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Glossaire · Secteur de l’énergie & transition énergétique

Profondeur de décharge, Depth of Discharge

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La profondeur de décharge, en anglais Depth of Discharge ou DoD, indique quelle part d'une capacité de référence est prélevée sur une batterie lors d'une décharge. Elle est le plus souvent exprimée en pourcentage. Exemple : un accumulateur à batterie dispose de 10 kilowattheures de capacité utilisable. Si 8 kilowattheures en sont prélevés, la profondeur de décharge, rapportée à cette capacité, est de 80 pour cent. L'indication n'est univoque que si l'on sait à quoi elle se rapporte : à la capacité nominale ou assignée, à la capacité utilisable libérée par le fabricant ou à la capacité actuelle réduite par le vieillissement.

Deux définitions courantes

La notion voisine la plus proche est l'état de charge (State of Charge, SoC). Il décrit le niveau de remplissage d'une batterie à un instant donné. Pour la profondeur de décharge, la technique et la littérature connaissent deux lectures qu'il convient de distinguer. Dans la première, la profondeur de décharge est le complément de l'état de charge, mesuré à partir d'une batterie pleine : à 30 pour cent d'état de charge, la profondeur de décharge est de 70 pour cent. Dans la seconde, usuelle dans les études de vieillissement, la profondeur de décharge est l'amplitude d'un cycle, c'est-à-dire la différence entre l'état de charge le plus élevé et le plus bas. Si une batterie est déchargée de 90 à 30 pour cent, la profondeur de décharge est de 60 points de pourcentage selon cette définition, alors qu'elle est de 70 pour cent à la fin selon la première lecture. L'état de charge décrit donc un état. La profondeur de décharge au sens d'amplitude de cycle décrit une variation.

Le fait de calculer en ampères-heures ou en kilowattheures fait également une différence. En technologie des cellules, la capacité est le plus souvent indiquée comme quantité de charge en ampères-heures, pour les systèmes de stockage généralement comme énergie en kilowattheures. Comme la tension de cellule varie avec l'état de charge, les deux valeurs en pourcentage ne sont pas toujours exactement identiques. La profondeur de décharge ne dit en outre rien de la puissance. Un accumulateur de forte puissance et de faible capacité de stockage peut être très rapidement déchargé en profondeur sans avoir fourni beaucoup d'énergie. Pour le dimensionnement, la puissance, la capacité utilisable, la durée de décharge et la profondeur de décharge doivent donc être considérées séparément.

Brut, net et rôle de la gestion de batterie

De nombreux systèmes ne rendent pas accessible l'ensemble de la capacité de cellule disponible sur le plan électrochimique. Le système de gestion de batterie ne libère qu'une fenêtre d'utilisation et écarte ainsi les états de charge très élevés et très bas, qui peuvent accroître le vieillissement et les risques de sécurité. Une « profondeur de décharge de 100 pour cent » ou un « état de charge de 0 pour cent » affichés signifient alors généralement seulement que cette fenêtre d'utilisation est épuisée. Les cellules ne sont pas complètement vides pour autant. Sous la fenêtre subsiste une réserve de protection. Les fiches techniques qui ne distinguent pas clairement capacité brute et capacité nette ne sont donc comparables que de façon limitée.

La gestion de batterie surveille les tensions, les courants et les températures au niveau des cellules. Les cellules ne vieillissent pas de manière tout à fait uniforme. Si une cellule plus faible atteint plus tôt sa limite de tension inférieure, le système doit interrompre la décharge, même si l'accumulateur ne paraît pas encore vide dans son ensemble. L'équilibrage des cellules compense en partie de telles différences. La profondeur de décharge affichée est donc toujours aussi le résultat de la mesure, de l'estimation d'état et de la logique de protection. Le règlement européen sur les batteries exige, pour les accumulateurs à batterie stationnaires et d'autres catégories de batteries, que la gestion de batterie enregistre notamment les événements de décharge profonde et le nombre de cycles complets équivalents.

Influence sur le vieillissement

Les batteries vieillissent au repos (vieillissement calendaire) et par l'usage (vieillissement par cyclage). L'intensité de la sollicitation d'une cellule lithium-ion par un cycle dépend notamment de la température, de l'état de charge moyen, du courant de charge et de décharge (C-rate) et de la profondeur de décharge. Les séries de mesures et les modèles de durée de vie du National Renewable Energy Laboratory (NREL) américain représentent expressément le vieillissement en fonction de ces grandeurs. Pour de nombreuses chimies de cellules, la tendance est la suivante : de fréquents cycles peu profonds dans une plage d'état de charge moyenne ménagent plutôt la cellule que des cycles répétés couvrant presque toute la plage. L'ampleur de cet effet varie selon la chimie, par exemple entre LFP et NMC, et selon le fabricant de cellules. Des nombres de cycles forfaitaires par profondeur de décharge ne sont donc fiables qu'en tant qu'indications du fabricant pour une cellule donnée dans des conditions d'essai données.

