Batteries de voitures électriques : tout ce qu’il faut savoir
Batteries de voitures électriques : tout ce qu'il faut savoir
- La technologie des batteries de voitures électriques expliquée
- Votre guide des dernières batteries pour véhicules électriques
- Capacité, coût, dangers, durée de vie
Les voitures électriques apparaissent de plus en plus comme l'avenir de l'automobile, ce qui signifie que nous allons tous devoir nous habituer à la technologie des batteries. Si vous ne connaissez pas vos kilowatts et vos kilowattheures, cela peut être déconcertant au début, mais il ne faut pas longtemps pour maîtriser le jargon.
Dans ce guide pratique, nous expliquons comment fonctionnent les batteries des voitures électriques, ce qu'il faut rechercher lors de l'achat d'un VE (véhicule électrique) et comment distinguer les technologies de pointe en matière de batteries de celles qui ont déjà suivi le Betamax et les disquettes dans la poubelle de l'histoire.
Quels types de batteries les voitures électriques utilisent-elles ?
La plupart des nouvelles voitures électriques en vente aujourd'hui utilisent une technologie de batterie fondamentalement identique : des centaines de cellules individuelles emballées dans des modules de poches pour former une grande batterie. Les plus grosses sont massives, mesurant quelques mètres de long et pesant plusieurs centaines de kilos ; c'est pourquoi la plupart sont placées sous le plancher, à l'intérieur du châssis de la voiture, dans ce que l'on appelle parfois une configuration "skateboard".
"Il est important de se différencier", explique Peter Rawlinson, ancien PDG de Tesla et aujourd'hui de Lucid. "Les petits éléments individuels sont les cellules - l'unité finale est la batterie. Elles sont regroupées dans une unité de batterie, qui est conditionnée pour maintenir une température de fonctionnement optimale, quel que soit le climat extérieur, été ou hiver, comme le montre le diagramme ci-dessous.
Comment fonctionne une batterie de voiture électrique ?
Il existe deux principaux types de batterie de voiture électrique couramment utilisés aujourd'hui :
- Batterie lithium-ion Utilisée par la plupart des fabricants de VE (par exemple Tesla, Jaguar)
- Hydrure métallique de nickel Utilisée dans les véhicules hybrides (par exemple Toyota)
La chimie sous-jacente n'est pas très différente de celle des batteries de votre téléphone portable. La plupart des smartphones modernes utilisent des batteries lithium-ion pour les cycles de charge rapide - c'est ce que l'on trouve dans un iPhone d'Apple ou un mobile Galaxy de Samsung, mais à une échelle gigantesque.
Les exigences sont complexes : les batteries doivent être capables de stocker beaucoup d'énergie, mais aussi de se recharger rapidement et de conserver leur densité énergétique sur plusieurs milliers de cycles de charge, tout en subissant les assauts des routes, des nids-de-poule et de tout ce que la météo peut leur réserver...
Capacité de la batterie d'une voiture électrique
Pour fournir l'énergie nécessaire à la propulsion d'une voiture de plus de deux tonnes, les batteries des véhicules électriques sont généralement très volumineuses. Leur capacité énergétique est normalement mesurée en kilowattheures (ou kWh), ce qui indique la capacité de stockage d'énergie de la batterie sur une période donnée. On peut comparer cette capacité à la taille d'un réservoir de carburant dans un véhicule à moteur à combustion.
Ainsi, une batterie de 100 kWh dans une Tesla Model S (ci-dessus) est capable de fournir un maximum de 100 kilowatts d'énergie pendant une heure d'affilée. La conduite quotidienne classique consomme beaucoup moins d'énergie que cela, de sorte que la batterie peut tenir plusieurs heures avant d'avoir besoin d'être rechargée.
Quelle est la durée de vie des batteries des voitures électriques ?
Si vous envisagez d'acheter un véhicule électrique, il est important que vous choisissiez une voiture dont la batterie a une capacité suffisante pour répondre à vos besoins. Si vous conduisez essentiellement sur de courtes distances ou pour aller à l'école en ville, une batterie de plus faible capacité vous conviendra.
Une nouvelle génération de petites voitures électriques, comme la Honda E, arrive avec des batteries de capacité relativement faible. La Honda E dispose d'une petite batterie de 35 kWh, ce qui lui permet d'avoir une autonomie d'environ 210 km. Cela devrait suffire si vous vivez en ville, mais beaucoup voudront plus d'autonomie, c'est pourquoi Jaguar équipe son i-Pace d'une batterie de 85 kWh pour une autonomie annoncée de 470 km.
C'est très simple : plus vous avez besoin d'autonomie, plus vous devez spécifier un pack de batteries important - ou accepter de devoir recharger plus fréquemment.
Aujourd'hui, les plus petites batteries ont une capacité d'environ 30 kWh, tandis que les plus grandes peuvent atteindre 100 kWh. Il est intéressant de noter que le prix des plus grandes batteries est élevé. Nous vous conseillons de ne pas vous laisser effrayer par les plus petites capacités, tant que vous disposez d'un système de recharge à domicile et que vos trajets domicile-travail sont modestes.
Longévité, fiabilité et garanties
La durée de vie d'une batterie de VE n'est pas seulement une question d'autonomie quotidienne, bien sûr. Certains acheteurs s'inquiètent de la durée de vie de la batterie elle-même, mais tout porte à croire que votre voiture ne connaîtra pas une mort catastrophique de la batterie comme votre téléphone portable vieillissant.
