Technologie lithium-ion : la prochaine génération d’efficacité des chariots élévateurs

Alors que les préoccupations environnementales et les fluctuations des prix du pétrole poussent les consommateurs vers des alternatives aux moteurs à combustion interne (CI) traditionnels, les opérations de chariots élévateurs se tournent de plus en plus vers des solutions pour véhicules électriques au cours de la dernière décennie.

Les clients achètent désormais bien plus de chariots élévateurs électriques que de moteurs à combustion interne. Les chariots élévateurs électriques représentent désormais 70 % du chiffre d’affaires total, et avec la demande croissante d’électricité, il est nécessaire de proposer une solution qui offre tous les avantages des circuits intégrés sans perte de productivité.

Les batteries au plomb-acide sont une solution efficace depuis des années, et elles continuent de dominer le marché aujourd’hui. On estime que les batteries au plomb-acide alimentent 90 % des chariots élévateurs électriques en fonctionnement.

Mais un nouvel acteur a émergé ces dernières années et révolutionne la manière dont certaines entreprises font des affaires. La technologie des batteries lithium-ion (LiB) représente la prochaine génération d’efficacité des chariots élévateurs, et les experts affirment que la part de marché des LiB dans les chariots élévateurs électriques croîtra considérablement au cours des prochaines années. 

Alors, c’est quoi tout ce battage médiatique ? Le lithium-ion a-t-il du sens pour chaque client ? Est-il vrai que les batteries lithium-ion sont meilleures pour l’environnement que le plomb-acide ? Voici ce que les experts de quelques-uns des meilleurs fabricants de LiB ont dit.

Bien que la technologie des batteries lithium-ion offre des avantages uniques, les experts reconnaissent qu’ils ne sont pas toujours adaptés à tous les clients. Chaque fabricant de batterie est différent dans sa manière de déterminer si le LiB convient à un client spécifique.

Navitas Systems utilise un calcul appelé Utilisation Équivalente de la Batterie, ou EBU, pour déterminer si LiB est la solution adaptée à un client donné. Navitas utilise un seuil de 1,6 EBU, ce qui signifie que les clients utilisant leurs batteries au plomb plus de 1,6 fois par jour en moyenne constituent un choix potentiel pour le LiB. Cependant, si le chiffre EBU d’un client descend en dessous de 1,6, Navitas recommandera probablement au client de continuer à utiliser du plomb-acide.

« En général, les applications multi-équipes – 2-3 équipes – dépassent 1,6 EBU », a déclaré Samer ElShafei, vice-président des ventes commerciales et industrielles chez Navitas. « Nous traitons dans l’automobile, la distribution générale, la distribution alimentaire, la vente au détail, les industries papetières. C’est bien équilibré. C’est vraiment tout type d’application qui fait fonctionner plus d’un service par jour. »

Electrovaya n’a pas de métrique spécifique qu’elle utilise pour déterminer la viabilité du LiB pour un client donné. Au lieu de cela, l’entreprise conseille davantage au cas par cas.

Electrovaya proposait initialement des piles d’échantillon aux clients et les laissait les utiliser pendant 2 à 3 semaines. Ensuite, sur la base des données collectées par la batterie, ils pouvaient déterminer si la batterie convenait bien à l’application de ce client.

« Grâce aux leçons tirées de ces essais et à la richesse des données, nous pouvons désormais faire un excellent travail en prescrivant la solution qui vous convient », a déclaré le Dr Jeremy Dang, directeur du développement commercial et de projet chez Electrovaya. « Nous pouvons parler à un nouveau client aujourd’hui et lui poser quelques questions comme : 'combien de camions avez-vous ? Combien de chargeurs ? Combien de piles au plomb ? Combien de gardes ? » Et à partir de là, nous pourrons leur proposer une solution qui leur convient. »

Flux Power offre une vision similaire. L’entreprise installe elle-même ses télématiques sur les chariots élévateurs, les batteries et les chargeurs pour aider à déterminer si leurs batteries conviennent à un client en particulier.

