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RÉSUMÉ
La voiture électrique est un véhicule sans émission locale de polluants et très silencieux par rapport aux véhicules thermiques. L'histoire a été marquée de plusieurs cycles éphémères où son émergence avait été annoncée. Si les technologies des moteurs électriques pour les véhicules sont matures depuis longtemps, le point limitant reste la batterie. Dans ce document, les principales technologies de batteries utilisées dans le domaine automobile sont présentées et comparées selon leurs performances, leur durée de vie réelle et théorique, et leur coût d'utilisation. Un éclairage particulier sera fait sur les batteries lithium, dont le potentiel et les développements réalisés pour les applications nomades montrent que les verrous bloquant l'émergence des voitures électriques sont en train de se lever.
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Daniel CHATROUX : Chef de laboratoire - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives, Laboratoire d'innovation pour les technologies des énergies nouvelles et les nanomatériaux, Département de l'électricité et de l'hydrogène pour les transports, Service d'intégration des générateurs électrochimiques, Grenoble - Cet article est la réédition actualisée de l'article [D 5 565] intitulé « Transport électrique routier – Batteries pour véhicules électriques » paru en 2003, rédigé par Renaut Mosdale.
INTRODUCTION
Les véhicules électriques offrent un très faible niveau d'émission locale de polluant, un silence très apprécié des utilisateurs et une facilité de conduite en usage urbain grâce à la transmission directe (sans embrayage).
Les performances en puissance et les accélérations sont équivalentes aux véhicules thermiques. La motorisation électrique apporte aussi une réaction instantanée à la sollicitation et une continuité dans l'accélération, sans besoin de changer des rapports de boîte à vitesses. Par contre, les faibles densités massique et volumique des batteries limitent fortement l'énergie stockée et donc l'autonomie. Ce point est présenté classiquement comme le point limitant le développement des véhicules électriques.
Dans cet article seront détaillées et évaluées les différentes technologies de batteries. Leurs performances en usage réel seront comparées avec celles annoncées dans la littérature, pour analyser l'impact sur le coût d'usage, qui est le second point limitant le développement des véhicules électriques.
Par rapport à l'autonomie et au coût d'usage, nous verrons l'intérêt d'utiliser les batteries en microcycles pour les véhicules hybrides et de choisir des batteries lithium pour le véhicule électrique.
VERSIONS
- Version archivée 1 de févr. 2003 par Renaut MOSDALE
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5. Conclusion
Les véhicules électriques des années 1990 se caractérisaient par une faible énergie embarquée, une autonomie de moins de 100 km, une décharge de la batterie en moins d'une heure en roulage continu et une dégradation rapide de la batterie amenant à un coût kilométrique deux à trois fois supérieur à un véhicule essence de l'époque. Le coût d'usage des batteries utilisées était trop élevé pour l'application véhicule électrique.
L'hybride à dérivation de puissance comme la Toyota Prius permet de n'utiliser le moteur thermique que dans ses zones de bon rendement, avec une batterie qui n'est utilisée qu'en microcycle. Cela permet d'avoir un coût d'usage compétitif, avec une durée de vie de la batterie analogue à celle du véhicule.
C'est le même défi qui est à relever pour les véhicules électriques. Avec les batteries lithium, on sait maintenant proposer des autonomies suffisantes pour une partie des usages, offrir des véhicules modernes, attrayant et de grand confort avec un silence très apprécié. D'autre part, les coûts d'usage de ces batteries lithium baissent régulièrement. Les objectifs de coûts accumulateurs qui sont visés, de 300 €/kWh et moins, sont déjà atteints sur d'autres marchés comme par exemple les ordinateurs portables. Les progrès sont réguliers sur les critères de durée de vie calendaire et de nombre de cycles. Ce sont des progrès rapides du fait de la dynamique portée par l'ensemble des besoins de produits nomades (ordinateur portables, tablettes, téléphones, outillage électroportatifs, vélo à assistance électrique, scooter…).
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SCHWARZ (V.), GINDROZ (B.) - Le stockage électrochimique. - MINES-ENERGIE Dossier Stockage de l'Énergie, janv.-fév. 2005. http://www.inter-mines.org/docs/ 2013082456_stock2005_15.pdf
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(2) - CHATROUX (D.) - Performances of batteries technologies in vehicle applications. - Power Conversion and Intelligent Motion conference, PCIM (2013).
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(3) - CHATROUX (D.) - Lithium ion batteries balancing. - Power Conversion and Intelligent Motion conference PCIM (2014).
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(4) - CHATROUX (D.) - Toyota PRIUS : battery in microcycle mode : the cost of use is divided by five. - Power Conversion and Intelligent Motion conference, PCIM (2009).
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
AVEM site d'information sur le véhicule électrique et hybride https://www.avem.fr/
Histoire de la voiture électrique http://philippe.boursin.perso.sfr.fr/velec/velec.htm
Recherches du CEA sur les batteries pour véhicules électriques http://www.cea.fr/technologies/les-recherches-du-cea-sur-les- batteries-pour-veh
Fonctionnement de la Toyota PRIUS http://www.afcem.org/content/documents/strate-n769; gie-conversion-e-n769;nergie-prius.pdf
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