- La batterie est le cœur qui alimente le moteur électrique des voitures.
- Les batteries lithium-ion offrent puissance, efficacité et performances élevées.
- Pendant la décharge, les ions migrent et alimentent le moteur.
- Les hybrides rechargeables combinent batterie électrique et moteur à combustion.
Au cours du dernier siècle, les voitures alimentées par essence ou diesel sont devenues le moyen de transport dominant dans le monde. Cependant, avec le temps, les mesures prises pour protéger l’environnement sont devenues de plus en plus strictes et ont contraint les fabricants à réduire les émissions. C’est ainsi que sont nées les voitures électriques. Celles-ci fonctionnent grâce à des batteries électriques, dont nous allons parler aujourd’hui.
La batterie est le cœur d’une voiture électrique. Contrairement aux batteries des voitures traditionnelles (essence ou diesel), dont le principal objectif est de démarrer le moteur et de garantir le fonctionnement des accessoires comme la radio ou la climatisation, la batterie d’une voiture électrique en est responsable.
Le rôle le plus important est d’alimenter le moteur électrique, ce qui signifie qu’elle doit être puissante et durable, permettant de conduire le plus possible sans recharges fréquentes.
Comment ça fonctionne?
Les voitures entièrement électriques (AEV) sont équipées d’un moteur de traction à la place du moteur à combustion interne utilisé dans les voitures à essence ou diesel. Les AEV utilisent un accumulateur (généralement une batterie lithium-ion) pour stocker l’électricité qui démarre le moteur et met la voiture en mouvement.
Lorsqu’elle se recharge, les ions de lithium de l’électrode positive se déplacent à travers l’électrolyte vers l’électrode négative. Là, les ions de lithium restent jusqu’à ce que la batterie soit réactivée. Une fois la voiture démarrée, les ions de lithium commencent à se déplacer à travers l’électrolyte de l’électrode négative à l’électrode positive.
Ce processus génère l’énergie nécessaire pour alimenter la batterie, puis le moteur, et mettre la voiture en mouvement. Lorsque la voiture est à l’arrêt, les ions cessent de circuler à travers l’électrolyte à un taux aussi élevé. De même, si tous les ions de lithium migrent vers l’électrode positive, la batterie se décharge et la voiture s’arrête.
Dans le cas des voitures hybrides rechargeables, le moteur de traction électrique est alimenté par une batterie de traction, de manière similaire au processus des voitures entièrement électriques. La principale différence est que la batterie est également dotée d’un moteur à combustion.
Ces véhicules fonctionnent à l’électricité jusqu’à ce que la batterie soit épuisée, après quoi ils passent au carburant. La batterie, généralement au lithium-ion, peut être rechargée depuis une station de recharge, via le freinage régénératif ou en utilisant un moteur à combustion interne.
Types de batteries électriques
Batteries au lithium-ion
Les batteries les plus couramment utilisées dans les voitures électriques sont les batteries au lithium-ion. Elles ont un rapport puissance/poids élevé, une haute efficacité énergétique et des performances élevées à des températures élevées.
En pratique, cela signifie que ces batteries produisent une grande quantité d’énergie par rapport à leur poids, ce qui est vital pour les voitures électriques : un poids inférieur signifie que la voiture peut parcourir plus de kilomètres avec une seule charge.
Les batteries au lithium-ion ont un faible taux d’autodécharge, ce qui signifie qu’elles ont une capacité élevée à maintenir la charge dans le temps. De plus, la plupart des composants au lithium-ion sont recyclables, ce qui en fait un choix écologique. Ce type de batterie est utilisé dans les voitures entièrement électriques et hybrides rechargeables.
Batteries nickel-hydrure métallique
Elles sont largement utilisées dans les voitures hybrides électriques, mais aussi dans certains véhicules entièrement électriques. Les voitures hybrides électriques ne s’alimentent pas d’une source de recharge externe, mais reposent sur le carburant pour recharger la batterie, ce qui ne les rend pas techniquement électriques.
Les batteries nickel-hydrure métallique ont un cycle de vie plus long que les batteries au lithium-ion ou au plomb-acide. De plus, elles sont sûres et tolèrent mieux les chocs. Le principal problème de ce type de batterie est le coût élevé, le taux d’autodécharge élevé et le fait qu’elles génèrent beaucoup de chaleur à des températures élevées. Ces aspects réduisent leur efficacité pour les véhicules électriques rechargeables et sont donc principalement utilisées pour les voitures hybrides électriques.
Batteries au plomb-acide
Elles sont actuellement utilisées dans les voitures électriques pour compléter les autres charges de la batterie. Ces batteries ont une haute puissance, sont économiques, sûres et fiables. Les inconvénients sont la courte durée de vie et les mauvaises performances à basses températures, ce qui les rend difficiles à utiliser dans les véhicules électriques.
Durée de vie
Les batteries électriques traversent des cycles de décharge qui se produisent lors de la conduite et de charge lorsque la voiture est branchée. Répéter ce processus avec le temps influence la capacité de charge de la batterie, diminuant l’autonomie et le temps entre les recharges. La plupart des fabricants offrent une garantie de 5 à 8 ans pour les batteries électriques, mais on prévoit que la durée de vie augmentera à l’avenir de 10 à 20 ans.
Autonomie et capacité
Tout comme les voitures conventionnelles ont des réservoirs plus ou moins grands, les batteries au lithium-ion pour voitures électriques sont disponibles en différentes tailles. Au lieu de litres de carburant, leur capacité est mesurée en kilowattheures (kWh). Une batterie typique de 40 kWh peut suffire pour parcourir 250 kilomètres, tandis que la batterie Tesla de 100 kWh (la plus grande actuellement disponible) peut atteindre jusqu’à 600 kilomètres.
Avantages des batteries électriques
L’un des avantages évidents des batteries électriques est qu’elles ne produisent pas un niveau aussi élevé de pollution que les moteurs à combustion interne. Les batteries électriques n’utilisent pas d’essence ou de diesel, ce qui signifie des coûts inférieurs.
On estime que le coût de l’électricité par kilomètre dans le cas des voitures électriques est environ un tiers du coût de l’essence/diesel par kilomètre, pour le même type de véhicule.
De plus, les batteries électriques ont une manière très efficace de stocker et de retenir l’énergie pendant le fonctionnement. La batterie s’éteint lorsque la voiture est arrêtée, pour économiser de l’énergie, et pendant le freinage, la batterie se recharge.
Inconvénients des batteries électriques
Les batteries électriques présentent également des inconvénients qui ne sont pas encore résolus. Tout d’abord, bien qu’elles soient écologiques, les batteries électriques ne sont pas à émission zéro. En effet, elles ne produisent pas de gaz d’échappement, mais elles libèrent des gaz à effet de serre nocifs lors du processus de production de la batterie. De plus, le coût de production des batteries électriques est assez élevé.
Conclusions
Actuellement, les batteries électriques ne sont pas le choix le plus populaire, mais à mesure qu’elles deviendront plus efficaces, économiques et faciles à recycler, elles pourraient devenir les batteries les plus communes au monde.
Source des photos : theatlantic.com, imeche.org, en.wikipedia.org, superspeed.tv, ft.com
