Chambre climatique pour les essais de batteries

Les batteries au lithium rechargeables sont appelées à être de plus en plus utilisées dans le monde moderne, notamment dans les voitures électriques.

Cependant, en raison de leurs caractéristiques techniques, elles sont soumises à une série de tests rigoureux afin de déterminer leur cycle de vie, de prévenir les dysfonctionnements et d'atténuer leur impact environnemental. Ces tests comprennent notamment des essais en chambre climatique.

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Que sont les batteries au lithium rechargeables ?

Également connues sous le nom de batteries lithium-ion, ce type de batterie a été proposé pour la première fois dans les années 1970 par le chimiste américain John Goodenough, une idée pour laquelle il a récemment remporté le prix Nobel de chimieen 2019, avec ses collègues Stanley Whittingham et Akira Yoshino.

En réalité, de réels progrès ont été accomplis dans ce domaine au cours des vingt dernières années, période durant laquelle l'applicabilité de la technologie et sa production à grande échelle ont été vérifiées.

Les batteries lithium-ion rechargeables utilisent un composé de lithium sur la cathode et du graphite ou du titanate de lithium sur l'anode. Elles peuvent être fabriquées dans de nombreuses formes et tailles et sont donc utilisées pour une grande variété d'applications. De plus, grâce à leur faible effet mémoire, elles figurent parmi les batteries rechargeables les plus durables connues.

Quels secteurs sont impliqués dans de bactérieset de chambres climatiques ?

Comme nous l'avions anticipé, le principe du stockage du lithium peut être mis en œuvre à différentes échelles, fournissant de l'énergie à des appareils et des machines très différents: du téléphone portable que nous tenons dans notre main aux avions de ligne, en passant par les voitures électriques.

Par conséquent, l'électronique grand public, l'ingénierie militaire et aérospatiale et l'automobile sont des secteurs impliqués dans la recherche sur les batteries lithium-ion et les tests de sécurité associés en chambres climatiques.

Actuellement, le secteur automobile semble être le plus prometteur et le plus en expansion, notamment en raison de certains accidents et dysfonctionnements survenus dans d'autres secteurs ces dernières années.

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Quelles sont les normes qui régissent les tests de batteries en chambre climatique ?

La législation relative aux batteries lithium-ion rechargeables est un sujet d'actualité brûlant, à tel point qu'en février 2021, un nouveau projet de loi a été proposé à l'examen de l'Union européenne.

Toutefois, certains secteurs ont déjà élaboré leurs propres lignes directrices. Le secteur automobile, par exemple, se réfère au texte d'EUCAR, le européen de l'automobile.

Mis à jour en 2019, le texte réglemente la construction et la mise en œuvre des batteries lithium-ion rechargeables, en accordant une attention particulière aux exigences de sécurité qui sont élaborées grâce à des tests appropriés en chambre climatique.

Comment fonctionnent les tests de batteries en chambre climatique ?

L'un des principaux facteurs de risque pour les batteries lithium rechargeables est la chaleur.

Les températures élevées et l'exposition directe au soleil affectent à la fois la durée de vie (le nombre de cycles de charge varie de 400 à 1200) et le fonctionnement lui-même, provoquant des dysfonctionnements et même des explosions.

Les tests effectués sur les batteries en chambres climatiques visent principalement à vérifier leur durée de vie et à prévenir ces incidents. 

Les premiers sont appelés tests de vieillissement accéléré et les seconds tests de fatigue.

En ajustant correctement la température interne de la chambre climatique, il est possible de simuler des situations réelles auxquelles la batterie pourrait être confrontée en utilisation. L'EUCAR a établi sept niveaux de risque pour évaluer les résultats des tests, le niveau zéro signifiant l'absence d'effet et le niveau sept, une explosion .

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La chambre climatique FDM pour les essais de batteries

La chambre climatique FDM peut effectuer tous les tests de batterie que nous avons mentionnés et est équipée d'une simple et intuitive qui permet à l'opérateur de contrôler entièrement le processus.

FDM peut fournir des chambres climatiques pour les tests de batteries avec certification ATEX et/ou de niveau de danger.

Si vous souhaitez en savoir plus sur les niveaux de danger EUCAR, vous pouvez consulter cette page. 

De plus, pour des besoins spécifiques, nous pouvons construire une chambre climatique sur mesure. N'hésitez pas à nous contacter.

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Sources fiables et liens externes

Pour plus d'informations sur la réglementation relative à la sécurité et aux tests de performance des batteries au lithium :

• Règlement type des Nations Unies — Manuel d’épreuves et de critères (ONU 38.3) — Essais obligatoires pour le transport des batteries au lithium par voie aérienne, maritime et routière.
• CEI 62133 — Exigences de sécurité pour les piles au lithium secondaires scellées portables.
• CEI 62660 — Cellules lithium-ion secondaires pour la propulsion des véhicules routiers électriques (VE).
• UL 1642 / UL 2054 — Norme de sécurité américaine pour les cellules et les blocs de batteries.
• Règlement CEE-ONU n° 100 — Homologation des véhicules électriques à batterie (homologation européenne des véhicules électriques).

Questions fréquentes concernant les tests de batteries en chambre climatique

Quels tests sont nécessaires pour commercialiser une batterie au lithium ?

Pour le transport uniquement, la norme UN 38.3 est obligatoire dans le monde entier (IATA, IMDG, ADR) et comprend 8 tests, notamment en altitude, contre les chocs thermiques, les vibrations, les impacts, les courts-circuits et la surcharge. Pour la commercialisation auprès des consommateurs, les normes IEC 62133 (Europe) ou UL 1642/2054 (États-Unis) sont également requises. Pour les batteries de véhicules électriques, les normes IEC 62660 et UNECE R100. En savoir plus sur la norme UN 38.3.

Quelle est la plage de températures standard pour les tests de batteries ?

La plupart des normes exigent des essais entre -40 °C et +85 °C, certains essais extrêmes atteignant +150 °C (enceinte chaude UN 38.3). Pour les cycles de charge/décharge en chambre climatique, la plage typique est de -20 °C à +60 °C. Les enceintes dédiées aux batteries FDM supportent la plage de -70 °C à +180 °C et sont équipées d'une protection active contre l'incendie (confinement de l'emballement thermique).

Pourquoi des compartiments à batteries spéciaux sont-ils nécessaires ?

Les batteries au lithium soumises à des contraintes peuvent subir un emballement thermique : une réaction en chaîne avec émission de gaz toxiques/inflammables, de fumées denses et risque d’explosion. Les chambres de batteries FDM dédiées intègrent une extraction forcée des fumées, des panneaux de décompression, un système de détection des gaz (limite inférieure d’explosivité), un refroidissement d’urgence et des parois renforcées conformes à la norme IEC 62619 relative aux batteries industrielles.

Peut-on tester les batteries à semi-conducteurs dans les mêmes chambres ?

Oui, les chambres climatiques et les bancs d'essai environnementaux conviennent à toutes les technologies de batteries (Li-ion, LiPo, à l'état solide, Li-métal, Na-ion). Les protocoles et les plages de test varient : les batteries à l'état solide tolèrent des températures plus élevées (jusqu'à 150-200 °C) et sont moins sujettes à l'emballement thermique, mais nécessitent néanmoins une qualification complète selon la norme CEI 62660 ou les nouvelles éditions en cours d'élaboration (CEI 63338).