Cependant, leur expansion rapide a mis en lumière deux défis essentiels : la prévention des incendies et la gestion thermique. Ces deux aspects sont étroitement liés aux performances, à la sécurité et à la durée de vie des systèmes reposant principalement sur des batteries lithium-ion.
Cet article présente les principales tendances technologiques et d'ingénierie relatives à la sécurité thermique et à la prévention des incendies dans les systèmes de stockage d'énergie par batteries (BESS).
1. Risques thermiques et d'incendie dans les BESS
Les principaux mécanismes de défaillance thermique dans les systèmes de stockage d'énergie sont les suivants :
1.1 Emballement thermique (AT)
Processus accéléré au cours duquel la température d'une cellule augmente rapidement en raison d'une réaction exothermique interne. Ce phénomène peut se propager aux cellules adjacentes en l'absence d'une isolation ou d'un contrôle thermique adéquat.
1.2 Propagation thermique
Se produit lorsque l'AT d'une cellule induit l'atteinte de la température critique par d'autres cellules, générant un événement majeur difficile à maîtriser.
1.3 Défaillances électriques
Surcharge
Court-circuit interne
Court-circuit externe
Dommages mécaniques
1.4 Accumulation de gaz inflammables
Lors de défaillances internes, les cellules peuvent libérer des gaz combustibles (HF, CO, H₂), augmentant ainsi le risque d'inflammation.
Face à l'augmentation de ces risques, l'industrie s'oriente vers des solutions plus avancées et innovantes.
2. Tendances en matière de prévention des incendies dans les systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS
)
2.1 Capteurs avancés et surveillance prédictive
La surveillance des paramètres critiques ne se limite plus à la tension, au courant et à la température. Parmi les nouvelles tendances, on peut citer :
les capteurs de particules et de composés organiques volatils (COV) ;
les algorithmes d'apprentissage automatique pour détecter les schémas de dégradation ;
l'intégration du système de gestion du batterie (BMS) avec une intelligence artificielle (IA) qui prédit les pannes plusieurs heures ou jours à l'avance.
2.2 Barrières physiques pour limiter la propagation
Pour prévenir la propagation thermique :
plaques isolantes en céramique ;
mousses intumescentes ;
isolateurs en aérogel et matériaux microporeux ;
modules avec séparateurs entre les cellules remplis de matériaux incombustibles.
La tendance est aux conceptions modulaires capables de contenir un incident au niveau de la cellule.
2.3 Extinction chimique spécifique pour les batteries
Les systèmes modernes comprennent :
des agents d'extinction liquides non conducteurs ;
des aérosols condensés pour l'inhibition chimique ;
des agents d'extinction fluorocarbonés respectueux de l'environnement ;
des solutions hybrides de brouillard d'eau et d'agent chimique.
Les systèmes doivent agir avant l'inflammation, en phase de dégagement gazeux.
2.4 Ventilation dirigée et gestion des gaz
Le dégagement de gaz doit être correctement géré :
conduits de ventilation avec soupapes de décharge,
chambres internes pressurisées contrôlées,
ventilateurs d’extraction évacuant les gaz de l’armoire ou du conteneur.
Les normes UL 9540A et NFPA 855 encadrent ces conceptions.
3. Tendances en matière de gestion thermique des systèmes de stockage d’énergie par batterie (BESS)
3.1 Systèmes de refroidissement liquide
Le refroidissement liquide est de plus en plus répandu en raison de son rendement thermique élevé et de son uniformité :
circuits fermés avec fluides frigorigènes à base de glycol ou de diélectrique,
plaques froides intégrées dans les modules,
systèmes redondants pour une fiabilité accrue.
Ils permettent d’obtenir des températures homogènes (< 5 °C) entre les cellules.
3.2 Matériaux d’interface thermique (TIM) de nouvelle génération
Les TIM avancés visent à minimiser la résistance thermique :
silicones thermiques à haute conductivité (> 8 W/m·K),
films de graphite flexibles,
matériaux composites à base de céramiques nanostructurées.
La tendance est à des matériaux plus stables, présentant une dégradation moindre lors des cycles thermiques.
3.3 Refroidissement par immersion
Les fluides diélectriques permettent l’immersion des cellules ou de modules entiers :
réduction des points chauds.
Évacuation rapide de la chaleur lors d'événements thermiques.
Protection incendie renforcée.
Bien qu'encore émergente, cette solution est prometteuse pour les systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) de forte puissance.
3.4 Refroidissement intelligent piloté par logiciel :
La gestion thermique est désormais intégrée au logiciel :
ajustement dynamique du débit de fluide de refroidissement ;
prédiction de la charge thermique basée sur le profil de charge/décharge ;
coordination entre le système de gestion de l'énergie (EMS) et le système de gestion du bâtiment (BMS).
L'objectif est de réduire les contraintes thermiques globales et de maximiser la durée de vie du système.
4. Nouvelles réglementations et certifications :
tendances sont également influencées par des normes de sécurité plus strictes :
UL 9540 – Systèmes de stockage d'énergie ;
UL 9540A – Évaluation de la propagation thermique ;
NFPA 855 – Installations de systèmes de stockage d'énergie ;
IEC 62933 – Sécurité des systèmes de stockage d'énergie stationnaires.
Ces normes imposent aux fabricants d'intégrer des solutions d'atténuation plus complètes.
5. Conclusions :
Le secteur des BESS évolue rapidement vers des solutions plus sûres, plus intelligentes et plus résistantes au feu, sous l'impulsion des nouvelles réglementations et de la demande croissante de systèmes de stockage d'énergie fiables. Les principales tendances sont :
la surveillance intelligente et prédictive ;
les systèmes d'extinction et de ventilation avancés ;
la conception modulaire avec des barrières thermiques efficaces.
Le refroidissement liquide et l'immersion constituent des technologies émergentes ;
intégration poussée entre l'électronique de puissance, les capteurs et les logiciels
promet une convergence des technologies qui permettra de concevoir des systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) plus durables, plus sûrs et plus efficaces, adaptés à la croissance future du réseau électrique.