Flux a mené une enquête avec un petit centre de distribution Costco qui comptait huit unités et fonctionnait à environ un quart et demi. Après avoir testé les LiB sur la flotte, Flux a recommandé de rester avec du plomb-acide.

« Il n’était pas logique qu’ils dépensent 20 000 $ pour une grosse batterie pour certaines de leurs unités debout », a déclaré Tod Kilgore, directeur des ventes chez Flux Power. « Le plomb-acide actuellement disponible est une très bonne technologie, mais il y a un temps et un lieu pour ça. Il en va de même pour le lithium. Si vous avez des flottes plus petites et un seul service, vous ne choisissez pas le lithium. »

La raison pour laquelle le lithium-ion n’a pas de sens pour tous les clients aujourd’hui est simple : le coût initial élevé et la grande variabilité du retour sur investissement. Les LiB sont plus coûteux que les batteries au plomb-acide, et ils sont mieux utilisés dans des applications à haut débit, selon les experts.

« Plus l’EBU est élevé, plus le retour est rapide », a déclaré ElShafei de Navitas. « En général, à plus de 1,6 EBU, nous constatons des rendements positifs sur investissement sur 18 à 24 mois. L’essentiel est de trouver la bonne application pour la bonne technologie. »

« Nous recevons souvent des demandes de clients intéressés, et souvent, nous leur disons que ce n’est pas le produit adapté à leur fonctionnement », a déclaré Dang d’Electrovaya. « Si vous êtes une entreprise en un ou deux équipes, nous constatons que le retour sur investissement n’est pas aussi élevé. Dans ces cas-là, même s’ils sont toujours intéressés, nous minimisons le coût en capital en proposant une batterie plus petite et en ajustant le ratio batterie/chargeur afin qu’ils n’aient pas trop de chargeurs. Mais la plupart du temps, nous recherchons des clients qui sont de nature 24h/24 ou 24h/24. C’est là que vous allez vraiment voir le véritable bénéfice du lithium. »

Il existe de nombreuses applications où le lithium-ion a du sens – mais certaines attirent plus l’attention des fabricants de batteries que d’autres.

L’industrie du stockage frigorifique est la plus évidente en raison de la capacité du lithium à fonctionner dans une large gamme de températures et d’environnements.

« En stockage frigorifique, les batteries au plomb-acide ne fonctionnent pas très bien », a déclaré Dang. « L’impédance et l’impact sur la capacité sont un tueur pour eux. »

Les batteries lithium-ion, cependant, peuvent être fabriquées avec des chauffages installés pour résister à de telles conditions. Presque toutes les batteries d’Electrovaya, par exemple, sont équipées d’une protection contre l’entrée (IP) de IP65, ce qui signifie que les composants internes de la batterie sont protégés contre l’eau et la condensation, ainsi qu’à des températures aussi basses que moins 35 degrés Celsius.

Les indices IP varient de 0 à 69 et sont utilisés pour évaluer les niveaux d’efficacité contre la poussière et l’eau. Les LiB pour applications de stockage à froid ont généralement une classification IP* comprise entre 65 et 67. Une classification IP65 signifie que le produit est « résistant à l’eau », une classification IP66 signifie qu’il est « résistant à l’eau contre des jets puissants », et IP67 signifie que le produit est protégé contre « une immersion entre 15 centimètres et 1 mètre de profondeur ». À titre de comparaison, les téléphones portables modernes ont généralement une classification IP de 67 ou 68, ce qui protège le produit d’une « immersion à long terme jusqu’à une pression spécifiée ».

