Des chercheurs du laboratoire national d'Oak Ridge ont mis au point un système de contrôle innovant pour les blocs-batteries de véhicules électriques réutilisés afin de stocker l'électricité à usage domestique et étendent la technologie à un grand projet au niveau du réseau électrique.

Même après que les batteries ont atteint la fin de leur première durée de vie utile pour alimenter les véhicules électriques, ou VE, il reste encore beaucoup de jus. Ces packs peuvent ne plus résister aux conditions extrêmes de charge et de décharge des VE, mais ils ont toujours une durée de vie utile en tant qu'option peu coûteuse pour le stockage d'énergie stationnaire - selon certaines estimations, jusqu'à 10 ans de plus d'une seconde vie.

Les batteries réutilisées sont un candidat idéal pour le stockage d'énergie du réseau, ce qui est essentiel pour maintenir l'équilibre de la demande et de l'offre d'électricité en tant que plus renouvelable, des sources de production intermittentes sont installées dans tout le pays. Les énergies renouvelables telles que le solaire, l'éolien et l'hydroélectricité ont produit environ 17 % de l'électricité aux États-Unis en 2018, selon l'Energy Information Administration des États-Unis. De plus en plus de sources d'énergie renouvelables sont installées dans les foyers et les entreprises.

Mais le coût des systèmes de stockage d'énergie sur site utilisant de nouvelles batteries est encore assez élevé.

"Le développement de nouvelles technologies pour le stockage de l'énergie est essentiel à un réseau électrique moderne de plus en plus dépendant des énergies renouvelables, énergie distribuée, " a déclaré Imre Gyuk, directeur de la recherche sur le stockage de l'énergie à l'Office of Electricity du DOE. « Ce projet soutient également une économie circulaire en réutilisant une matière première de valeur, minimiser les déchets, et assurer la fiabilité, livraison sécurisée d'électricité pour une économie robuste."

Le potentiel du low-cost, le stockage d'énergie par batterie recyclée est énorme. Environ 1 million de véhicules électriques sont actuellement sur les routes du pays, avec la Fondation Edison prédisant 18,7 millions de véhicules électriques supplémentaires d'ici 2030, soit environ 7% du total des véhicules, le tout alimenté par des batteries.

Le chercheur ORNL Michael Starke a dirigé un projet soutenu par le programme de stockage d'énergie d'OE pour créer et améliorer les contrôles pour le stockage d'énergie de batterie à usage secondaire, y compris le déploiement et l'essai d'un système de 15 kilowatts sur un site d'accueil d'Habitat pour l'humanité en Caroline du Nord, ainsi que des tests dans une maison de recherche que l'ORNL maintient dans un quartier proche du laboratoire.

En utilisant le logiciel et le matériel d'électronique de puissance développés par Starke et ses collègues, le système de batterie à usage secondaire est conçu pour réduire à zéro les achats d'une maison auprès du service public pendant les périodes de demande de pointe critiques lorsque le coût de l'électricité est le plus élevé. La maison utilise plutôt de l'électricité produite ou stockée à partir d'énergies renouvelables sur place.

« L'avantage net est une facture d'électricité beaucoup plus faible en profitant des structures tarifaires en temps réel, " dit Starke.

Le processus libère également une partie de la demande de la zone de service du service public pendant les périodes de pointe, aider à équilibrer les charges. « Le gros point à retenir est la démonstration que le stockage d'énergie à usage secondaire est économiquement viable dans ces applications, " ajouta Starke.

« L'utilisation secondaire ne consiste pas simplement à prendre des batteries de voiture usagées et à les jeter dans quelque chose. Accéder à un système de qualité utilitaire est un défi. Les services publics veulent quelque chose de fiable et efficace sur lequel ils peuvent compter pendant une longue période. Et ils ne veulent qu'un seul appareil pour communiquer avec qui peut gérer une énorme ressource, " dit Starke.

Le système développé par ORNL propose une communication basée sur le cloud pour permettre le contrôle à distance, un onduleur flexible pour convertir l'énergie pour un usage domestique ou pour la transmission de services publics, et des commandes pour synchroniser le système avec le réseau plus large et pour assurer un démarrage et un arrêt sûrs. Le travail est détaillé dans le document, "Système de stockage d'énergie résidentiel (à usage secondaire) et interfaces électroniques de puissance logicielles et matérielles modulaires, " présenté au IEEE Energy Conversion Congress and Exposition cet automne.

Les chercheurs d'Oak Ridge ont également relevé le défi d'intégrer des batteries d'âges différents de différents fabricants ayant des chimies différentes, tensions et capacités dans un système de stockage d'énergie unifié et efficace. Les chercheurs ont développé une méthode qui propose essentiellement une quantité souhaitée de charge ou de décharge avec les batteries, répond ensuite avec son statut et sa capacité à répondre à la demande, résultant en une répartition efficace des ressources.

Le travail est détaillé dans le document, "Architecture pour le stockage d'énergie de batterie multi-chimie à l'échelle industrielle, " également présenté à la conférence IEEE. La recherche fait partie intégrante de l'avenir de la réutilisation des batteries de véhicules électriques dans des projets encore plus vastes pour soutenir le stockage en réseau au niveau des services publics, dit Starke.

Le stockage d'énergie à l'échelle des services publics est généralement de 100 kilowatts ou plus, les systèmes d'au moins 1 mégawatt étant optimaux. Un tel projet nécessiterait plusieurs systèmes de batteries à usage secondaire.

"C'est tout derrière ce que l'utilitaire voit, " dit Starke. " Les services publics veulent juste un bloc d'énergie, mais il y a beaucoup de sous-systèmes qui doivent coordonner et contrôler ces ressources afin de créer un système de 1 mégawatt."

Starke et ses collègues du groupe d'intégration des systèmes d'énergie électrique de l'ORNL développent actuellement un système de batterie à usage secondaire de 100 kilowatts pour tester davantage leurs commandes et leurs solutions matérielles. Ce sera le premier projet du genre à réutiliser les batteries de véhicules électriques pour un système à l'échelle du réseau, à l'échelle d'un quartier à logements multiples.