SoC — State of Charge
Le State of Charge (SoC) indique le niveau de charge actuel d'une cellule ou d'un pack batterie en pourcentage de la capacité nominale. SoC 100 % signifie complètement chargé, 0 % complètement déchargé. Le BMS calcule généralement le SoC par comptage coulombique (intégration courant-temps), corrigé aux points de tension à vide. Avec LiFePO4 cela est exigeant car la courbe de décharge est presque plate sur de larges plages.
SoH — State of Health
Le State of Health (SoH) décrit l'état de vieillissement d'une batterie par rapport à son état neuf. Il se dérive de la capacité résiduelle mesurée et de la résistance interne augmentée. Un SoH de 80 % est le seuil de fin de vie (EOL) standard du secteur — le pack ne délivre alors plus que les quatre cinquièmes de sa capacité d'origine. Le SoH est la base de la planification de maintenance orientée état et des prévisions de durée de vie résiduelle.
DoD — Depth of Discharge
La Depth of Discharge (DoD) indique quelle fraction de la capacité nominale est prélevée en un cycle. Une DoD de 80 % signifie que la batterie est déchargée de 100 % à 20 % SoC. Des valeurs de DoD plus profondes réduisent significativement la durée de vie en cycle, tandis que des profondeurs de décharge plus faibles la prolongent considérablement. Dans la pratique AGV une DoD de 70–80 % est souvent choisie comme compromis entre utilisation de la capacité et durée de vie.
Taux C (C-Rate)
Le taux C normalise le courant de charge ou de décharge par rapport à la capacité nominale de la batterie. Pour un pack de 100 Ah, 1C équivaut à 100 A ; 2C équivaut à 200 A. Les taux C plus élevés génèrent plus de chaleur et sollicitent davantage les cellules, réduisant la durée de vie. Pour les applications de charge et de décharge continues, le taux C recommandé est typiquement de 0,5C à 1C ; les pics de courte durée peuvent être nettement plus élevés selon la technologie de cellule.
BMS — Système de gestion de batterie
Le système de gestion de batterie (BMS) est l'électronique de protection et de surveillance à l'intérieur du pack batterie. Il mesure les tensions des cellules, les courants et les températures, équilibre les déséquilibres entre cellules, limite le courant de charge et de décharge, et protège contre les sur- et sous-tensions ainsi que les courts-circuits. Dans le fonctionnement industriel le BMS communique via des bus de terrain comme CAN-Bus ou SMBus avec le contrôleur supérieur de la machine et fournit SoC, SoH et codes de défaut en temps réel.
LiFePO4 — Lithium fer phosphate
LiFePO4 (lithium fer phosphate, LFP) est une chimie de cellule lithium-ion avec une stabilité thermique particulièrement élevée et une longue durée de vie en cycle. La tension nominale est d'environ 3,2 V par cellule, la fenêtre de tension admissible d'environ 2,5 V à 3,65 V. Les cellules LFP ont une densité d'énergie inférieure à Li-NMC, mais sont significativement plus stables thermiquement et constituent le choix privilégié pour les applications avec de nombreux cycles complets — comme AGV, FTS ou stockage stationnaire.
Li-NMC — Lithium nickel manganèse cobalt
Li-NMC (oxyde de lithium nickel manganèse cobalt) est une chimie de cellule lithium-ion avec une haute densité d'énergie gravimétrique et volumétrique. La tension nominale est d'environ 3,6–3,7 V par cellule, la fenêtre de tension d'environ 3,0 V à 4,2 V. Li-NMC convient aux applications critiques en poids ou en espace, mais présente une stabilité thermique inférieure à LFP et impose des exigences plus élevées à la gestion thermique du pack.
LTO — Titanate de lithium
LTO (titanate de lithium) est une chimie de cellule lithium-ion dans laquelle le matériau d'anode est constitué de titanate de lithium plutôt que de graphite. Les cellules LTO se distinguent par une capacité de charge extrêmement rapide (5C–10C sont typiques), une très longue durée de vie en cycle et d'excellentes performances au froid. Cependant, la densité d'énergie est nettement inférieure à celle de LFP ou Li-NMC, ce qui limite LTO aux applications avec les exigences les plus élevées en matière de charge rapide et de durée de vie.
Équilibrage des cellules
L'équilibrage des cellules désigne la mesure du BMS pour compenser les différences de tension entre les cellules connectées en série. Dans l'équilibrage passif la cellule la plus haute est déchargée via une résistance de déperdition jusqu'à ce que les autres la rattrapent. Dans l'équilibrage actif la charge est redistribuée de la cellule la plus pleine à la plus vide — moins de pertes, mais une circuiterie plus complexe. Sans équilibrage les cellules s'écartent davantage à chaque cycle, réduisant progressivement la capacité totale du pack.
UN 38.3
UN 38.3 est la norme d'essai de transport des Nations Unies pour les cellules et batteries lithium. Elle exige une série d'essais — dont simulation d'altitude, cycles thermiques, vibrations, chocs, court-circuit externe et surcharge — avant que les batteries lithium puissent être transportées en tant que marchandises dangereuses par voie aérienne, maritime ou routière. Le fabricant doit fournir un récapitulatif d'essais ; sans celui-ci le transport n'est pas autorisé.
IEC 62619
IEC 62619 est la norme internationale de sécurité pour les cellules et batteries lithium rechargeables destinées aux applications industrielles. Elle définit les exigences de sécurité pour la conception, la fabrication et les essais, et constitue un document clé pour la conformité CE des batteries industrielles. La norme complète les essais spécifiques au produit de UN 38.3 par des exigences systémiques de sécurité pour le BMS, la protection des cellules et la résistance aux abus.
