Fonctionnalité d'analyse kWh : anomalies thermiques dans les systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) : 75 % des sites présentent des signes précurseurs de risques HVAC

Dans le cadre de l'exploitation d'installations de stockage d'énergie par batterie (BESS), l'analyse par jumeau numérique réalisée par PowerUp sur 8 sites à grande échelle totalisant 596 MWh et 149 conteneurs montre que 75 % des sites ont connu au moins une anomalie thermique HVAC, tandis que 21 % des conteneurs ont été touchés. Cela correspond à environ 0,5 incident par conteneur et par an. Les défaillances des systèmes de gestion thermique ne sont pas rares ; Clean Energy Associates a constaté des défaillances dans 15 % des unités BESS auditées dans une étude de 2024.

HVAC peuvent avoir plusieurs origines : des erreurs de configuration logicielle, des défaillances matérielles (telles qu'une pression insuffisante du fluide frigorigène) ou des facteurs externes (tels que des coupures de courant). Les écarts de température réduisent les performances et peuvent déclencher des arrêts de sécurité ; ils risquent de devenir plus fréquents à mesure que les températures mondiales fluctuent. S'ils ne sont pas maîtrisés, ils augmentent la contrainte exercée sur le système et contribuent à un emballement thermique.

Mécanismes d'emballement thermique

La technologie au lithium fer phosphate (LFP) est largement utilisée dans les systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) en raison de son profil de sécurité. Afin de mieux comprendre son comportement thermique, PowerUp a mené des essais de emballement thermique en collaboration avec le CEA-Liten afin de déterminer la température d'amorçage de chaque cellule, à partir de laquelle les réactions exothermiques commencent, et à partir de laquelle un emballement thermique peut se produire.

La température de déclenchement marque le seuil à partir duquel une intervention s'impose. Bien que les cellules LFP présentent des températures de déclenchement plus élevées que celles d'autres composés chimiques (figure 1), elles restent exposées à un risque d'emballement thermique si la température continue d'augmenter. Des essais au niveau des cellules montrent que 90 °C est la température de déclenchement typique de l'emballement thermique pour la composition chimique LFP dans des conditions adiabatiques (sans échange thermique). Toute température supérieure à 70 °C nécessite une attention immédiate.

Figure 1 : Évolution de la température au cours d'un essai de surchauffe, selon une procédure « Heat-Wait-Seek » dans un calorimètre adiabatique ; source : [PowerUp / CEA-Liten].

Pour pallier les limites de la surveillance basée sur des seuils, PowerUp met en place un jumeau numérique thermique pour chaque système de stockage d'énergie par batterie (BESS). Ce modèle combine les principes électrochimiques et l'apprentissage automatique afin de déterminer le comportement thermique attendu du BESS en conditions de fonctionnement, notamment en fonction du courant au niveau du rack, de la température et des points de consigne du système de refroidissement.

Les anomalies observées sont fréquentes et persistantes : 70 % d'entre elles ont duré plus d'une journée, pouvant aller jusqu'à 43 jours. Après une courte période d'apprentissage, le modèle détecte les écarts par rapport aux tendances de température attendues. Ces écarts apparaissent plusieurs jours, voire plusieurs semaines, avant que les seuils de sécurité ne soient atteints, ce qui permet de détecter rapidement les anomalies liées au refroidissement et à la gestion thermique.

Le modèle s'adapte aux variations saisonnières, aux modes de fonctionnement et au vieillissement, ce qui permet d'intervenir de manière corrective avant que des arrêts ne se produisent ou que les contraintes thermiques n'atteignent des limites critiques. La détection précoce de ces écarts thermiques minimise les perturbations et les risques pour la sécurité, permettant ainsi aux équipes chargées des installations d'étudier les dérives de refroidissement ou les comportements thermiques anormaux tant que les systèmes restent stables.

Le fait de fonctionner en s'éloignant des limites de sécurité réduit l'exposition globale aux risques tout en préservant la disponibilité et les performances. La détection précoce contribue à atténuer les risques et à optimiser la rentabilité à long terme des actifs.

L'évaluation complète des risques liés à l'énergie solaire réalisée par kWh Analytics pour 2026 peut être téléchargée ici.