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

Alors que les préoccupations environnementales et la fluctuation des prix du pétrole continuent de pousser les consommateurs vers des solutions de rechange aux moteurs à combustion interne traditionnels, les exploitants de chariots élévateurs se sont de plus en plus tournés vers les solutions de véhicules électriques au cours de la dernière décennie.

Les clients achètent désormais beaucoup plus de chariots élévateurs électriques que ceux alimentés par des moteurs thermiques. Les chariots élévateurs électriques représentent désormais 70 % des ventes totales, et avec la demande croissante d’énergie électrique, il est nécessaire de fournir une solution qui offre tous les avantages de la combustion interne sans perte de productivité.

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

Mais un nouvel acteur a émergé sur la scène ces dernières années et révolutionne la façon 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 chariots élévateurs électriques augmentera considérablement au cours des cinq prochaines années.

Alors, pourquoi tout ce battage médiatique ? Le lithium-ion a-t-il un sens pour chaque client ? Est-il vrai que le lithium-ion est meilleur pour l’environnement que le plomb-acide ? Voici ce que les experts de quelques-uns des principaux fabricants de LiB avaient à dire.

Bien que la technologie LiB offre des avantages uniques, les experts admettent qu’ils n’ont pas toujours de sens pour tous les clients. Chaque fabricant de batteries est différent dans la façon dont il détermine si 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 bonne solution pour un client donné. Navitas utilise un seuil de 1,6 UER, ce qui signifie que les clients qui utilisent leurs batteries au plomb plus de 1,6 fois par jour en moyenne sont un choix potentiel pour LiB. Cependant, si le nombre d’UER d’un client tombe en dessous de 1,6, Navitas recommandera probablement au client de continuer à utiliser de l’acide au plomb.

« En règle générale, les applications à plusieurs équipes – 2 ou 3 équipes – sont supérieures à 1,6 UER », a déclaré Samer ElShafei, vice-président des ventes commerciales et industrielles de Navitas. « Nous travaillons dans les secteurs de l’automobile, de la grande distribution, de la distribution alimentaire, de la vente au détail et du papier. C’est bien équilibré. Il s’agit vraiment de tout type d’application qui fait fonctionner l’équipement plus d’un quart de travail par jour.

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

Electrovaya a d’abord proposé des échantillons de batteries aux clients et les a laissés les utiliser pendant 2 à 3 semaines. Ensuite, sur la base des données collectées à partir de la batterie, ils ont pu déterminer si la batterie était bien adaptée ou non à l’application de ce client.

« Sur la base des leçons tirées de ces essais et de la richesse des données, nous pouvons maintenant faire un très bon travail en vous prescrivant la bonne solution », a déclaré le Dr Jeremy Dang, directeur du développement commercial et des projets d’Electrovaya. « Nous pouvons parler à un nouveau client aujourd’hui et lui poser quelques questions telles que : « Combien de camions avez-vous ? Combien y a-t-il de chargeurs ? Combien y a-t-il de batteries au plomb ? Combien y a-t-il de quarts de travail ? Et à partir de là, nous pouvons leur prescrire une solution qui leur convient.

Flux Power offre un point de vue similaire. L’entreprise installe sa propre télématique sur les chariots élévateurs, les batteries et les chargeurs pour aider à déterminer si leurs batteries conviennent à un client particulier.

Flux a mené une enquête auprès d’un petit centre de distribution Costco qui comptait huit unités et fonctionnait avec environ un quart et demi. Après avoir testé les LiB sur la flotte, Flux a recommandé qu’ils restent avec de l’acide au plomb.

« Cela n’avait pas de sens pour eux de dépenser 20 000 $ pour une grosse batterie pour certaines de leurs unités debout », a déclaré Tod Kilgore, directeur des ventes de Flux Power. « L’acide de plomb disponible à l’heure actuelle est une très bonne technologie, mais il y a un temps et un endroit pour cela. Il en va de même pour le lithium. Si vous avez des flottes plus petites et un seul quart de travail, vous n’optez pas pour 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 chers que les batteries au plomb et sont mieux utilisés dans les applications à haut débit, selon les experts.

« Plus l’UER est élevée, plus le retour est rapide », a déclaré M. ElShafei de Navitas. « En général, à plus de 1,6 UER, nous constatons un retour sur investissement positif en 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 bon produit pour eux en fonction de leur activité », a déclaré Dang d’Electrovaya. « S’il s’agit d’une entreprise à une ou deux équipes, nous constatons que le retour sur investissement n’est pas aussi important. Dans ces cas, même s’ils sont toujours intéressés, nous minimisons le coût d’investissement en proposant une batterie plus petite et en jouant avec le rapport 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 24j/7. C’est là que vous allez vraiment voir le véritable avantage du lithium.