Une simplification répandue doit être rectifiée ici. Deux décharges de 50 pour cent de profondeur chacune donnent ensemble, pour le débit d'énergie, un cycle complet équivalent. Pour le vieillissement, elles ne sont toutefois pas automatiquement équivalentes à un cycle sur 100 pour cent. Dans de nombreux modèles de vieillissement empiriques, la sollicitation par cycle croît plus que proportionnellement avec la profondeur de décharge. Deux demi-cycles endommagent alors moins qu'un cycle complet. Le comptage en équivalents de cycles complets mesure donc le débit d'énergie. Il ne remplace pas un modèle de vieillissement.

Avec le vieillissement, la profondeur de décharge se déplace en outre d'elle-même. Si la capacité disponible diminue (voir State of Health), la batterie doit être déchargée plus profondément pour la même quantité d'énergie. Si, en revanche, la conduite d'exploitation respecte des limites d'état de charge fixes, chaque cycle fournit moins d'énergie avec l'âge.

Distinction par rapport au rendement et au nombre de cycles

Profondeur de décharge et rendement sont des grandeurs différentes. Le rendement, généralement indiqué pour les accumulateurs sous forme de round-trip efficiency, décrit quelle part de l'énergie stockée est restituée. La profondeur de décharge décrit en revanche jusqu'où l'accumulateur est déchargé. À 80 pour cent de profondeur de décharge, un accumulateur peut avoir un rendement élevé ou faible. Le nombre de cycles indique pour sa part combien de fois on charge et décharge. La profondeur de décharge décrit l'ampleur de ces cycles.

Garanties, fiches techniques et droit

Les fabricants indiquent généralement la durée de vie comme une combinaison d'années calendaires, de nombre de cycles ou de débit d'énergie et d'une capacité résiduelle minimale, souvent pour une profondeur de décharge déterminée. Celui qui compare uniquement des nombres de cycles peut donc se tromper : de nombreux cycles à faible profondeur de décharge peuvent représenter moins d'énergie totale que moins de cycles à grande profondeur de décharge. Pour les décisions d'investissement, comptent surtout l'énergie totale restituée sur la durée de vie et le coût par kilowattheure restitué.

Dans l'UE, le règlement sur les batteries (UE) 2023/1542 régit ces indications. Depuis le 18 août 2024, les batteries industrielles rechargeables d'une capacité supérieure à 2 kWh, les batteries pour moyens de transport légers et les batteries de véhicules électriques doivent être accompagnées d'une documentation contenant les paramètres de performance et de durabilité conformément à l'annexe IV. Parmi ces paramètres figure aussi la profondeur de décharge utilisée lors de l'essai de durée de vie en cycles, à côté du C-rate et de la durée de vie attendue en cycles. Les indications de cycles de différents produits deviennent ainsi mieux comparables. Des valeurs minimales contraignantes doivent suivre par acte délégué. Pour les batteries industrielles ne comportant qu'un stockage externe, ces valeurs minimales sont exclues.

Importance dans le système électrique

Dans le système électrique, la profondeur de décharge détermine en partie la quantité d'énergie qu'un accumulateur peut déplacer par utilisation. Il s'agit d'un arbitrage entre l'énergie par cycle et le budget de vieillissement. Selon l'application, la pondération diffère :

  • Maintien de la fréquence et autres formes de puissance de réglage : ici comptent surtout les variations rapides de puissance. Les amplitudes d'état de charge par événement sont souvent faibles. En même temps, l'accumulateur doit tenir une réserve dans les deux sens et est donc généralement exploité autour d'un état de charge moyen.

  • Arbitrage et déplacement sur plusieurs heures : ici compte la quantité d'énergie déplaçable. Une plus grande profondeur de décharge rapporte plus de recettes par cycle, mais accélère le vieillissement. Elle est judicieuse tant que les écarts de prix dépassent les coûts de vieillissement supplémentaires.

  • Accumulateurs domestiques : une plus grande profondeur de décharge utilisable peut augmenter l'autoconsommation d'électricité solaire le soir. Les conditions de garantie et la réserve de secours limitent toutefois la profondeur de décharge.

La question pratique est donc rarement de savoir s'il faut éviter par principe les décharges profondes. Il s'agit plutôt de savoir quelle profondeur de décharge est admissible et rentable pour une chimie de cellule, une température, une garantie, une stratégie d'exploitation et une situation de recettes données. La profondeur de décharge relie ainsi le niveau des cellules aux questions de flexibilité, de coûts et de conduite d'exploitation.

Sources

Autres entrées du glossaire

Edited by eCMS on 11.11.2026 19:47

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