« Certains de nos concurrents proposent deux solutions de batteries distinctes basées sur l’application de la température », a déclaré Dang. « Pour les clients du stockage frigorifique, ils fournissent une batterie avec un type de chauffage, et dans un environnement ambiant, ils retirent le chauffage. Dans notre cas, nous avons une solution universelle. Peu importe si c’est une application à moins 35 degrés ou à 35 degrés, nous recommandons le même modèle de batterie. »

Le stockage à froid est logique pour les LiB, mais l’applicabilité du lithium-ion est bien plus large qu’une seule industrie, explique ElShafei de Navitas.

« C’est vraiment lié à la quantité d’énergie utilisée », a-t-il dit. « Il a une grande application et un excellent rendement dans l’industrie du stockage frigorifique, mais son applicabilité est bien plus large que celle du stockage frigorifique. Certains pourraient s’y référer parce que c’est leur marché cible initial sur lequel ils concentrent leur produit ou leurs efforts. »

Un autre domaine où les LiB conviennent bien est celui des entreprises logistiques tierces.

« Ce sont quelques-uns de nos utilisateurs puissants », dit Dang. « C’est la nature du métier. Ils transportent des marchandises tout le temps, donc ils peuvent avoir besoin de batteries lourdes et à haute capacité, ce que le plomb-acide ne pourra pas forcément gérer. »

La plupart des entreprises utilisent des batteries au plomb-acide depuis de nombreuses années, donc la décision de passer à une nouvelle technologie n’est pas toujours facile – et la transition elle-même n’est pas toujours sans encombre.

Peut-être le facteur principal pour les clients envisageant cette transition ?

« Évidemment le prix », dit ElShafei de Navitas. « Pour la nouvelle technologie, c’est plus coûteux au départ. Si le client peut comparer l’investissement à un coût total de possession, cela aide pour le lithium plutôt que le prix initial. »

Kilgore de Flux Power a ajouté : « Le problème avec le lithium, c’est que vous avez besoin de données télématiques parce que vos coûts initiales sont très élevés. Nous n’allons pas vendre une batterie à un client qui n’a pas de sens ou qui ne génère pas de retour sur investissement. »

Si un client estime que LiB est pertinent pour son application après avoir analysé le coût total de possession, plusieurs éléments restent à considérer en préparation à la transition. L’adoption de LiB nécessite une formation importante, une reconfiguration des installations, et bien plus encore.

Par exemple, les opérateurs de chariots élévateurs doivent être formés au lithium – surtout s’ils ne connaissent pas la charge opportuniste. Avec les chariots élévateurs alimentés par LiB, les opérateurs doivent brancher les batteries dans un chargeur chaque fois que le chariot élévateur n’est pas utilisé – même si ce n’est que pour une courte pause.

« Ce n’est pas quelque chose auquel ils sont habitués. Ainsi, durant les deux premiers mois, les opérateurs ne branchaient pas leurs piles, et elles étaient trop déchargées pour le service suivant », explique Dang d’Electrovaya. « Il a fallu deux mois pour les former complètement, leur montrer qu’il est très important de se brancher pendant n’importe quelle pause, que ce soit cinq minutes ou trente. Pendant ce temps, même si cela ne semble pas beaucoup, la batterie récupérera beaucoup d’énergie déjà utilisée, ce qui est bénéfique pour la prochaine personne qui voudra utiliser le camion.

« Avec chaque client avec qui nous avons fait cela, il y a toujours un changement de culture. Les deux premiers mois seront difficiles, mais après les deux premiers mois, tout ira beaucoup plus facilement, et vous verrez le véritable bénéfice de notre système de batteries lithium-ion. »

Quel que soit le type de batterie, ElShafei de Navitas affirme que la recharge opportuniste deviendra de plus en plus courante à l’avenir – même pour les batteries au plomb. Bien qu’il puisse y avoir une courbe d’apprentissage pour les opérateurs, il existe des avantages indéniables à une approche de tarification par opportunité.

La recharge opportuniste offre la possibilité de décentraliser le lieu de recharge en disposant de plusieurs stations de recharge.

