Quelles certifications de sécurité sont requises pour les batteries au lithium haute performance destinées au stockage d’énergie ?

UL 1973 : Certification fondamentale de sécurité pour les modules et blocs-batteries au lithium

Champ d’application, applicabilité et exigences clés pour les systèmes de stockage d’énergie fixes

La norme UL 1973 constitue la principale directive en matière de sécurité en Amérique du Nord pour les modules et les blocs de batteries au lithium destinés à des applications fixes, telles que les systèmes de stockage d’énergie (SSE) et les alimentations sans coupure. Fondamentalement, elle vérifie si les conceptions sont capables de résister à des problèmes courants tels que les défauts électriques, les situations de contrainte thermique et les risques d’incendie. Cette norme comporte plusieurs exigences importantes à noter. Premièrement, une isolation électrique robuste doit être assurée afin d’éviter tout arc dangereux en cas de défaillance. Les matériaux doivent résister à l’inflammation et présenter également des caractéristiques adéquates de confinement. Les composants mécaniques doivent supporter les vibrations et chocs habituels liés au fonctionnement quotidien. La gestion thermique doit, quant à elle, fonctionner correctement même lorsque les températures varient fortement en dehors des plages normales. L’obtention de la certification UL 1973 signifie que ces batteries fonctionneront en toute sécurité dans les bâtiments commerciaux et les usines partout dans le monde. En outre, le succès à cet essai devient une condition préalable indispensable avant que les fabricants ne puissent envisager des certifications de niveau supérieur, telles que la norme UL 9540 pour des systèmes complets.

Essais critiques de mauvaise utilisation : surcharge, court-circuit, cyclage thermique et choc mécanique

Pour obtenir la certification UL 1973, les systèmes de batteries lithium subissent des simulations rigoureuses de mauvaise utilisation conçues pour reproduire les conditions de défaillance les plus extrêmes. Ces essais comprennent :

• La surcharge : Chargement au-delà des limites sécuritaires afin de vérifier l’efficacité du circuit de protection.
• Court-circuit : Connexions directes aux bornes afin d’évaluer la capacité de confinement de la réaction thermique incontrôlée.
• Cyclage thermique : Exposition répétée à des températures allant de –20 °C à +60 °C afin d’évaluer la dégradation des performances.
• Choc mécanique : Chocs simulant les contraintes liées au transport ou des dommages physiques.

Selon l’édition 2022 de la norme, la réussite exige l’absence totale d’incendie, d’explosion ou de fuite d’électrolyte, ce qui démontre que le système est capable de résister à des conditions extrêmes sans défaillance catastrophique.

UL 9540A : Validation de la propagation de la réaction thermique incontrôlée dans les systèmes de batteries lithium

Protocole d’essai de propagation de l’incendie de la cellule au système et interprétation des données

La norme UL 9540A repose sur l’analyse de la propagation de la chaleur lors de défaillances, en partant des simples cellules de batterie jusqu’aux systèmes complets composés de plusieurs modules et unités. Fondamentalement, le processus d’essai crée, de manière contrôlée, des conditions de réaction thermique incontrôlée (« thermal runaway ») par des méthodes telles que la surcharge des batteries, la provocation de courts-circuits ou l’application de contraintes physiques. À chaque étape de ce processus, on vérifie si le système est capable de contenir le problème avant qu’il ne s’aggrave. Si un frein à la propagation est observé à n’importe quel niveau de la hiérarchie, les essais ne sont pas poursuivis plus avant. Lorsque la chaleur se propage toutefois, les techniciens mesurent notamment l’élévation de température, la nature des gaz émis, les particules susceptibles de s’échapper, ainsi que la durée exacte nécessaire à la propagation de la défaillance d’un composant à l’autre. La dernière version, publiée en 2024, introduit des changements importants, notamment des exigences renforcées pour les essais de différents types de batteries lithium sous haute température, ainsi que des règles plus claires définissant les critères de réussite ou d’échec. Par exemple, l’une des nouvelles exigences stipule désormais que les batteries doivent être capables de contenir la défaillance pendant au moins 60 minutes entre cellules afin de satisfaire aux normes de sécurité. Tous ces essais génèrent des rapports détaillés fournissant des données quantitatives sur la vitesse de propagation des incendies, la quantité de fumées toxiques pouvant être libérées et la possibilité d’explosions. Ces éléments de données deviennent essentiels lorsque les autorités locales rédigent les codes du feu ou que les entreprises cherchent à modéliser les risques potentiels dans leurs installations.