Bien qu'elles ne soient plus aussi performantes que lorsqu'elles sont neuves, elles resteront chargées pendant de très nombreuses années. L'internet regorge de voitures électriques et hybrides ayant parcouru un grand nombre de kilomètres et fonctionnant encore à l'âge de la retraite. La durée de vie d'une batterie de voiture électrique est d'au moins dix ans et nous pensons que votre voiture tombera en panne avant que votre batterie ne tombe en panne.
C'est pourquoi toutes les nouvelles voitures électriques en vente aujourd'hui sont assorties de longues garanties, assurant environ 70 % de leur capacité d'origine, même après sept ou huit ans d'utilisation :
- BMW i3 Huit ans/160 000 km
- Hyundai Kona Electric Huit ans/160 000 km
- Kia e-Niro Sept ans/160 000 km
- Jaguar i-Pace Huit ans/160 000 km
- Nissan Leaf (ci-dessous) Huit ans/160 000 km
C'est également la raison pour laquelle les valeurs résiduelles des VE ont augmenté ces dernières années, car le marché se rend compte qu'une Nissan Leaf de première génération vieillissante reste un excellent achat.
Pourquoi les batteries des voitures électriques sont-elles si chères ?
Ces énormes batteries contiennent une grande quantité de métaux très chers - et rares - ce qui signifie qu'elles coûtent très cher. C'est la raison pour laquelle les voitures électriques sont si chères par rapport à leurs homologues à essence ou diesel plus conventionnels. Le lithium, extrait de façon intensive, n'est pas bon marché...
Heureusement, le coût des batteries diminue progressivement, même si les VE sont encore loin d'être aussi bon marché que leurs équivalents à essence. Michael Steiner, patron du département R&D de Porsche, a récemment déclaré à CAR : "Je ne pense pas qu'il y ait de bonnes chances de réaliser une percée dans la technologie des batteries au cours de la première moitié de cette décennie. Nous verrons des avantages progressifs avec les batteries lithium-ion. Nous prévoyons une amélioration de 2 à 3 % par an de la technologie des batteries lithium-ion".
À qui appartient la batterie d'une voiture électrique ?
La plupart des batteries sont aujourd'hui incluses dans le prix d'achat d'un véhicule électrique, mais au début de l'ère des voitures électriques, dans les années 2000, certains constructeurs vendaient la voiture mais louaient la batterie séparément.
Renault était l'une des marques qui pratiquaient cette pratique, mais ce système a été presque universellement abandonné. C'était un moyen de faire passer les VE pour moins chères au moment de l'achat, mais vous étiez lié à un contrat de location mensuel, payant le financement de la batterie de la même manière que vous étalez le coût de votre téléphone portable ou de Netflix sur plusieurs mois dans le cadre d'un contrat d'abonnement.
Il s'agissait en quelque sorte d'une fausse économie, difficile à expliquer sur le marché des voitures d'occasion, où les acheteurs étaient rebutés à l'idée d'acheter une voiture sans être propriétaires de la batterie.
Dangers et impact sur l'environnement
Les batteries des voitures électriques sont rigoureusement testées et les constructeurs mettent en place de nombreux systèmes de sécurité pour s'assurer qu'elles sont sûres. Si vous avez passé ces dernières années à rouler avec de l'essence ou du gazole hautement inflammable stocké dans votre réservoir, vous n'avez aucune raison de vous inquiéter.
Certes, des tensions très élevées sont en jeu, mais les passagers ne seront jamais exposés à des chocs dangereux et, en tout état de cause, les batteries sont généralement protégées des chocs en étant placées au centre de la voiture pour éviter qu'elles ne soient endommagées en cas d'accident, ce qui pourrait provoquer un incendie.
Incidences sur l'environnement ? De nombreuses études suggèrent que si un véhicule électrique est plus cher à fabriquer, il est en fait plus respectueux de l'environnement sur l'ensemble de son cycle de vie. Et lorsqu'une voiture électrique arrive en fin de vie, ces précieuses batteries peuvent être retirées et utilisées pour stocker de l'énergie - solaire ou fournie par le réseau en dehors des heures de pointe - afin d'alimenter votre maison de manière plus efficace. Selon de nombreux observateurs du secteur, les systèmes intelligents de fourniture d'énergie sont la prochaine grande nouveauté.
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Qu'est-ce qu'une batterie à semi-conducteurs ?
La technologie à semi-conducteurs pourrait représenter le prochain grand pas en avant pour les voitures électriques, car elle permettra d'augmenter considérablement l'autonomie dans un format plus compact. En termes simples, les batteries à électrolyte solide utilisent un électrolyte solide par opposition à l'électrolyte liquide ou au gel polymère que l'on trouve dans les batteries lithium-ion actuelles. Cela signifie que l'empreinte au sol est plus petite, que les besoins en refroidissement sont moindres et que le groupe motopropulseur nécessite globalement moins d'espace que les batteries classiques. Ce n'est pas pour rien que la plupart des concepts de véhicules électriques appuient leur autonomie démente sur des technologies à l'état solide.
La fin du lithium-ion ?
Ce n'est pas tout à fait le cas. Bien que la technologie lithium-ion soit fondamentalement inférieure à la technologie à semi-conducteurs, elle n'est pas encore hors course. Des entreprises telles que StoreDot ont des années d'expérience en R&D avec la technologie lithium-ion, et elles continuent à trouver des moyens de l'améliorer.
Par exemple, StoreDot a récemment révélé une nouvelle technologie de charge rapide qui pourrait permettre d'atteindre une vitesse de recharge de 160 km par 5 minutes de charge d'ici 2024. La production de masse est prévue pour la même année et, avec des investisseurs tels que Daimler, BP, Volvo et Polestar, cette technologie pourrait bien maintenir le lithium-ion dans nos VE pour les années à venir.