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Présentation
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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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VERSIONS
- Version archivée 1 de févr. 2003 par Renaut MOSDALE
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Performances sur véhicules et impact sur le coût d'usage
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1. Contexte historique, technologies de batteries et performances annoncées
Les deux premières « vagues » de véhicules électriques (cf. encadré « Historique ») furent relativement éphémères. La première était portée par de réels intérêts techniques en termes de performance, puis par une situation conjoncturelle de restriction économique pendant la Seconde Guerre mondiale, mais la suivante dans les années 1990, beaucoup plus durable, fut provoquée par une situation politique structurelle agrémentée d'une prise de conscience écologique et géologique.
En écho à cette situation, dans le secteur du transport routier de nouveaux programmes virent le jour, visant à dynamiser le développement des énergies alternatives et à renouer avec le véhicule électrique pour les déplacements particuliers et collectifs.
Ces voitures demeuraient cependant très chères du fait du prix élevé de la batterie qui faisait le plus souvent l'objet d'une location de la part des constructeurs automobiles et n'ont pas convaincu les consommateurs. Ils n'ont pas répondu favorablement aux attentes des constructeurs qui comptaient sur des volumes de ventes beaucoup plus importants que ceux réalisés. Le message médiatique sur les véhicules électriques des années 1990 était surtout centré sur la faible autonomie des véhicules.
Au cours du siècle écoulé, le véhicule électrique n'a eu de cesse de concurrencer les véhicules thermiques sans pour autant remporter de franc succès. Les raisons de cette concurrence ont évolué avec les années. Ainsi, si la première motorisation du véhicule grand public aurait pu être électrique à la[nbsp ]suite des premiers records de vitesse de la « Jamais contente », ses faibles performances d'autonomie face à sa rivale thermique eurent tôt fait de la renvoyer à son développement. Il a fallu, ensuite, attendre les périodes de restrictions énergétiques de la Seconde Guerre mondiale pour voir renaître l'intérêt pour les alimentations ou motorisations alternatives telles que les gazogènes ou les moteurs électriques. Ainsi, au cours de cette période, des véhicules tels que le « Véhicule Léger de Ville » fabriqué à 20 000 exemplaires par Peugeot ou la 202 électrique (projet de développement) de PSA ont pu voir le jour. La fin du conflit mondial et le réapprovisionnement de l'Europe en combustible...
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Contexte historique, technologies de batteries et performances annoncées
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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