Comment la norme UL 9540A éclaire la conception sécurisée contre l’incendie des systèmes de stockage d’énergie et les stratégies d’atténuation des risques

Les données issues des essais UL 9540A jouent un rôle majeur dans les choix effectués par les ingénieurs pour réduire effectivement les risques d’incendie dans le monde réel. Lors de la conception des systèmes, les professionnels analysent les valeurs de transfert thermique et la vitesse de propagation des incendies afin d’optimiser la conception des barrières thermiques, la forme des aérations et la séparation entre les différentes parties des installations, de façon à ce qu’un événement thermique reste confiné à un seul module, voire à deux modules au maximum. Les détecteurs de gaz sont réglés pour déclencher les systèmes de suppression bien avant que les températures n’atteignent des niveaux dangereux, tels que 150 °C ou plus. La dernière mise à jour de 2024 renforce nettement les normes de sécurité applicables aux équipements installés sur les toits et dans les garages, où l’espace est limité et où les personnes ne peuvent pas facilement s’échapper en cas de défaillance à proximité des bâtiments. Selon les statistiques sectorielles de l’année dernière, les lieux respectant les lignes directrices UL 9540A enregistrent environ 74 % d’incendies en moins que ceux qui n’y adhèrent pas. Les pompiers consultent également ces rapports sur la propagation des incendies lorsqu’ils planifient leurs interventions dans des situations spécifiques. Enfin, les inspecteurs utilisent l’ensemble de ces informations pour vérifier que les installations respectent les exigences de la norme NFPA 855 en matière d’espacement approprié et de circulation de l’air, transformant ainsi les évaluations théoriques des risques en mesures de sécurité concrètes et efficaces sur site.

IEC 62619 et EN 62619 : Normes industrielles mondiales relatives à la sécurité des batteries au lithium

Exigences en matière de performance, de tolérance aux conditions d’usage abusif et de conformité pour les applications commerciales de systèmes de stockage d’énergie (ESS)

La norme IEC 62619, ainsi que sa contrepartie européenne EN 62619, établit des règles de sécurité essentielles applicables aux batteries industrielles au lithium utilisées dans les systèmes de stockage d’énergie fixes (SSE). Ces lignes directrices internationalement reconnues exigent que les batteries fonctionnent de manière fiable, même lorsqu’elles sont soumises à des contraintes en service. Cela inclut le maintien de leur capacité après plusieurs cycles de charge/décharge et une stabilité thermique jusqu’à des températures d’environ 60 degrés Celsius. Les normes précisent également la manière dont les batteries doivent résister à divers types de mauvais traitements, au moyen d’essais normalisés. Par exemple, elles doivent supporter des conditions de surtension correspondant à 1,5 fois leur niveau de charge maximal, survivre à des courts-circuits externes où la résistance chute en dessous de 100 milliohms, résister à des forces de compression mécanique supérieures à 100 kilonewtons, et maîtriser efficacement les phénomènes de décomposition thermique incontrôlée (« thermal runaway »). Pour être conformes, les fabricants doivent intégrer plusieurs dispositifs de sécurité intégrés, tels que des systèmes de surveillance redondante de la tension, des barrières passives empêchant la propagation du feu et des mécanismes d’arrêt rapide s’activant en quelques millisecondes. Le respect de ces exigences est effectivement requis pour obtenir le marquage CE conformément au Règlement européen sur les batteries, qui exige la preuve de conformité à plus de 25 aspects de sécurité distincts. Selon une récente « Audit industriel du stockage d’énergie » publié en 2023, les entreprises appliquant les normes IEC/EN 62619 signalent environ 40 % moins de défaillances dans les applications réelles, ce qui les rend nettement mieux adaptées aux déploiements à grande échelle sur les réseaux électriques.

