Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Les quatre technologies d’accumulateurs les plus répandues actuellement sont : plomb-acide, Ni-Cd, Ni-MH et Li-ion. Les besoins en termes de stockage de l’énergie sont différents suivant les cas envisagés : véhicule électrique, hybride rechargeable ou hybride allant du stop and start, au mild hybrid et au full-hybrid. La technologie plomb-acide est limitée aux systèmes de type stop and start. Avec des performances supérieures, les accumulateurs Ni-MH sont actuellement la solution retenue pour les hybrides conventionnels (mild ou full de type Prius). Enfin pour les applications véhicule électrique ou hybride rechargeable, seuls les systèmes Li-Ion sont envisagés pour des productions de masse. Il existe des voies de développement pour améliorer notamment l’autonomie des véhicules.
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The four most widely used battery technologies are: lead-acid, Ni-Cd, Ni-MH and Li-ion. The needs in term of energy storage vary according to the following cases: electric vehicle, rechargeable hybrid or stop-start, mild hybrid and full hybrid. The lead-acid technology is limited to the stop-start systems. With a higher level of performances, the Ni-MH batteries are, at this time, the selected solution for conventional hybrids (mild or full hybrids of the Prius type). Concerning the electric vehicle or rechargeable hybrid applications, only the Li-Ion systems have been envisaged for mass-production. Development pathways exist in order to improve in particular the autonomy of vehicles.
Auteur(s)
-
Sébastien MARTINET : Ingénieur électrochimiste – Docteur Génie des Procédés - Adjoint au Chef de Département Électricité et Hydrogène pour le transport - CEA-LITEN
INTRODUCTION
Les quatre technologies d’accumulateurs les plus répandues actuellement sont : plomb-acide, Ni-Cd, Ni-MH et Li-ion. Les besoins en termes de stockage de l’énergie sont différents suivant les cas envisagés : véhicule électrique, hybride rechargeable ou hybride allant du stop and start, au mild hybrid et au full-hybrid. La technologie plomb-acide est limitée aux systèmes de type stop and start. Avec des performances supérieures, les accumulateurs Ni-MH sont actuellement la solution retenue pour les hybrides conventionnels (mild ou full de type Prius). Enfin pour les applications véhicule électrique ou hybride rechargeable, seuls les systèmes Li-Ion sont envisagés pour des productions de masse. Il existe des voies de développement pour améliorer notamment l’autonomie des véhicules.
The paper begins by a short presentation of the 4 different rechargeable battery technologies that are the most spread out today : Lead-Acid, Ni-Cd, Ni-MH et Li-Ion. Then the needs in terms of energy storage are detailed for the each case, electric vehicle, plug-in hybrid or stop and start, mild hybrid to full hybrid. The lead-acid technology, due to its limited energy density, is restricted to the stop and start system. With significantly higher performances, Ni-MH batteries are currently the selected technology for conventional hybrids (mild or full such as Prius from Toyota). Finally, for electric vehicle or plug-in hybrid applications, only the Li-Ion systems are considered as potential candidates due to the need of extended autonomy. To conclude, the paper points out the different routes people are now exploring to improve the performances of the batteries, and especially to increase the vehicle autonomy.
Accumulateur, Li-Ion, Batterie, véhicule électrique, véhicule hybride.
Battery, Li-Ion, Electric Vehicle, Hybrid Vehicle.
Points clés
Domaine : stockage de l’énergie
Degré de diffusion de la technologie : émergence
Technologies impliquées : accumulateurs et batteries
Domaines d’application : véhicules électriques et hybrides
Principaux acteurs français : Saft, Batscap, Renault, Peugeot-Citroën,
Autres acteurs dans le monde : Sanyo, Sony, Panasonic, Samsung, LG Chemical, BYD, Nissan, Mitsubishi, A123 etc.
