Batteries d'onduleur (UPS) lithium-ion ou plomb (VRLA) : comparaison pour l'acheteur
Les batteries lithium-ion d'onduleur (UPS) durent plus, pèsent moins et se rechargent plus vite que le plomb (VRLA), mais coûtent plus cher à l'achat et ne le remplacent pas directement. Le VRLA reste le bon choix pour un onduleur conçu pour lui, surtout à mi-vie. Le lithium convient à un onduleur neuf, aux pièces chaudes et aux pannes fréquentes.
Lithium-ion et VRLA en un coup d'œil
| Plomb (VRLA) | Lithium-ion | Source | |
|---|---|---|---|
| Durée de vie en service | 3 à 6 ans | Plus de 10 ans (essais de vieillissement accéléré); Vertiv indique 8 à 10 ans | Schneider, livre blanc 229; Vertiv |
| Poids pour la même énergie | Référence | Environ trois fois moins | Schneider, livre blanc 229 |
| Cycles de décharge | Référence | Jusqu'à dix fois plus, selon la chimie, la technologie, la température et la profondeur de décharge | Schneider, livre blanc 229 |
| Autodécharge | Référence | Environ quatre fois moins | Schneider, livre blanc 229 |
| Recharge | Référence | Quatre fois plus rapide ou davantage | Schneider, livre blanc 229 |
| Coût d'achat pour la même énergie | Référence | Environ 1,2 à 2 fois plus | Schneider, livre blanc 229 |
| Surveillance et gestion de la batterie | Surveillance habituellement en option | Gestion intégrée, pour contrôler la charge et la décharge | Schneider, livre blanc 229 |
| Règles d'expédition | Réglementées | Plus strictes | Schneider, livre blanc 229 |
Les chiffres de Schneider viennent des onduleurs de centres de données, et l'écart exact dépend de la chimie au lithium et de la construction du bloc; les chiffres de Vertiv viennent de son article sur le lithium-ion pour onduleurs (en anglais). Le livre blanc 229 de Schneider Electric (2018) (en anglais) porte sur les onduleurs statiques (double conversion ou conversion delta).
Ce qu'a trouvé le modèle de coûts sur 10 ans de Schneider
Le livre blanc 229 modélise un onduleur triphasé de 1 MW avec 6 minutes d'autonomie à 25 °C. Les batteries VRLA sont remplacées aux années 4 et 8; les batteries lithium-ion ne le sont pas. Dans ce modèle, le lithium-ion coûte 82 % de plus à l'achat, 76 % de moins à l'exploitation et 39 % de moins sur 10 ans, avec un retour simple en 3,4 ans.
Schneider nomme les facteurs qui font le plus varier le résultat : la durée de vie du VRLA, celle de l'onduleur, le prix de chaque type de batterie, la surface de la salle des batteries, l'entretien du VRLA et le coût du capital. Son exemple le montre : une durée de vie VRLA de 4 ans avec un onduleur de 8 ans demande un seul remplacement, et 2 ans de plus pour l'onduleur en ajoutent un deuxième. Un petit onduleur de bureau n'est pas un système de 1 MW : retenez la logique du modèle, pas ses chiffres.
Le lithium est une décision d'onduleur, pas un simple échange de batterie
Schneider est clair : les batteries lithium-ion ne remplacent pas directement le VRLA. Même à tension nominale égale, l'onduleur peut avoir besoin d'un nouveau micrologiciel ou de nouveau matériel, parce que la recharge peut changer, la formule d'autonomie peut différer et l'estimation d'autonomie peut être fausse, et le fabricant peut devoir intégrer le système de gestion de la batterie à l'onduleur. Vertiv conseille de n'utiliser que des systèmes de batteries lithium-ion pris en charge par le fabricant de l'onduleur.
C'est pourquoi le lithium se présente sous deux formes au catalogue :
- Un onduleur au lithium, avec la batterie intégrée, comme le Vertiv Liebert PSI5-1500RT120LI ou le Vertiv Liebert Power-UPS Lithium PUL-400LVT.
- La cartouche au lithium du fabricant pour un modèle d'onduleur au lithium, comme la cartouche APC APCRBC170-LI pour le SMTL1500RM2UC.
Un onduleur conçu pour le VRLA prend une batterie VRLA de remplacement, par exemple la batterie de l'APC Smart-UPS 600LS, la batterie du Tripp Lite Omni 600 LAN ou la batterie de l'APC Back-UPS Pro 650 (BP650BLK).
Convertir, renouveler ou remplacer : selon l'âge de l'onduleur
Le livre blanc 229 suppose qu'un onduleur de centre de données dure environ 10 à 15 ans et classe la décision selon l'âge de l'appareil :
- Moins de 5 ans environ : passer au lithium-ion peut valoir la peine, car les batteries au lithium arriveront en fin de vie à peu près en même temps que l'onduleur, si le fabricant offre une option au lithium pour ce modèle.
- Environ 5 à 10 ans : renouveler les batteries VRLA est généralement plus sensé; le lithium pourrait survivre à l'onduleur de plus de 5 ans, mais la baisse des prix du lithium peut changer la donne.
- Plus de 10 ans environ : il peut valoir la peine de remplacer tout l'onduleur par un neuf au lithium-ion, selon ce que coûte l'ancien en service et en pièces.