UL 9540 : Certification au niveau système intégrant la sécurité des batteries au lithium et du système de gestion de la batterie (BMS)

Comment la norme UL 9540 valide la sécurité globale des systèmes de stockage d’énergie — y compris les batteries au lithium, la gestion thermique et les systèmes de commande

La norme UL 9540 offre des vérifications de sécurité approfondies au niveau système pour les installations complètes de stockage d’énergie. Elle va au-delà des modules de batterie eux-mêmes pour inclure des éléments tels que les systèmes de gestion thermique, les systèmes de gestion de la batterie (ou BMS, pour « Battery Management System »), les enveloppes de protection et l’interaction de l’ensemble de ces composants via la logique de commande. Les essais normalisés se concentrent généralement sur des composants individuels, tandis que la norme UL 9540 évalue réellement les performances globales du système face à des problèmes réels survenant simultanément. Pensez, par exemple, à des défaillances électriques coïncidant avec des conditions météorologiques extrêmes ou à ces réactions en chaîne thermiques dangereuses que l’on observe parfois. Ce qui compte le plus est de démontrer que l’ensemble des dispositifs de sécurité fonctionne correctement de manière coordonnée : ils doivent assurer la stabilité pendant les opérations normales de charge et de décharge, confiner tout problème thermique à l’intérieur des enveloppes prévues à cet effet, couper automatiquement l’alimentation en cas de défaillance grave et garantir une communication efficace entre le système de gestion de la batterie (BMS) et les équipements de refroidissement. Cette méthode d’essai globale permet de détecter les faiblesses aux interfaces entre les différents composants. Selon les rapports de sécurité incendie de 2023, les systèmes certifiés selon cette norme ont présenté environ 47 % d’incidents thermiques en moins. L’obtention de cette certification accélère également les procédures d’approbation et crée des couches de protection essentielles tant pour les installations commerciales que pour les grandes centrales de batteries au lithium destinées aux réseaux publics.

FAQ

Quelle est la certification UL 1973 ?

La certification UL 1973 est une norme de sécurité applicable aux modules et aux blocs de batteries lithium utilisés dans les systèmes stationnaires de stockage d’énergie et les onduleurs à alimentation sans coupure, garantissant qu’ils résistent aux défauts électriques, aux contraintes thermiques et aux risques d’incendie.

Pourquoi les essais critiques en conditions extrêmes sont-ils importants pour les systèmes de batteries lithium ?

Les essais critiques en conditions extrêmes, tels que la surcharge, le court-circuit, le cyclage thermique et le choc mécanique, garantissent que les systèmes de batteries lithium résistent à des conditions extrêmes sans défaillance catastrophique, répondant ainsi aux exigences de sécurité.

Comment la norme UL 9540A influence-t-elle la conception des systèmes de stockage d’énergie ?

La norme UL 9540A fournit des données sur le transfert de chaleur et la propagation de l’incendie, essentielles pour concevoir des systèmes permettant de minimiser les risques d’incendie, orientant notamment le positionnement des barrières thermiques et la définition des stratégies d’atténuation des risques.

Quelles sont les normes IEC 62619 et EN 62619 ?

Les normes internationales IEC 62619 et EN 62619 définissent des exigences essentielles en matière de sécurité pour les batteries au lithium industrielles utilisées dans les systèmes commerciaux de stockage d’énergie, notamment en ce qui concerne la fiabilité des performances et la tolérance aux conditions d’usage abusif.

Que couvre la certification UL 9540 ?

La certification UL 9540 couvre la sécurité de l’ensemble du système de stockage d’énergie, y compris les batteries au lithium, la gestion thermique et les systèmes de commande, garantissant ainsi le fonctionnement efficace et coordonné de tous les composants afin de minimiser les risques.