« Nous avons des situations où les clients ont des zones de recharge plus petites et peuvent avoir 20 camions qui se garent dans une zone, mais ils le font dans 5 zones différentes de l’établissement », explique ElShafei. « Nous avons vu d’autres installations où ils répartissent les chargeurs partout dans leurs installations de fabrication et ils n’ont même pas besoin d’emmener le camion jusqu’à la salle de pause dans ce cas. Ils peuvent le stationner à un équipement sur la chaîne de production. En résumé, la recharge par opportunité offre beaucoup de flexibilité. »

Les fabricants de batteries peuvent faciliter la transition du plomb-acide au LiB en aidant les entreprises à former leurs employés et à repenser la disposition de leurs installations.

« Au début, la formation était un peu improvisée, mais aujourd’hui nous avons des programmes formels – à la fois avec l’équipe de maintenance des clients et les formateurs de maître, et avec certains vendeurs de chariots élévateurs eux-mêmes », explique Dang d’Electrovaya. « Dans la plupart des cas, nos clients installent les chargeurs juste à côté de la salle de pause ou près de la salle de bain parce que c’est plus pratique ainsi. C’est un moyen simple de rappeler et d’encourager les opérateurs à toujours brancher les piles. Mais dans certains cas, les clients n’ont pas la flexibilité d’ajouter des bornes à un emplacement précis en raison des limitations de leur installation. »

Flux Power réalise une inspection complète du site avant toute installation afin de concevoir un design personnalisé adapté aux besoins et préoccupations opérationnels uniques du client.

« C’est une expérience d’apprentissage, et l’éducation est un grand enjamb. C’est une technologie totalement différente, et un état d’esprit totalement différent », a déclaré Kilgore de Flux Power. « La plupart des clients ont des opérateurs de chariots élévateurs qui travaillent depuis 10 ou 20 ans avec du plomb-acide en tête, et il n’est pas facile de changer cet état d’esprit. C’est comme passer d’une cassette à un CD. »

Mais les experts que nous avons rencontrés étaient tous d’accord : la reconversion et la refonte de la disposition des installations ne dissuadent pas les clients de passer à LiB.

« Nos clients sont compréhensifs, ils sont assez progressistes. Le facteur numéro un, c’est le coût », explique Dang d’Electrovaya. « Tout le monde ne peut pas se permettre ou n’a pas le budget pour acheter du lithium, surtout pour une petite exploitation. Mais pour quelqu’un comme Amazon ou WalMart, un centre de distribution 24h/24 et 7j/7, le retour sur investissement est évident, et ils disposent du budget pour se permettre un investissement initial élevé en capital. »

Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles l’industrie de la manutention des matériaux s’est tournée vers les produits électriques. Les chariots élévateurs électriques nécessitent nettement moins d’entretien, offrent des coûts d’exploitation inférieurs à ceux des produits IC et sont plus silencieux.

Mais l’une des principales raisons du passage progressif à l’électrique ? Les entreprises deviennent de plus en plus conscientes de leur impact environnemental, et les chariots élévateurs électriques ne produisent aucune émission pendant leur exploitation.

Parce que les batteries lithium-ion sont plus efficaces que leurs homologues au plomb, il est raisonnable de penser que les LiB seraient une option plus écologique. Mais ce n’est pas toujours le cas – les LiB ont leurs propres préoccupations environnementales.

Les principaux composants d’une cellule lithium-ion nécessitent l’extraction de carbonate de lithium, de cuivre, d’aluminium et de minerai de fer. Le lithium n’est qu’une petite partie de la cellule de batterie en masse, donc les impacts environnementaux du cuivre et de l’aluminium sont bien plus importants.

La plus grande différence, cependant, est la recyclabilité des batteries. Les batteries au plomb-acide existent depuis longtemps et, par conséquent, disposent de programmes de recyclage bien plus matures. Les batteries au plomb-acide sont recyclées environ 99 % du temps, contre les LiB, qui ont actuellement un taux de recyclabilité inférieur à 5 %.

