Un examen approfondi d’une batterie incertaine

Dans le cadre de l’enquête américaine sur les incidents de batteries ayant perturbé les récents vols du Boeing 787, il est intéressant de consulter l’examen approfondi d’une batterie GS-Yuasa de 8 éléments en série de 75 Ah, publié de façon totalement transparente par le NTSB (National Transportation Safety Board).

La présence de traces de court-circuit dans un accumulateur (on peut invoquer l’effet d’une dendrite peut-être causée par une impureté passée en solution ?? ) peut expliquer la surcharge intempestive des accumulateurs voisins malgré une tension de charge volontairement faible (32V) pour 8 accumulateurs en série.

La trop forte capacité de ces accumulateurs nippons, chacun constitué en interne de 3 ensembles spiralés de 25 Ah, assemblés en parallèle, est certainement une des raisons majeures de la gravité et de la répétition des incidents rencontrés en exploitation.

Le bidouillage  mis en œuvre dans la définition et la réalisation de ces accumulateurs est d’évidence totalement inadapté aux contraintes de sécurité de l’application. Un retour  de Boeing à la technologie Ni-Cd longuement éprouvée me semble être une option sérieuse à envisager par cette prestigieuse compagnie.  Développer une nouvelle batterie au Lithium-Ion supposerait d’utiliser des éléments prismatiques de plus faibles capacités, équipés de coupe-circuit activés en cas de surpression interne,  accumulateurs assemblés en batterie par un montage en Série-Parallèle. Mais quelle entreprise raisonnable osera après ces avanies techniques et médiatiques se lancer dans cette aventure très risquée avec Boeing?

A SUIVRE!

CONSULTER  la remarquable publication du NTSB sur le sujet.

Le 25 Janvier 2013

Commentaires

17 réponses à “Un examen approfondi d’une batterie incertaine”

  1. Avatar de Raymond Bonnaterre
    Raymond Bonnaterre

    Merci Tonton pour ce lien. Je trouve le responsable interviewé de SAFT bien optimiste sur le délai. Je suis persuadé que le dreamliner ne volera toujours pas cet été. Après cette expertise, GS-Yuasa n’aura plus de crédibilité auprès de Boeing, il faudra donc changer de fournisseurs et de solution pour le secours électrique….délai au mieux: autour des 18 mois.

  2. Avatar de Abdel
    Abdel

    18 mois ! vous imaginez les pertes pour les compagnies aériennes à moins que Boeing loue des 777 en remplacement pour ces clients: c’est la mort du 787 au profit du A-350

  3. Avatar de Ray
    Ray

    Oui Abdel, c’est pour cela que les cours de Bourse d’EADS se portent plutôt bien.
    Le malheur des uns fait le bonheur des autres.

  4. Avatar de Ray
    Ray

    Tonton, j’en suis bien aise. Mais mettre plusieurs accus de 75 Ah au Lithium côte à côte dans une batterie de 8 éléments, même sous-chargée, est une énorme bêtise. Erreur grossière d’un fabricant de batterie qui a fondé son succès à l’époque sur une petite batterie pour le baladeur de Sony, mais qui est un nouveau venu dans le business des « aicraft battery ». En effet, un feu dans un élément Li-Ion de cette taille se propage immédiatement à l’ensemble de la batterie, formidable feu d’artifice.
    C’est pour cela qu’il faudra revoir de fond en comble la spécification et la solution à apporter à l’alimentation et au secours électrique des Boeing 787.
    It’s a long way to go!

  5. Avatar de Abdel
    Abdel

    Le president de Teslq Motors veut aider Boeing en se basant sur son experience de voiture electrique :

    http://www.leblogauto.com/2013/01/elon-musk-veut-aider-boeing.html#more-131003

  6. Avatar de Ray
    Ray

    Je ne pense pas que les commentaires d’Elon Musk aident beaucoup Boeing, sinon à regarder la situation avec objectivité. Mais je suis persuadé qu’en sous-main des équipes de Boeing travaillent en ce moment sur un retro-fit de la batterie de GS et du système électrique global du 787. Il y a le feu au lac.