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Présentation
Batteries pour véhicules électriques et hybrides2. Différentes technologies de batteries
2.1 État du marché
Depuis l’avènement des technologies de stockage électrochimique, avec notamment la technologie plomb-acide (1860, Gaston Planté), il n’existe aujourd’hui de manière répandue que quatre technologies d’accumulateurs (tableau 1) auxquelles on peut ajouter les supercondensateurs électrochimiques basés non pas sur des processus faradiques mais sur des réactions d’adsorption n’entraînant pas de transfert d’électrons au niveau des matériaux d’électrode.
Après les accumulateurs au plomb, ce sont les accumulateurs nickel-cadmium (Ni-Cd) qui ont ensuite été inventés pendant la seconde guerre mondiale.
Au début des années 1990, ils ont commencé à être remplacés par d’autres accumulateurs au nickel, les accumulateurs nickel-métal hydrure (Ni-MH), quasiment deux fois plus performants en termes de densité d’énergie massique.
Quasiment simultanément au démarrage du Ni-MH, la technologie Li-ion a été commercialisée par Sony pour la première fois en 1991.
Sur la figure 3, les différentes technologies sont comparées à la fois en terme de densité d’énergie, mais aussi de densité de puissance. Pour chaque technologie, l’enveloppe de la courbe correspond aux différents design de l’accumulateur étudiés pour le rendre plus performant en puissance au détriment de la densité d’énergie.
Concernant le marché des accumulateurs Li-ion, qui est en forte croissance, les principaux fabricants d’accumulateurs pour applications grand public sont tous asiatiques (figure 4). Parmi eux, nous pouvons citer les Japonais Sanyo et Panasonic qui ne font maintenant plus qu’un, Sony, les Coréens Samsung et LG Chem puis les chinois tels que BYD et Lishen. La part de marché des Japonais s’est progressivement érodée depuis l'introduction de la technologie au début des années 90 suite à l’entrée en lice des Coréens suivis un peu plus tard par les chinois.
HAUT DE PAGE2.2 Accumulateurs au plomb
Les accumulateurs au plomb sont constitués d’une électrode...
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Différentes technologies de batteries
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LINDEN (D.) - Handbook of Batteries - McGraw-Hill, Inc., ISBN 0-07-037921-1.
-
(2) - KIM (J.S.), JOHNSON (C.S.), THACKERAY (M.M.) - * - . – Electrochem. Comm., 4 205-209 (2002).
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(3) - PATOUX (S.), DANIEL (L.), BOURBON (C.), LIGNIER (H.), PAGANO (C.), LE CRAS (F.), JOUANNEAU (S.), MARTINET (S.), POWER SOURCES (J.) - * - . – High voltage spinel oxides for Li-ion batteries : From the material research to the application, 189 344-352 (2009).
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(4) - ZHANG (W.-J.) - Journal of Power Sources 196 877-885 - « Lithium insertion/extraction mechanism in alloy anodes for lithium-ion batteries » (2011).
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(5) - CHAMI (M.), MAILLEY (S.), REYNIER (Y.), MASSE (F.), MARTINET (S.), FUSALBA (F.) - * - . – World Electric Vehicle Journal vol. 3 (2009).
-
(6) - ROZAIN (C.) - * - . – Rapport...
ANNEXES
AABC – Advanced Automotive Battery Conference – a lieu 2 fois par an, dont une en Europe
Batteries 20XX – a lieu tous les ans à Cannes fin Septembre
IMLB – International Meeting on Lithium Batteries – a lieu tous les 2 ans
HAUT DE PAGE
UL1642 - UL Standard for Safety for Lithium Batteries, Underwriters Laboratories. - -
SAE J-2288 - Life Cycle Testing of Electric Vehicle Battery Modules (Reaffirmed June 2008). - -
SAE J-2289 - Electric-Drive Battery Pack System : Functional Guidelines (revised July 2008). - -
ISO/FDIS 12405-1 - Véhicules routiers à propulsion électrique – Spécifications d'essai pour des installations de batterie de traction aux ions lithium – Partie 1 : applications à haute puissance (projet de norme). - -
ISO/DIS 12405-2 - Véhicules routiers à propulsion électrique – Spécifications d'essai pour des installations de batterie de traction aux ions lithium – Partie 2 : Applications...
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