Utilisation de l'analyse de données pour le remplacement des batteries de secours et les décisions budgétaires

Introduction

Les batteries de secours sont largement utilisées comme source d’alimentation de réserve pour assurer une continuité de service dans les secteurs des services publics, des télécommunications, des centres de données, du câble, du haut débit, du ferroviaire et des énergies renouvelables. Elles constituent une source d’alimentation hautement fiable et sécurisée en cas de panne du réseau électrique commercial. Les batteries de secours sont également utilisées dans les applications de stockage d’énergie telles que les systèmes solaires, éoliens et hybrides. Quelle que soit la technologie utilisée — Lithium-ion, Plomb-acide ou NiCad —, les batteries sont couramment associées à des systèmes d’alimentation sans coupure (UPS), des alimentations 125Vcc pour postes électriques ou des systèmes 48Vcc pour protéger les équipements informatiques critiques, les appareillages de commutation ou les éléments du réseau télécom.

Les batteries sont composées de cellules, mais également d’électronique permettant la génération de données pertinentes, échantillonnées en quasi temps réel. La durée de vie des batteries peut atteindre 5, 10, voire 20 ans, ce qui signifie qu’elles génèrent une quantité significative de données essentielles.

Stratégies de remplacement des batteries et élaboration de budgets

La puissance de l’analyse de données

Indicateur Clé

Objectif

Bonnes Pratiques d’Utilisation

Moyenne Ohmique de la Cellule
(%)

L’objectif est d’analyser la valeur ohmique mesurée de chaque cellule par rapport à la moyenne ohmique de la chaîne de batteries afin d’identifier les cellules défectueuses ou en mauvais état au sein de la chaîne.

Une enquête approfondie doit être menée sur la ou les cellules présentant une variation de plus de 30 % par rapport à la moyenne.
Les données de validation/réjection ohmique des cellules ci-dessus peuvent indiquer quelle cellule ou chaîne doit être remplacée ou peut rester en service dans le réseau.

Variation Ohmique de la Cellule

L’objectif est d’analyser la valeur ohmique mesurée par rapport aux mesures précédentes afin d’identifier les cellules sur le point de défaillir ou de détecter des méthodes de test inappropriées.

Les cellules présentant un changement de 5 % à 10 % ou plus par rapport à leur mesure précédente peuvent indiquer un risque imminent de défaillance, surtout lorsqu’elles sont testées à des intervalles trimestriels.
Les cellules en fin de vie auront tendance à présenter une variation beaucoup plus importante que les cellules neuves.

État de Santé (SoH %) de la Cellule – Variation Ohmique

L’objectif est d’analyser la valeur ohmique de chaque cellule par rapport à la référence de base ohmique afin d’identifier le vieillissement ou l’état de santé de chaque cellule au sein d’une chaîne.

Une enquête approfondie doit être menée sur les cellules présentant une variation de 30 % à 50 % ou plus par rapport à la valeur de référence de base.
Envisagez de remplacer les cellules défectueuses ou l’ensemble de la chaîne dans un délai d’un an si plus de 20 % des cellules sont défaillantes.

SoH Moyen ou SoH Minimum de la Chaîne

À partir du SoH % des cellules, une valeur de SoH peut être calculée soit en faisant la moyenne de tous les SoH % des cellules, soit en utilisant la valeur la plus basse du SoH % parmi les cellules de la chaîne.

Envisagez d’utiliser la moyenne du SoH (SoHAvg) lorsque vous avez plus de quatre cellules ou éléments, et utilisez la valeur minimale du SoH (SoHMin) lorsque vous avez quatre éléments par chaîne.

Estimation du Temps de Réserve de la Batterie

L’objectif est de déterminer si la capacité de batterie installée répond au temps de réserve requis pour l’application.

Suivez et utilisez le courant de charge du système CC pour estimer le niveau d’utilisation de la batterie (%) et le temps de réserve (hh:mm) en quasi temps réel.

Tension de Flottement de la Cellule

La tension de flottement du système doit être répartie équitablement entre toutes les cellules d’une chaîne et maintenue dans les valeurs recommandées par le fabricant. Toute variation significative par rapport aux mesures précédentes doit déclencher une vérification et la mise en œuvre de mesures correctives.