  7. Avatar de Raymond Bonnaterre
    Raymond Bonnaterre

    « According to an industry source, one theory Boeing is investigating is that moisture getting inside the battery may have contributed to the recent incidents. »
    http://seattletimes.com/html/businesstechnology/2020288074_dreamlinertestflightsxml.html
    Les éléments d’accumulateur en série n’étant pas isolés une réaction d’électrolyse entre deux boîtiers avec plusieurs dizaines de Volts de ddp entraînerait par conservation des charges une réaction électrochimique à l’intérieur de ces éléments. Mais il faudrait alors un solide pont ionique à l’extérieur de la batterie pour assurer l’emballement de l’ensemble en charge.
    Afin d’éviter ces désagréments bien connus, les boîtiers des gros accumulateurs alcalins sont soit en matières plastiques (polyamide) soient métalliques mais revêtus d’une isolation (époxy ou rilsan par exemple). C’est là, une part de know-how élémentaire de ce métier de concepteur de batterie. Les coffres métalliques de batteries aviation peuvent eux aussi être revêtus pour assurer une parfaite isolation électrique et électrochimique.
    Il semble qu’on soit dans ce cas du 787, face à un profond amateurisme dans la conception du produit batterie.

  8. Avatar de Raymond Bonnaterre
    Raymond Bonnaterre

    Boeing semblerait vouloir revoir le design de la batterie dans une version intermédiaire pour reprendre les vols du 787 le plus rapidement possible.
    http://online.wsj.com/article/SB10001424127887323452204578288020674930066.html?mod=WSJEUROPE_hpp_LEFTTopWhatNews
    Cette démarche qui ne s’attaque pas directement aux causes des incidents mais voudrait en minimiser les effets n’a que peu de chances d’être agréée par des autorités… qui mettraient leurs carrières en péril et dont le beau rôle à ce jour est d’être intransigeantes.

  9. Avatar de Raymond Bonnaterre
    Raymond Bonnaterre

    Deborah Hersman, la patronne du NTSB parlerait d’après Reuters et Le Monde d’une possible formation de dendrite. Elle doit lire Le Blog Energie! ou bien savoir que dans un accumulateur la mise en court circuit interne est bien souvent provoquée par un dépôt métallique local (Fer, Cuivre, Zinc ou autre) qui croît à partir de l’électrode négative, transperce le séparateur de quelques microns d’épaisseur et établit ainsi un pont électronique indésirable. Ces dépôts dendritiques sont favorisés par la présence d’ions en très faibles concentrations, la croissance métallique en pointe ayant dans ce cas plus de chance de trouver un cation à réduire qu’une croissance uniforme d’un dépôt homogène.
    Bien sûr la probabilité de trouver une impureté en quantité suffisante pour établir un tel pont sera d’autant plus grande que l’accumulateur sera de capacité importante. C’est là une des faiblesses de l’approche de GS Yuasa.
    Un exemple vécu: une électrode de soudure électrique peut déposer quelques fractions de milligrammes de cuivre sur une électrode positive. Ce métal après oxydation passe en solution et va se déposer sous forme d’une dendrite et créer un court-circuit.
    Une telle impureté peut également provenir des matières électrochimiquement actives. Sony par exemple a connu ce genre de déboires avec du Fer au démarrage des productions des premiers accumulateurs Li-Ion.
    De telles anomalies sont difficiles à prévenir sur une production industrielle de série. Il est nécessaire de faire la chasse tous azimuts aux ppm d’impuretés métalliques.
    http://www.lemonde.fr/economie/article/2013/02/12/incidents-sur-le-787-le-ntsb-se-penche-sur-de-nouvelles-pistes_1830619_3234.html
    http://www.reuters.com/article/2013/02/12/us-boeing-dreamliner-battery-dendrites-idUSBRE91B08920130212

  10. Avatar de Raymond Bonnaterre
    Raymond Bonnaterre

    Le polonais LOT décide d’immobiliser au sol ses 787 jusqu’au mois d’Octobre.
    C’est une première approche mais peut être encore trop optimiste.
    http://seattletimes.com/html/businesstechnology/2020353578_apeupolanddreamliner.html