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

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

« Dans les entrepôts frigorifiques, les batteries au plomb ne fonctionnent pas aussi 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 radiateurs installés pour résister à de telles conditions. Presque toutes les batteries d’Electrovaya, par exemple, sont dotées d’un indice de protection (IP) IP65, ce qui signifie que les composants internes de la batterie sont protégés de l’eau et de la condensation, ainsi que à des températures aussi basses que -35 degrés Celsius.

Les indices IP vont de 0 à 69 et sont utilisés pour qualifier les niveaux d’efficacité d’étanchéité à la poussière et à l’eau. Les LiB pour les applications de stockage à froid ont généralement un indice IP* compris entre 65 et 67. Un indice IP65 signifie que le produit est « résistant à l’eau », un indice IP66 signifie qu’il est « résistant à l’eau contre les jets puissants » et IP67 signifie que le produit est protégé contre « une immersion comprise entre 15 centimètres et 1 mètre de profondeur ». À titre de comparaison, les téléphones portables modernes ont généralement un indice 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 batterie distinctes en fonction de l’application de température », a déclaré Dang. « Pour les clients des entrepôts frigorifiques, ils fourniront une batterie avec une sorte de chauffage, et dans un environnement ambiant, ils enlèveront le chauffage. Dans notre cas, nous avons une solution unique. Peu importe qu’il s’agisse d’une application à moins 35 degrés ou d’une application à 35 degrés, nous prescrivons le même modèle de batterie.

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

« C’est vraiment associé à la quantité d’énergie utilisée », a-t-il déclaré. « Il a une excellente application et un excellent rendement dans l’industrie de l’entreposage frigorifique, mais l’applicabilité est beaucoup plus large que l’entreposage 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 dans lequel les LiB conviennent bien est celui des entreprises de logistique tierces.

« Ce sont quelques-uns de nos utilisateurs intensifs », a déclaré Dang. « C’est la nature de l’entreprise. Ils transportent des marchandises tout le temps, ils peuvent donc avoir besoin de batteries robustes et de grande capacité, quelque chose que le plomb-acide ne sera pas nécessairement en mesure de gérer.

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

Peut-être le principal facteur pour les clients qui envisagent la transition ?

« De toute évidence, le coût », dit ElShafei de Navitas. « Pour la nouvelle technologie, c’est plus coûteux au départ. Si le client est en mesure d’examiner l’investissement à partir d’un coût total de possession, cela aide avec le lithium plutôt que simplement le prix initial.

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

Si un client détermine que LiB a du sens pour son application après avoir analysé le coût total de possession, il reste plusieurs éléments à prendre en compte pour préparer la transition. L’adoption de LiB nécessite une formation importante, une reconfiguration des installations, etc.

Par exemple, les caristes doivent être formés au lithium, surtout s’ils ne sont pas familiers avec la recharge d’opportunité. Avec les chariots élévateurs alimentés par LiB, les opérateurs sont invités à brancher les batteries sur 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, au cours des deux premiers mois, les opérateurs ne branchaient pas leurs batteries, et les batteries étaient trop déchargées pour le quart de travail 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 toute pause, qu’il s’agisse d’une pause de cinq minutes ou de 30 minutes. Pendant ce temps, même si cela ne semble pas beaucoup, la batterie récupérera beaucoup d’énergie qui a déjà été utilisée, ce qui est bénéfique pour la prochaine personne qui voudra utiliser le camion.

« Avec chaque client avec lequel nous avons fait cela, il y a toujours un changement de culture. Les deux premiers mois seront difficiles, mais après les deux premiers mois, les choses seront beaucoup plus fluides et vous verrez le véritable avantage de notre système de batterie lithium-ion.

Quel que soit le type de batterie, cependant, ElShafei de Navitas affirme que la charge d’opportunité 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 y a des avantages indéniables à une approche de tarification d’opportunité.

La recharge d’opportunité offre la possibilité de décentraliser l’emplacement de recharge en disposant de plusieurs bornes de recharge.

« Nous avons des situations où les clients ont des zones de recharge plus petites et ils peuvent avoir 20 camions garés dans une zone, mais ils le font dans 5 zones différentes de l’installation », explique ElShafei. « Nous avons vu d’autres installations où ils répartissent les chargeurs dans toutes leurs installations de fabrication et ils n’ont même pas besoin d’amener le camion à la salle de pause dans cette situation. Ils peuvent le garer sur une pièce d’équipement sur la chaîne de fabrication. En fin de compte, la recharge d’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 l’aménagement de leurs installations.