« Cela dépend définitivement de la manière dont le lithium est extrait, de la manière dont il est recyclé et renvoyé dans l’environnement », déclare Dang d’Electrovaya. « On ne trouve qu’une poignée de vendeurs en Amérique du Nord prêts à recycler des LiBs. Mais je crois qu’à mesure que le monde évoluera vers l’utilisation du lithium, davantage d’entreprises de recyclage émergeront, et de meilleurs programmes et technologies de recyclage seront développés.

« Il y a certains domaines où le plomb est plus écologique que le lithium, mais le domaine où le lithium est vraiment plus respectueux de l’environnement, c’est dans l’application ou l’utilisation. Nos LiBs sont complètement scellés sans aucun gaz. »

Au fur et à mesure que des programmes de recyclage sont développés pour les LiB, les fabricants de batteries explorent des moyens uniques de leur donner une seconde et une troisième durée de vie.

Flux Power demande à ses clients de renvoyer les batteries une fois qu’elles ont atteint leur limite, et Flux les utilise comme énergie de secours pour l’énergie solaire.

Navitas et Electrovaya cherchent également des moyens de remettre à neuf les LiB usagés lorsqu’ils atteignent la fin de leur première utilisation prévue – ce qui signifie généralement une opération à haut débit.

« Je pense à l’analogie d’un téléphone portable », dit ElShafei de Navitas. « Tu utilises beaucoup ton téléphone portable personnellement, et à un moment donné, tu pourrais dire 'mon iPhone ne dure plus aussi longtemps et ne me permet pas de passer ma journée', donc à cause de l’autonomie, tu achètes un nouveau téléphone. Cela se produit aussi avec un chariot élévateur. Il existe certainement un marché pour les personnes qui n’utilisent pas leur iPhone autant que vous. Peut-être qu’ils l’utilisent 4 heures par jour et que vous l’utilisez 8 à 10 heures par jour. Il en va de même pour les bogies élévateurs. Peut-être qu’ils mettent un nouveau logiciel dessus, ils le nettoient, le repeint, ils mettent de nouveaux contacteurs et un fusible, puis ils le revendent à une application de service qui l’utilise moins fréquemment que le premier client. »

Electrovaya offre une garantie allant jusqu’à 10 ans sur ses batteries. Bien que leur plus ancienne batterie ait actuellement quatre ans, Electrovaya prévoit de réutiliser les batteries avec toute durée de vie restante à la fin de la garantie de 10 ans.

« Nous trouverons une application de seconde vie, que ce soit le stockage d’énergie ou peut-être une opération en un seul service comme une petite boutique familiale », dit Dang. « Chaque année, nous faisons une inspection annuelle des batteries. Lors de notre inspection la plus récente, à trois ans, les batteries présentaient une dégradation minimale, elles dépasseront donc la période de garantie. Au bout de 10 ans, tant qu’ils restent sur la bonne voie, nous ne prévoyons pas de démonter une batterie et de la recycler. Nous prévoyons de la réutiliser.

« La beauté du lithium, c’est que, selon la formulation spécifique et la chimie du lithium utilisée, les batteries peuvent durer très longtemps. Dans notre cas, nous utilisons la technologie NMC, ou technologie Nickel-Magnésium-Cobalt-Lithium. Cette chimie, combinée à notre formulation propriétaire, permet à la batterie de durer jusqu’à 9000 cycles. Donc, si vous êtes un opérateur qui utilise environ 2 à 3 cycles par jour, cette batterie peut durer jusqu’à 12 ans, et cela concerne une utilisation intensive. Si vous êtes un utilisateur de taille moyenne qui utilise 1 à 2 cycles par jour, vous avez ici bien plus de 15 ans. Ainsi, après la barre des dix ans, vous pouvez certainement envisager encore deux ans, voire plus, dans quelque chose comme le stockage d’énergie. »