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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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Contexte historique, technologies de batteries et performances annoncées
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6. Glossaire – Définitions
Accumulateur électrochimique ; electrochemical accumulator
Système électrochimique réversible (rechargeable) servant à stocker de l"énergie électrique où l'ensemble des composés électrochimiques sont inclus dans le système (il n'y a pas d'apports extérieurs comme pour les piles à combustibles – l'accumulateur est rechargeable alors que la pile ne l'est pas).
Batterie (d'accumulateur) ; battery
Ensemble d'accumulateurs électrochimiques connectés électriquement entre eux.
BMS ; Battery Management System
Système électronique de gestion pour la sécurité, la fiabilité et le diagnostic de la batterie. Il vérifie que tous les accumulateurs sont dans les plages de tension et températures spécifiées, assure l'équilibrage des accumulateurs entre eux et estime :
-
l'état de charge (SOC), qui est la charge stockée restante par rapport à la capacité de l'accumulateur ;
-
l'état d'énergie (SOE), qui est l'énergie qui va pouvoir être fournie lors de la décharge ;
-
l'état de santé (SOH) de la batterie, qui est le rapport entre la capacité et la capacité initiale de l'accumulateur ou de la batterie. Classiquement, une chute de capacité de 20 %, qui correspond à un SOH de 80 % correspond à la fin de vie estimée.
Capacité ; capacitance
Dans le domaine des accumulateurs, la capacité n'est classiquement pas estimée en coulomb, mais en Ah. Un accumulateur de 10 Ah peut fournir 1 A pendant 10 h et devrait pouvoir fournir 10 A pendant une heure. Dans les faits, la capacité n'est pas constante et chute quand le régime de décharge augmente ou que la température baisse.
Énergie ; Energy
Dans le domaine des accumulateurs et batterie, l'énergie n'est usuellement pas exprimée en joule (W · s), mais en Wh ou kWh. 1[nbsp ]kWh correspond à 3,6 MJ.
Énergie massique ; Gravimetric energy
Rapport de l'énergie que l'accumulateur ou la batterie peut stocker par rapport à sa masse.
Énergie volumique ; Volumic energy
Rapport de l'énergie que l'accumulateur ou la batterie peut stocker par rapport à son volume.
Régime de décharge ; C-rate
Un régime de décharge à C/n correspond au courant nécessaire pour décharger la...
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Glossaire – Définitions
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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