« Au début, la formation était un peu ponctuelle, mais aujourd’hui, nous avons des programmes de formation formels, à la fois avec l’équipe de maintenance et les maîtres formateurs des clients, ainsi qu’avec certains des concessionnaires 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 de la salle de bain, car c’est plus pratique de cette façon. C’est un moyen facile de rappeler et d’encourager les opérateurs à toujours brancher les batteries. Mais dans certains cas, les clients n’ont pas la possibilité d’ajouter des bornes de recharge à un emplacement spécifique en raison des limites de leur installation.

Flux Power effectue une étude complète du site avant toute installation afin de proposer une conception personnalisée qui fonctionne en fonction des besoins et des préoccupations opérationnels uniques du client.

« C’est une expérience d’apprentissage, et l’éducation est importante. 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 caristes qui travaillent depuis 10 ou 20 ans avec le plomb-acide à l’esprit, 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 à qui nous avons parlé sont tous d’accord : la reconversion et la refonte de l’aménagement des installations ne dissuadent pas les clients de passer au LiB.

« Nos clients sont compréhensifs, ils sont assez progressistes. Le facteur numéro un est le coût », explique Dang d’Electrovaya. « Ce n’est pas tout le monde qui a les moyens ou le budget pour acheter du lithium, surtout pour une petite exploitation. Mais pour quelqu’un comme Amazon ou WalMart, un centre de distribution ouvert 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7, le retour sur investissement est clair et ils ont le budget nécessaire pour se permettre l’investissement initial élevé.

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

Mais l’une des principales raisons du passage progressif à l’électrique ? Les entreprises sont de plus en plus conscientes de l’impact qu’elles ont sur l’environnement, et les chariots élévateurs électriques ne produisent aucune émission pendant leurs opérations.

Étant donné 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 ne représente qu’une partie mineure de la cellule de batterie en masse, de sorte que les impacts environnementaux du cuivre et de l’aluminium sont beaucoup plus importants.

Le plus grand facteur de différenciation, cependant, est la recyclabilité des batteries. Les batteries au plomb existent depuis longtemps et, par conséquent, ont des programmes de recyclage beaucoup plus matures. Les batteries au plomb sont recyclées environ 99 % du temps, par rapport aux LiB, qui ont actuellement un taux de recyclabilité inférieur à 5 %.

« Cela dépend certainement de la façon dont le lithium est extrait et de la façon dont il est recyclé et renvoyé dans l’environnement », explique M. Dang d’Electrovaya. « En Amérique du Nord, il n’y a qu’un petit nombre de fournisseurs qui sont prêts à recycler les LiB. Mais je crois qu’au fur et à mesure que le monde s’orientera vers l’utilisation du lithium, de plus en plus d’entreprises de recyclage apparaîtront et de meilleurs programmes et technologies de recyclage seront développés.

« Il y a des domaines dans lesquels le plomb est plus vert que le lithium, mais le domaine dans lequel le lithium est vraiment plus respectueux de l’environnement est l’application ou l’utilisation. Nos LiB sont complètement étanches et ne sont pas gazés.

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

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

Navitas et Electrovaya trouvent 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. « Personnellement, vous utilisez beaucoup votre téléphone portable, et à un moment donné, vous pourriez dire « mon iPhone ne dure plus aussi longtemps et ne me permet pas de passer ma journée », donc en raison de la durée de vie de la batterie, vous obtenez un nouveau téléphone. Cela se produira également avec un chariot élévateur. Il y a 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 chariots élévateurs. Peut-être qu’ils y mettent un nouveau logiciel, qu’ils le nettoient, qu’ils le repeignent, qu’ils y mettent de nouveaux contacteurs et un fusible, puis qu’ils le revendent à une application à 1 quart de travail qui l’utilise moins fréquemment que le premier client.

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

« Nous trouverons une application de seconde vie, qu’il s’agisse de stockage d’énergie ou peut-être d’une opération à une seule équipe, comme un magasin familial », explique M. Dang. « Chaque année, nous effectuons une inspection annuelle des batteries. Lors de notre inspection la plus récente au bout de trois ans, les batteries ont subi une dégradation minimale, de sorte qu’elles dépasseront en fait la période de garantie. Au bout de 10 ans, tant qu’ils restent sur la bonne voie, nous n’avons pas l’intention de casser une batterie et de la recycler. Nous avons l’intention de le réutiliser.

« La beauté du lithium est que, selon la formulation spécifique du lithium et la chimie utilisée, les batteries peuvent durer très longtemps. Dans notre cas, nous utilisons la technologie NMC, ou Nickel Magnésium Cobalt Lithium. Cette chimie, combinée à notre formulation exclusive, 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 durera jusqu’à 12 ans, et c’est du côté de l’utilisation intensive. Si vous êtes un utilisateur moyen qui utilise 1 à 2 cycles par jour, vous regardez bien au-dessus de 15 ans ici. Ainsi, après 10 ans, vous pouvez certainement voir deux autres années, voire plus, dans un domaine comme le stockage de l’énergie.