Envisagez de fournir des actions correctives pour les cellules dont la tension de flottement varie de 1 % ou plus par rapport à la tension de flottement moyenne des cellules.
Des réglages de tension de flottement du système trop élevés ou trop faibles accélèrent la dégradation des batteries.

Résistance des Barres de Connexion (Entre Cellules)

Des connexions de ponts à haute résistance peuvent provoquer des problèmes de charge, entraînant une sulfatation accélérée et un vieillissement prématuré.

Une variation de plus de 20 % de la résistance des ponts doit déclencher un nettoyage et un resserrage des connexions.

Température de la Cellule

Une température ambiante élevée est le facteur le plus important influençant le vieillissement des batteries et peut provoquer une défaillance prématurée.
Des températures plus élevées entraînent une réaction chimique plus rapide à l’intérieur de la batterie, ce qui augmente la perte d’eau et la corrosion, et peut conduire à un emballement thermique.

Pour chaque augmentation constante de 10 °C au-dessus de la température recommandée, il est généralement admis que la durée de vie de la batterie est réduite de moitié (réduction de 50 %).
Une différence de 15 °F entre la température de la cellule et la température ambiante doit faire l’objet d’une attention immédiate.

Courant de Flottement de la Batterie

Une valeur de courant de flottement plus élevée que la normale peut indiquer une tension de flottement réglée trop haute, un fonctionnement à des températures plus élevées que d’habitude, la présence d’un défaut d’isolement dans un système de batterie flottant ou encore des cellules en défaillance.
Le problème interne à la batterie peut être dû à un assèchement, à des cellules en court-circuit ou à d’autres défauts.

Une augmentation de plus de cinq fois le courant de charge de flottement ou un courant de flottement supérieur à 1 A doit déclencher une attention immédiate (emballement thermique).
Un courant de flottement extrêmement faible ou absent peut indiquer un circuit ouvert entre le système de charge et la chaîne de batteries. (TPL-001-5).

Âge de la Batterie (Durée de Vie)

Les fabricants de batteries ont tendance à fournir une durée de vie nominale dans un ensemble de paramètres définis. Cette valeur peut être utilisée pour fixer un âge maximal de remplacement en service.

Il n’est pas rare d’établir des remplacements de batteries obligatoires en fonction de leur durée de vie en service. Exemple : (X) années après la durée de vie nominale.

Période de Garantie de la Batterie

L’utilisation du SoH % permet d’identifier les premières défaillances de cellules ainsi que celles sur le point de tomber en panne, afin de bénéficier des réclamations sous garantie.

Envisagez de remplacer la cellule défectueuse ou l’ensemble de la chaîne dans un délai d’un an si plus de 20 % des cellules sont défaillantes.

Conclusion

Lorsqu’il s’agit de gérer des batteries, tout le monde souhaite s’éloigner d’Excel.
C’est pourquoi il est crucial d’impliquer les bonnes personnes et de s’engager dans un programme de maintenance préventive reconnu. En utilisant Atlas, le logiciel d’analyse de données de Multitel, les utilisateurs peuvent obtenir en quelques secondes une visibilité globale sur les actifs critiques du réseau, y compris l’état de santé (SoH) des batteries. Ces informations peuvent ensuite être utilisées pour mieux décider des actions correctives à mettre en œuvre afin d’assurer la fiabilité du réseau.

Fondamentalement, Atlas est bénéfique non seulement pour gérer l’inventaire des actifs de batteries, collecter les données et générer des analyses, mais aussi pour :

planifier les programmes de remplacement,
surveiller la capacité de puissance disponible,
gérer les prévisions de dotation à long terme,
identifier et localiser les cellules défaillantes encore sous garantie,
et contribuer à prolonger la durée de vie des batteries.

References:

Effects of AC Ripple Current on VRLA Battery Life | Emerson Network Power 2009

188-2005 – IEEE Recommended Practice for Maintenance, Testing, and Replacement of Valve-Regulated Lead-Acid (VRLA) Batteries for Stationary Applications | IEEE Standard