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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.
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- Version archivée 1 de févr. 2003 par Renaut MOSDALE
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2. Performances sur véhicules et impact sur le coût d'usage
Par rapport à ce qui a été dit ci-dessus, le retour d'expérience sur les véhicules électriques des années 1990 et le monitoring de véhicules montrent que les énergies massiques des packs batteries mesurées sur véhicules sont largement inférieures aux valeurs de la littérature .
Pour les trois chimies classiques plomb acide, NiCd, NimH, on observe que les packs batterie des véhicules ne permettent pas de rouler plus d'une heure en roulage continu, alors que ces technologies sont plutôt conçues pour des décharges en plusieurs heures. Du fait des vitesses de diffusion des espèces chimiques en interne, une partie de l'énergie ne peut être extraite.
Le tableau 5 présente les ordres de grandeurs des énergies massiques mesurées.
La chimie NimH semblait être un candidat intéressant par rapport à celle au lithium. Pour être adaptés à une décharge en une heure, il faut impérativement des versions dimensionnées en puissance, qui elles aussi sont encore concernées par le régime de décharge.
Pour la chimie lithium-ion, les accumulateurs sont adaptés aux régimes de décharge. L'énergie mesurée sur véhicule est conforme à la spécification du constructeur des accumulateurs lithium-ion. Néanmoins, les mécaniques des modules et du pack batterie, ainsi que celles ajoutées pour les fonctions de sécurité et de tenue au feu, sont des masses additionnelles qui se traduisent par une baisse importante entre l'énergie massique des accumulateurs et celle du pack complet répondant aux besoins de l'application.
Tel qu'indiqué dans le tableau 5, on observe alors un très grand écart entre les chimies traditionnelles et les packs batterie lithium, ce que les données de la littérature...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(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
-
(2) - CHATROUX (D.) - Performances of batteries technologies in vehicle applications. - Power Conversion and Intelligent Motion conference, PCIM (2013).
-
(3) - CHATROUX (D.) - Lithium ion batteries balancing. - Power Conversion and Intelligent Motion conference PCIM (2014).
-
(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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