Marquage CE
Le marquage CE indique qu'un produit est conforme aux directives européennes applicables. Pour les packs batterie industriels, la Directive Basse Tension (LVD, 2014/35/UE), la Directive CEM (2014/30/UE) et, pour l'intégration dans des machines, la Directive Machines (2006/42/CE) sont pertinentes selon l'application. La déclaration de conformité est conservée par le fabricant ; sans elle le produit ne peut pas être mis sur le marché de l'EEE.
Indice de protection IP (IEC 60529)
L'indice de protection IP (Ingress Protection) selon IEC 60529 classe la protection d'un boîtier contre les corps étrangers solides et l'eau. Le premier chiffre décrit la protection contre les particules solides (0–6), le second la protection contre l'humidité (0–9K). IP54 signifie protection contre la poussière et les projections d'eau ; IP67 signifie étanche à la poussière et protégé contre l'immersion temporaire. Pour les AGV et chariots industriels en service dans des entrepôts humides ou en extérieur, IP65 ou supérieur est fréquemment requis.
Durée de vie en cycle
La durée de vie en cycle indique combien de cycles complets de charge-décharge une batterie peut supporter à une DoD et des conditions définies avant que sa capacité tombe à 80 % de la valeur neuve (critère EOL). Les cellules LFP atteignent plusieurs milliers de cycles dans des conditions favorables ; Li-NMC typiquement quelques centaines à plus d'un millier. Les températures élevées, les valeurs de DoD profondes et les taux C élevés raccourcissent la durée de vie.
Densité d'énergie
La densité d'énergie décrit l'énergie stockable rapportée à la masse (gravimétrique, Wh/kg) ou au volume (volumétrique, Wh/L). Li-NMC atteint des valeurs gravimétriques plus élevées que LFP ; LFP présente des avantages en termes de sécurité et de durée de vie. Pour les applications AGV, la densité d'énergie volumétrique est souvent déterminante car l'espace d'installation dans le châssis du véhicule est limité.
Tension nominale
La tension nominale est la tension de fonctionnement nominale d'une cellule ou d'un pack dans des conditions standard. Elle se situe entre la tension de coupure de charge et celle de décharge selon la chimie de la cellule. Pour LiFePO4 la tension nominale est d'environ 3,2 V par cellule ; un pack de 48 V se compose donc de 15 cellules LFP en série. La tension réelle aux bornes s'écarte de la valeur nominale en fonction de l'état de charge et des conditions de charge.
Capacité nominale
La capacité nominale (Ah) est la quantité de charge électrique qu'une batterie fraîchement chargée peut délivrer dans des conditions de décharge définies (température, taux C, tension de coupure). La capacité utilisable en service est inférieure à la capacité nominale en raison de la plage SoC choisie (DoD) ainsi que du vieillissement et des pénalités de température. Les fabricants spécifient généralement la capacité nominale à 0,2C et 25 °C.
CAN-Bus
Le CAN-Bus (Controller Area Network) est un protocole de bus de terrain série développé à l'origine pour l'électronique automobile et aujourd'hui largement utilisé dans les machines de travail mobiles, les AGV et les packs batterie industriels. Le BMS communique SoC, SoH, tensions des cellules, températures et codes de défaut au contrôleur supérieur via CAN-Bus. Les profils courants sont CANopen (incluant les profils batterie CiA) et J1939 pour les véhicules utilitaires.
SMBus
Le SMBus (System Management Bus) est un protocole de communication numérique basé sur I²C, développé pour connecter des systèmes à batterie intelligente (SBS) à un hôte. Il définit un ensemble standardisé de registres pour la capacité, la tension, le courant, la température et l'état de défaut. SMBus est fréquemment utilisé dans les packs batterie plus petits et les appareils portables ; pour les machines industrielles mobiles, le CAN-Bus est le choix le plus courant.
Lithium plating
Le lithium plating désigne le dépôt indésirable de lithium métallique sur l'anode en graphite, qui se produit lorsque le courant de charge est trop élevé ou que la température de la cellule est trop basse (en dessous d'environ 0 °C). Le lithium déposé forme des dendrites qui peuvent pénétrer le séparateur et provoquer un court-circuit interne. Le lithium plating est l'une des principales causes de perte de capacité irréversible et de thermal runaway.
Thermal runaway
Le thermal runaway (emballement thermique) est une réaction exothermique auto-entretenue dans une cellule lithium : la chaleur accélère les réactions de décomposition chimique qui génèrent davantage de chaleur — jusqu'au dégagement incontrôlé d'énergie, de gaz et dans les cas extrêmes d'incendie. Les déclencheurs comprennent les dommages mécaniques, la surcharge, les sources de chaleur externes ou un court-circuit interne. La gestion thermique et un circuit de protection bien conçu dans le BMS sont les contre-mesures primaires.
Tension de coupure de décharge et de charge
La tension de coupure de décharge est la limite de tension inférieure à laquelle le BMS met fin ou déconnecte le processus de décharge pour prévenir des dommages irréversibles aux cellules. La tension de coupure de charge est la limite supérieure jusqu'à laquelle la charge se déroule. Ces deux limites sont spécifiques au type de cellule : pour LFP typiquement 2,5 V (décharge) et 3,65 V (charge) par cellule. Le réglage précis de ces limites dans le BMS a un impact direct sur la capacité, la durée de vie et la sécurité du pack.