Comment fonctionne une batterie de voiture électrique ?

Une batterie lithium-ion alimente tout type de véhicule électrique. Dès l'origine, elle s'est imposée comme une technologie de référence sur le marché du véhicule électrique. Comment ça fonctionne? Les spécialistes du réseau IZI by EDF vous fourniront des informations actualisées sur le fonctionnement, les caractéristiques, les avantages et les inconvénients d'une batterie de véhicule électrique.

Résumé

Comment fonctionne une batterie de véhicule électrique ?

Si une locomotive utilise de l'essence ou du diesel comme énergie, cela ne s'applique pas aux véhicules électriques. Ils sont équipés d'une batterie d'autonomie différente, qui doit être rechargée sur une borne de recharge.

Tout véhicule électrique est en effet équipé de plusieurs batteries :

• Batterie supplémentaire ;
• Et une batterie de traction.

Quel est leur rôle et comment fonctionnent-ils ?

Batterie supplémentaire

Comme une caméra thermique, un véhicule électrique dispose d'une batterie supplémentaire. Cette batterie 12V est utilisée pour alimenter les accessoires de voiture.

Cette batterie assure le bon fonctionnement de divers équipements électriques, tels que :

• Vitres électriques ;
• Radio ;
• Divers capteurs d'un véhicule électrique.

Ainsi, un dysfonctionnement de la batterie auxiliaire d'un véhicule électrique peut provoquer certaines pannes.

Batterie de traction

L'élément central d'un véhicule électrique, la batterie de traction, joue un rôle essentiel. En effet, il stocke l'énergie chargée dans la borne de recharge et alimente le moteur électrique lors des déplacements.

Le fonctionnement d'une batterie de traction étant assez complexe, cet élément est donc l'un des composants les plus coûteux d'un véhicule électrique. Ce coût freine également actuellement le développement de l'électromobilité dans le monde. Certains concessionnaires proposent un contrat de location de batterie de traction lors de l'achat d'un véhicule électrique.

La batterie lithium-ion est de loin le type de batterie le plus utilisé dans les véhicules électriques. De par sa durabilité, ses performances et son niveau de sécurité, c'est véritablement la technologie de référence pour la plupart des constructeurs.

Cependant, il existe différents types de batteries pour véhicules électriques :

• Batterie nickel-cadmium ;
• Batterie nickel-métal hydrure ;
• Batterie au lithium;
• Batterie Li-ion.

Tableau récapitulatif des avantages des différentes batteries pour véhicules électriques

Différents types de piles	avantages
Nickel-cadmium	Batterie légère avec une excellente durée de vie.
Nickel-hydrure métallique	Batterie légère avec une faible pollution et une capacité de stockage d'énergie élevée.
Lithium	Charge et décharge stables. Tension nominale élevée. Densité d'énergie massique et volumétrique importante.
Lithium-ion	Haute énergie spécifique et volumétrique.

Tableau récapitulatif des inconvénients des différentes batteries pour véhicules électriques

Différents types de piles	Limites
Nickel-cadmium	Le niveau de toxicité du cadmium étant très élevé, ce matériau n'est plus utilisé.
Nickel-hydrure métallique	Le matériel est cher. Le système de refroidissement est nécessaire pour compenser l'élévation de température proportionnellement à la charge.
Lithium	Le recyclage du lithium n'est pas encore totalement maîtrisé. Il devrait y avoir une gestion automatisée de l'alimentation.
Lithium-ion	Problème d'inflammabilité.

Performances de la batterie

La puissance du moteur électrique est exprimée en kilowatt (kW). Un kilowattheure (kWh), quant à lui, mesure l'énergie que peut fournir la batterie d'un véhicule électrique.

La puissance d'un moteur thermique (exprimée en chevaux) peut être comparée à la puissance d'un moteur électrique, exprimée en kW.

Cependant, si vous souhaitez investir dans un véhicule électrique avec la plus longue autonomie de batterie, il faudra vous tourner vers le compteur kWh.

Vie de la batterie

Selon le modèle de votre véhicule électrique, son autonomie peut être en moyenne de 100 à 500 km. En effet, une batterie faible suffit pour une simple utilisation quotidienne d'un véhicule électrique pour conduire les enfants à l'école ou pour travailler à proximité. Ce type de transport est moins cher.