La chaleur use les deux, mais le VRLA se remplace plus souvent
La règle empirique de Schneider pour les deux chimies : la durée de vie en service est divisée par deux pour chaque hausse de 8 à 10 °C de la température ambiante moyenne. Le manuel de l'Eaton 9PX donne les chiffres pour ses batteries : une durée de vie de 3 à 5 ans, divisée par deux pour chaque tranche de 10 °C au-dessus de 25 °C, avec un remplacement au moins tous les 4 ans. Comme le VRLA part d'une durée de vie plus courte, une pièce chaude entraîne des remplacements VRLA plus fréquents pendant la vie de l'onduleur, et Schneider juge le lithium-ion bien mieux adapté aux pièces chaudes pour cette raison.
Le lithium a sa propre limite. Schneider note que les cellules d'énergie au lithium peuvent monter d'environ 30 °C en interne pendant la décharge; dans une pièce à 40 °C, cette hausse peut amener le système de gestion à couper la batterie pour éviter des dommages. Sources : livre blanc 229 de Schneider (en anglais), manuel de l'Eaton 9PX (en anglais).
Sécurité
Vertiv décrit des batteries lithium-ion d'onduleur gérées à trois niveaux, cellule, module et armoire, et note que les chimies utilisées dans les onduleurs, NMC, LFP et LMO, sacrifient un peu de densité d'énergie pour une plus longue durée de vie et sont intrinsèquement plus sûres que le LCO, la chimie des appareils grand public. Vertiv note aussi que la norme CEI 62619 couvre les cellules au lithium à usage industriel, y compris leur construction et le système de gestion de la batterie, mais qu'aucune norme ne couvre encore l'ensemble du système de batteries. Schneider ajoute que les fabricants d'onduleurs doivent assortir la chimie, l'assemblage des cellules et la gestion de la batterie à chaque onduleur : une raison de plus de ne jamais mettre de cellules au lithium dans un onduleur conçu pour le VRLA. Consultez le document de Vertiv sur la sécurité du lithium-ion (en anglais).
Quand le VRLA reste le bon choix
- L'onduleur a été conçu pour le VRLA et son fabricant n'offre aucune option au lithium pour ce modèle.
- L'onduleur est à mi-vie, environ 5 à 10 ans : renouvelez les batteries VRLA.
- Le budget d'achat décide : le lithium-ion coûte environ 1,2 à 2 fois plus pour la même énergie.
Quand le lithium-ion vaut la peine
- Vous achetez un onduleur neuf et le fabricant l'offre au lithium.
- L'onduleur est récent et son fabricant prend en charge le lithium pour ce modèle.
- La pièce est chaude, là où le VRLA devrait être remplacé plus souvent.
- Les pannes sont fréquentes : le lithium se recharge quatre fois plus vite ou davantage et supporte beaucoup plus de cycles.
- Le poids ou l'espace est limité : le lithium pèse environ trois fois moins pour la même énergie.
Avant de commander : quoi vérifier
| Vérification | Ce qu'il faut chercher | Où le trouver |
|---|---|---|
| Numéro de modèle de l'onduleur | Le modèle complet, pas un modèle qui lui ressemble | Façade, étiquette arrière ou menu de l'écran |
| Chimie de batterie acceptée par l'onduleur | VRLA, ou un modèle ou une cartouche au lithium nommés par le fabricant | Manuel de l'onduleur ou page du fabricant |
| Code de cartouche ou de bloc | Par exemple les codes RBC ou APCRBC | Étiquette de l'ancienne batterie, manuel ou nos pages produits |
| Nombre de batteries, tension et Ah | Chaque bloc de l'ensemble | Imprimés sur le boîtier de la batterie |
| Connecteurs | Cosses Faston, faisceau ou fiche à détrompeur | Le bloc en place dans l'appareil |
Pour le service d'un onduleur, consultez le remplacement et la réparation de batteries d'onduleurs et les services d'entretien d'onduleurs au Canada.
Questions fréquentes
Puis-je mettre une batterie au lithium dans mon onduleur au plomb?
Non, sauf si le fabricant de l'onduleur offre une batterie au lithium pour ce modèle précis. Schneider indique que le lithium-ion ne remplace pas directement le VRLA : l'onduleur peut avoir besoin d'un nouveau micrologiciel ou de nouveau matériel et d'un système de gestion de la batterie intégré.
Combien de temps durent les batteries d'onduleur au lithium?
Schneider situe la durée de vie en service du lithium-ion à plus de 10 ans, d'après des essais de vieillissement accéléré, contre 3 à 6 ans pour le VRLA. Vertiv indique 8 à 10 ans.
Le lithium coûte-t-il moins cher sur la vie de l'onduleur?
Dans le modèle de 1 MW de Schneider, le lithium-ion coûtait 82 % de plus à l'achat, mais 39 % de moins sur 10 ans, avec des batteries VRLA remplacées aux années 4 et 8. Le résultat dépend de la durée de vie des batteries et de l'onduleur, et des prix.
La chaleur nuit-elle aux batteries d'onduleur au lithium?
Oui. La règle empirique de Schneider divise la durée de vie par deux pour chaque hausse de 8 à 10 °C pour les deux chimies, mais la durée de vie plus longue du lithium signifie moins de remplacements dans une pièce chaude.
Vendez-vous des batteries d'onduleur au lithium?
Oui, sous forme de pièces du fabricant, comme la cartouche APC APCRBC170-LI pour le SMTL1500RM2UC, et sous forme d'onduleurs au lithium comme le Vertiv Liebert PSI5-1500RT120LI. Nos ensembles de remplacement sont au plomb scellé (VRLA).