circuits potentiels et, en fin de compte, un emballement thermique. Une sous-tension peut entraîner une perte de capacité permanente et grave. |
Taux C (courant normalisé à la capacité nominale) : Le taux de courant de charge et de décharge spécifié par rapport à la capacité nominale de la batterie. | Le taux C est un facteur essentiel de la vitesse de dégradation de la batterie et, en tant que tel, un paramètre crucial de la garantie du fabricant. Un taux C élevé peut entraîner une augmentation de la production de chaleur et un risque d'emballement thermique. Il augmente encore le risque de placage du lithium et, en fin de compte, de court-circuit et/ou d'emballement thermique. Cette limitation peut également être exprimée en termes de taux de puissance, c'est-à-dire la puissance maximale nominale pour la charge et la décharge. Comme le courant, elle est essentielle pour la sécurité, la longévité, l'efficacité et la fiabilité du BESS. |
Limites de l'état de charge (SOC) : L'état de charge minimum et maximum recommandé (par exemple de 5 % à 95 %). | Le SOC est souvent appelé "ce qu'il y a dans le réservoir". Si le SOC est "ce qu'il y a dans le réservoir", la limite du SOC fait référence à la quantité de carburant que vous pouvez laisser ou vider en toute sécurité. La limite du SOC se réfère à la quantité que vous pouvez laisser dans le réservoir, ou vider ce dernier, en toute sécurité. En ce qui concerne la tension, il existe des limites de sécurité strictes qui ne doivent pas dépasser SOC=100 ou descendre en dessous de SOC=0. Des restrictions supplémentaires peuvent parfois être appliquées pour aider à prolonger la durée de vie de la batterie.
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