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Les nouvelles batteries et supercondensateurs pour systèmes automatiques de manutention

30/03/2017

Ces dernières années, la technologie utilisée pour stocker l'énergie électrique des systèmes de manutention automatiques a fortement évolué. Les principaux fabricants du secteur ont progressivement remplacé les batteries au plomb-acide par des batteries lithium-ion et des supercondensateurs qui permettent d'optimiser la performance des dispositifs électroniques.

Ces nouveaux dispositifs sont une véritable révolution pour les systèmes de manutention en général, notamment pour les systèmes automatisés. Afin de mieux comprendre l'évolution du marché, il est nécessaire de rappeler les caractéristiques des batteries traditionnelles, comme celles au plomb-acide.

 

Batteries au plomb-acide

Les batteries au plomb-acide sont constituées d’un réservoir d’acide sulfurique dans lequel sont submergées des plaques de plomb. Celles-ci sont placées en parallèle et alternées en fonction de leur polarité, et agissent comme cathode (pôle négatif) et anode (pôle positif) de la batterie. À l'intérieur du réservoir, une série de réactions chimiques se produit entre les plaques de plomb, permettant de stocker et d’extraire l'énergie électrique en fonction des besoins du dispositif alimenté.

L'utilisation de ces batteries est largement répandue en raison du faible coût par unité d'énergie électrique stockée (aussi appelé coût par watt-heure). Par ailleurs, elles permettent une conservation optimale de l'énergie électrique lorsqu'elles ne sont pas utilisées.

 

La pièce aménagée pour la recharge des batteries au plomb-acide doit se trouver dans une zone bien ventilée, à l'écart des zones de stockage et le plus isolée possible

 

En revanche, elles stockent peu d'énergie par unité de poids ou volume et la recharge prend généralement entre 8 et 14 heures, car la réaction chimique à l'intérieur de la batterie doit être lente pour ne pas dégrader la capacité de stockage prématurément. L'émission de vapeurs et de gaz dans l’environnement pendant le processus est un autre point négatif, qui oblige à disposer d’une pièce bien ventilée.

La durée de vie de ces batteries est comprise entre 200 et 400 cycles de chargement et de déchargement, et les décharges profondes sont déconseillées car elles les détériorent et diminuent leur durée de vie. Elles doivent aussi être entretenues pour garantir leur bon fonctionnement et, en fin de vie, il est essentiel de gérer et de traiter ses matériaux, qui sont très polluants.

Au cours des dernières décennies, en raison du prix élevé du pétrole, l'industrie a effectué des recherches et développé de nouveaux dispositifs pour réduire la dépendance énergétique aux combustibles fossiles et minimiser les émissions de gaz polluants.

 

Voici les deux solutions les plus innovantes :

Batteries lithium-ion (Li-ion)

Les batteries lithium-ion utilisent un sel de lithium comme conducteur électrique. Il existe une grande variété de technologies lithium-ion équipées de différents matériaux pour la composition de la cathode et de l’anode de la batterie : phosphate de fer, oxyde de cobalt, oxyde de potassium, polyéthylene glycol, etc.

Grâce aux caractéristiques suivantes, cette technologie offre de nombreux avantages pour l’industrie :

  • Excellente autonomie : plus d'énergie stockée dans un espace réduit par rapport aux batteries au plomb-acide.
  • Performance énergétique : elles chauffent moins et sont plus efficaces pour le chargement et le déchargement. Elles peuvent se charger et décharger à hautes intensités en 3 ou 4 heures seulement, sans dégradation ni détérioration.
  • Augmentation de la durée de vie : les technologies lithium-ion peuvent quadrupler la durée de vie en comparaison avec les batteries traditionnelles.
  • Aucun polluant : elles ne contiennent ni métaux lourds ni polluants. De plus, en fin de cycle, aucun traitement de déchets toxiques n'est nécessaire. Elles ne dégagent pas non plus de vapeur toxique pendant le processus de chargement.
  • Aucune maintenance.
  • Meilleures performances à basse température : la technologie Li-ion peut fonctionner dans une vaste plage de températures sans dégradation ni diminution de sa durée de vie.

 

Les batteries lithium-ion sont très performantes en chambre froide ou de réfrigération

 
 

Cependant, ces batteries présentent aussi certains inconvénients :

  • Circuit électronique de protection : les composants de ces batteries sont protégés par un circuit électronique. Il permet également au dispositif de connaître l'état de la batterie afin d'optimiser ses charges, ses décharges, et sa durée vie.
  • Charge à des températures négatives : les batteries ne peuvent pas être rechargées au-dessous de 0 °C Pour les chambres froides, le poste de recharge doit être situé à l'extérieur à une température positive.
  • Coût watt-heure plus élevé : le coût par unité d'énergie stockée est supérieur à celui des batteries au plomb-acide. Mais cette augmentation est compensée par la longue durée de vie des batteries Li-ion, qui réduit le coût total par cycle.