Outre les modèles d'entrée de gamme ou milieu de gamme, il existe également des modèles haut de gamme qui sont beaucoup plus chers. Le prix de ces voitures est largement influencé par les performances de la batterie.

Cependant, ce type de véhicule électrique peut parcourir jusqu'à 500 km selon votre style de conduite, le type de route, les conditions météorologiques, etc.

Afin de préserver l'autonomie de votre batterie sur un long trajet, les professionnels du réseau IZI by EDF vous conseillent notamment de choisir une conduite souple et d'éviter les accélérations trop rapides.

Temps de recharge de la batterie

Les professionnels du réseau IZI by EDF veilleront notamment à installation de bornes de recharge pour véhicules électriques ... Découvrez toutes les solutions de recharge de batterie existantes pour votre véhicule électrique avec :

• Prise domestique 220 V;
• Prise de charge rapide Wallbox ;
• Et une borne de recharge rapide.

Prise domestique 220 V

À la maison, vous pouvez installer une prise domestique de 220 V. Le temps de charge est de 10 à 13 heures. Vous pouvez ensuite recharger votre voiture pendant la nuit pour l'utiliser tout au long de la journée.

Prise de charge rapide Wallbox

Si vous choisissez la prise de charge rapide, également appelée Wallbox, le temps de charge sera raccourci :

• Pendant 4 heures en version 32A ;
• Pendant 8 ou 10 heures en version 16A.

Station de recharge rapide

Dans les parkings de copropriété ou dans les parkings des supermarchés et des entreprises, vous pouvez également recharger votre voiture à la borne de recharge rapide. Le coût de cet appareil est, bien sûr, le plus élevé.

Cependant, le temps de charge de la batterie est très rapide : il prend 30 minutes.

Tableau récapitulatif des prix des équipements de recharge des batteries des véhicules électriques

Type d'équipement de charge de batterie	Prix ​​(hors installation)
Connecteur de charge rapide	Environ 600 euros
Station de recharge rapide	Environ 900 €

Comment fonctionne une batterie lithium-ion ?

Le principe de fonctionnement de ce type de batterie est complexe. Des électrons circulent à l'intérieur de la batterie, créant une différence de potentiel entre les deux électrodes. Une électrode est négative, l'autre est positive. Ils sont plongés dans un électrolyte : un liquide conducteur ionique.

Phase de décharge

Lorsque la batterie alimente le véhicule, l'électrode négative libère les électrons stockés. Ils sont ensuite reliés à l'électrode positive via un circuit externe. C'est la phase de décharge.

Phase de charge

L'effet inverse se produit lorsque la batterie est chargée dans une station de charge ou une prise électrique renforcée compatible. Ainsi, l'énergie transmise par le chargeur transfère les électrons présents dans l'électrode positive vers l'électrode négative. 

Batteries BMS : définition et fonctionnement

Le logiciel BMS (Battery Management System) contrôle les modules et éléments qui composent la batterie de traction. Ce système de gestion surveille la batterie et optimise sa durée de vie.

Lorsque la batterie tombe en panne, la même chose se produit avec le BMS. Cependant, certains fabricants de VE proposent un service de reprogrammation BMS. Ainsi, un soft reset peut prendre en compte l'état de la batterie à l'instant T.

Quelle est la fiabilité d'une batterie de voiture électrique ?

La batterie lithium-ion est réputée pour sa fiabilité. Attention cependant, le mode de charge, en particulier, peut affecter sa durabilité. De plus, l'autonomie et les performances de la batterie se dégradent avec le temps dans tous les cas.

Lorsqu'une voiture électrique tombe en panne, la cause en est très rarement la batterie. En effet, en hiver, vous vous rendrez vite compte que votre voiture électrique n'a aucun mal à démarrer, malgré le froid, contrairement à une locomotive diesel.

Pourquoi les batteries lithium-ion se détériorent-elles avec le temps ?

Lorsqu'un véhicule électrique parcourt de nombreux kilomètres, les performances de la batterie se dégradent lentement. Ensuite, deux facteurs sont visibles :

• Durée de vie de la batterie réduite ;
• Temps de charge de la batterie plus long.