  11. Avatar de Ray
    Ray

    La technologie GS-Yuasa aurait-elle encore quelques faiblesses?
    LIRE un papier de Bloomberg sur les ennuis de batteries rencontrés sur les EV Mitsubishi.
    Tout cela fait penser à des impuretés apportées au sein des accumulateurs (« contamination » dit un patron de Mitsubishi Motors) par les matières électroactives ou les outils de soudure.
    http://www.bloomberg.com/news/2013-03-28/gs-yuasa-crisis-deepens-as-mitsubishi-car-battery-catches-fire.html

  12. Avatar de Ray
    Ray

    Encore un incident sur un 787 de JAL à Narita.
    Décidément la cause du mal n’a pas été traitée par les derniers bidouillages de Boeing sur la mise en boîte.
    Tout ceci n’est pas bon pour l’image de marque du constructeur et l’anxiété possible de certains passagers.
    http://seattletimes.com/html/businesstechnology/2022666851_boeingjalxml.html

  13. Avatar de Ray
    Ray

    La saga du Boeing 787 et de ses batteries se poursuit. N’avoir pas compris qu’il fallait changer radicalement de design de batterie est, à mon avis, une grosse bourde de la part des dirigeants de Boeing qui jouent « avec le feu ».
    Une solution possible pourrait mettre en œuvre 24 accumulateurs de 25Ah assemblés en batterie 8S3P et équipés d’un coupe-circuit en cas de montée de la pression interne.
    La réduction de capacité réduit la probabilité de formation de dendrite par apport d’une impureté dans les composants.
    Mais qui va prendre le risque de proposer une batterie alternative pour quelques misérables dollars?
    Il est des métiers à éviter, dans lesquels il est possible de perdre beaucoup pour gagner peu.
    LIRE: http://www.techniques-ingenieur.fr/actualite/japon-une-batterie-de-boeing-787-aurait-atteint-une-temperature-de-660-degres-celsius-article_89904/
    Remarque: c’est le support collecteur de courant des électrodes positives qui est en aluminium et non pas l’électrode elle-même comme le suggère le correspondant de l’AFP.

  14. Avatar de Liion
    Liion

    A la base, Intégrer des accus d’une telle capacité en LiCoO2, technologie Li-ion intrinsèquement la moins sûre, était déjà une erreur de conception dans un produit qui aurait dû privilégier la sureté.Vu le niveau de densité d’énergie atteint (avant sarcophage, aujourd’hui une bonne NiCd doit être compétitive) une LFP aurait déjà limité les températures d’emballement…Même si la conception système devrait ici rendre cet évènement hautement improbable. Bon dieu, on parle d’un avion de ligne! Je ne suis pas près de monter dans un 787.

  15. Avatar de Raymond Bonnaterre
    Raymond Bonnaterre

    Je ne pense pas que le choix du matériau positif soit impliqué en première ligne dans l’arbre des causes des défaillances observées et de leur fréquence. En supposant le chargeur bien réglé à 32V pour 8 éléments, pour qu’un élément parte en surcharge il est nécessaire qu’il y a en ait au moins un en tension très faible, proche de zéro (7×4,5= 31,5).
    Ceci peut arriver quel que soit le matériau, si des dendrites provenant d’impuretés en solution (Fe, Cu, autres,), sont formées au cours de la charge avec formation de micro courts-circuits internes.
    C’est pour cela qu’une première mesure serait de réduire la probabilité de formation de dendrites en réduisant les capacités des accumulateurs et en contrôlant les outils de soudure éventuels qui peuvent apporter de telles impuretés.
    Je me souviens du chef de projet des batteries Li-Ion de Sony m’ayant expliqué, en riant, un démarrage des productions avec de très grandes quantités d’accumulateurs en court-circuit, dues à la présence de Fer dans l’oxyde lithié.
    Plus l’accumulateur est gros et plus il est nécessaire d’utiliser des oxydes lithiés de très grande pureté.
    Mais ce ne sont qu’hypothèses et élucubrations de ma part.

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