 

 

Les supercondensateurs

Aussi appelé condensateurs électrolytiques à double couche, les supercondensateurs sont des dispositifs qui permettent de stocker de grandes quantités d'énergie, des milliers de fois supérieures à celles des condensateurs traditionnels.

Énumérons quelques-uns de leurs multiples avantages :

  • Puissance élevée : ils peuvent être chargés et déchargés à volonté sans subir de dégradation ou de détérioration prématurée. Ils se rechargent en quelques secondes.
  • Très longue durée de vie : leurs composants électroniques sont très résistants. Ils peuvent réaliser des millions de cycles de chargement et déchargement à des températures adaptées.
  • Processus de charge simplifié : aucune courbe de charge spécifique n'est requise et il n'y a aucun risque de surcharge, contrairement aux batteries au plomb-acide.
  • Sécurité : aucun risque d'inflammation ou de dégradation à la suite d'une surcharge ou souscharge des supercondensateurs.
  • Aucune maintenance requise.
  • Excellente performance à basse température : les supercondensateurs ne subissent presque aucune perte de performance ni de dégradation à basse température, au contraire, leur durée de vie est prolongée.

 

Cependant, il existe certaines contraintes :

  • Faible autonomie : les supercondensateurs peuvent stocker une grande quantité d'énergie, mais moins que les batteries traditionnelles de dimensions et poids identiques.
  • Taux de décharge modérée : subit une décharge spontanée d’énergie électrique plus importante.
  • Coût watt-heure élevé : le coût initial des supercondensateurs est supérieur à celui des batteries traditionnelles. Ce coût est néanmoins compensé par leur durée de vie.

 

Batteries dans le système de navette électrique Pallet Shuttle de Mecalux

L'intégration du Pallet Shuttle automatique ou semi-automatique dans un entrepôt permet d'optimiser sa productivité et sa performance. Ce système est fortement conseillé lorsque le volume de palettes par référence est important et que le flux d'entrée et de sortie de marchandises est constant.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Les batteries peuvent s'extraire des navettes et se connecter par simple emboîtement aux bornes de recharge aménagées dans l'entrepôt

 

 

Ces deux systèmes répondent à différents besoins : avec le Pallet Shuttle semi-automatique, un opérateur dirige la navette à l'aide d'une tablette à connexion wifi après l'avoir placée dans le canal correspondant avec un chariot élévateur. Le système automatique est contrôlé par le logiciel de gestion d'entrepôt (WMS) qui utilise les engins de manutention automatique (transstockeurs ou navettes) pour placer la navette et le chargement dans le canal assigné. Dans aucun des deux cas les chariots élévateurs ne s’introduisent à l'intérieur des allées de stockage, ce qui réduit les incidents et les coûts de maintenance. La navette actionnée par des moteurs électriques se déplace automatiquement à travers les canaux pour charger et décharger les palettes. La version semi-automatique est équipée de batteries lithium-ion et celle automatique de supercondensateurs. Voici leurs principales différences :

 

Batterie au lithium-ion dans le Pallet Shuttle semi-automatique

La source d’énergie électrique du système Pallet Shuttle semi-automatique est une batterie Li-ion.

Ce type de batteries est plus adapté que les supercondensateurs principalement parce que le Pallet Shuttle semi-automatique nécessite une autonomie prolongée. Ces batteries offrent une excellente autonomie, jusqu'à 10 heures d'utilisation intensive (en fonction du type d'entrepôt).

Cette technologie ne contient pas de métaux volatils, ce qui la rend plus sûre et plus durable. Elle est constituée de cellules Li-ion en phosphate de fer connectées en série et en parallèle, produisant une tension nominale de 25,6 V et une capacité de stockage de 55 Ah.

Cette batterie a été conçue sur mesure pour Mecalux, car les protections et la gestion de la batterie sont parfaitement adaptées aux paramètres de fonctionnement du Pallet Shuttle semi-automatique.

 

Les supercondensateurs dans le Pallet Shuttle automatique

La principale source d’énergie électrique du Pallet Shuttle automatique est un système de supercondensateurs.

Le système de supercondensateurs est idéal pour le Pallet Shuttle automatique car il peut se recharger en quelques secondes. Les navettes sont ainsi disponibles et peuvent fonctionner en continu 24 h/24.

Le Pallet Shuttle automatique se déplace entre les différents canaux de stockage à bord de transstockeurs ou de navettes et en profite pour recharger les supercondensateurs.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Le système accumule l'énergie électrique nécessaire pour réaliser des cycles de chargement et de déchargement de palettes de 1 500 kg dans des canaux de stockage mesurant jusqu'à 45 mètres de profondeur. Le temps de recharge peut varier avec la profondeur des canaux et le poids des unités de charge (dans des canaux de longueur moyenne, il se fera en quelques secondes). D’où leur durabilité élevée sans besoin de maintenance.

 
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