À quelle vitesse vieillit une batterie de véhicule électrique ?

Divers facteurs peuvent affecter le taux de vieillissement d'une batterie :

• Conditions de stockage d'un véhicule électrique (dans un garage, dans la rue, etc.) ;
• Style de conduite (avec une voiture électrique, une conduite verte est préférable) ;
• Fréquence de recharge aux bornes de recharge rapide ;
• Les conditions météorologiques dans la région où vous conduisez le plus souvent.

Comment optimiser la durée de vie de la batterie d'un véhicule électrique ?

En prenant en compte les facteurs mentionnés ci-dessus, la durée de vie de la batterie de traction peut être optimisée. A tout moment, le fabricant ou un tiers de confiance peut diagnostiquer et mesurer le SOH (état de santé) de la batterie. Cette mesure permet d'évaluer l'état de la batterie.

SOH compare la capacité maximale de la batterie au moment du test avec la capacité maximale de la batterie lorsqu'elle était neuve.

Mise au rebut : seconde vie d'une batterie de véhicule électrique

Dans le secteur des véhicules électriques problème de mise au rebut de la batterie lithium-ion dans les véhicules électriques reste un problème majeur. En effet, si un véhicule électrique est plus propre qu'une locomotive diesel (problème de production d'hydrocarbures) car il utilise des sources d'énergie renouvelables, l'électricité, la récupération et le recyclage du lithium pose problème.

Problèmes environnementaux

La batterie d'un véhicule électrique peut contenir plusieurs kilogrammes de lithium. D'autres matériaux sont utilisés comme le cobalt et le manganèse. Ces trois types de métaux différents sont extraits et traités pour être utilisés dans la construction de batteries.

Lithium

Les deux tiers des ressources en lithium utilisées dans le développement des batteries de véhicules électriques proviennent des déserts de sel d'Amérique du Sud (Bolivie, Chili et Argentine).

L'extraction et le traitement du lithium nécessitent une grande quantité d'eau, ce qui entraîne :

• Assèchement des nappes phréatiques et des rivières ;
• La pollution terrestre;
• Et des perturbations environnementales, comme une augmentation des intoxications et des maladies graves de la population locale.

cobalt

Plus de la moitié de la production mondiale de cobalt provient des mines congolaises. Ces derniers se distinguent notamment par :

• Conditions de sécurité minière ;
• Exploitation des enfants pour l'extraction du cobalt.

Retard dans la filière recyclage : explications

Si une batterie lithium-ion est commercialisée depuis 1991 dans le secteur de l'électronique grand public, les filières de recyclage de ce matériau ont commencé à se développer bien plus tard.

Si le lithium n'a pas été initialement recyclé, cela est principalement dû à :

• A propos de sa grande disponibilité;
• Faible coût de son extraction ;
• Les taux de recouvrement sont restés assez faibles.

Cependant, avec l'essor de l'électromobilité, les besoins d'approvisionnement évoluent à un rythme rapide, d'où la nécessité d'un canal de recirculation efficace. Aujourd'hui, en moyenne, 65 % des batteries au lithium sont recyclées.

Solutions de recyclage du lithium

Aujourd'hui, il existe peu de véhicules électriques obsolètes par rapport aux locomotives diesel. Cela permet de démonter pratiquement complètement les véhicules et les composants de batterie usagés.

Ainsi, le lithium ainsi que l'aluminium, le cobalt et le cuivre peuvent être collectés et recyclés.

Les batteries non endommagées suivent un circuit différent. En effet, ce n'est pas parce qu'ils ne génèrent plus assez de puissance pour fournir des performances et une autonomie correctes aux conducteurs qu'ils ne fonctionnent plus. Ainsi, ils reçoivent une seconde vie. Ils sont ensuite utilisés pour un usage stationnaire :

• Pour le stockage d'énergies renouvelables (solaire, éolien, etc.) dans les bâtiments ;
• Pour alimenter les bornes de recharge rapide.

Le secteur de l'électricité doit encore innover pour trouver des alternatives à ces matériaux ou pour les obtenir par d'autres moyens.

Installer une borne de recharge pour voiture électrique