Comment fonctionne une batterie de voiture électrique ?

Nombreuses sont les personnes à se tourner aujourd’hui vers une voiture électrique. Bien que ce changement de voiture implique quelques modifications, il apporte aussi une vraie plus-value. Au cœur de la voiture électrique se trouve la batterie. De son processus de fabrication à son mode de fonctionnement, en passant par sa durée de vie et ses spécificités … Tour d’horizon avec IZI by EDF pour vous expliquer comment fonctionne la batterie d’une voiture électrique.

La voiture électrique, un véhicule propre aux nombreux atouts

Un véhicule électrique est une alternative très intéressante pour ceux qui souhaitent être véhiculés tout en respectant l’environnement. Quel est l’intérêt d’acheter une voiture électrique ? Les avantages de ce type de véhicule sont nombreux :

• la voiture électrique ne produit aucun polluant dans l’air ni émission de CO2. Le fait de rouler avec un véhicule électrique offre donc des bénéfices immédiats : respect de l’environnement et qualité de l’air respiré
• le bilan carbone est bien meilleur que pour une voiture Diesel ou à essence
• elle permet de limiter le phénomène de réchauffement climatique
• elle est silencieuse, ce qui est un atout dans les grandes villes urbaines marquées par d’importantes nuisances sonores. Cela participe à la quiétude des villes et de ses habitants
• la voiture électrique est économique puisqu’elle consomme moins. Contrairement à un véhicule classique qui consomme environ 5 litres aux 100 km (ce qui représente un coût de 7 € par 100 km parcourus), la voiture électrique consomme en moyenne 20 kWh aux 100 km (autrement dit environ 5 € aux 100 km parcourus). La différence se fait rapidement sentir si vous roulez quotidiennement
• elle nécessite peu d’entretien et son système moteur est bien plus simple que pour une voiture thermique. Une voiture électrique est composée de peu de pièces en rotation, vous n’avez pas d’huile à changer et aucune boîte de vitesse. De même, les plaquettes doivent être remplacées moins souvent grâce au système de freinage régénératif qui permet de moins solliciter les freins.

Mode de fabrication d’une batterie de voiture électrique

Comment est conçue la batterie qui se situe dans votre voiture électrique ? Cette dernière est bien différente de la batterie pour voiture thermique. La technologie se dote de la batterie lithium-ion, sélectionnée parmi toutes les autres possibilités pour son énergie massique et volumique importante.

Cela permet de prolonger l’autonomie de la batterie et ainsi permettre à l’utilisateur de rouler plus longtemps. On estime que la première commercialisation de ce type de batterie date de 1991, par l’entreprise Sony. Son engouement s’est ensuite répandu dans la téléphonie, l’aéronautique et la mobilité.

Les batteries lithium utilisées pour les véhicules électriques sont fabriquées par de grandes industries partenaires, pour la plupart situées en Asie. Ces géants fabriquent les cellules qui sont ensuite assemblées les unes avec les autres pour créer les fameuses batteries.

Le processus de fabrication intègre plusieurs types de métaux, dont certains sont réputés pour leur rareté :

• Carbonate de lithium en majorité
• Manganèse
• Cuivre
• Nickel
• Cobalt
• Graphite
• Aluminium.

Batterie de traction et batterie accessoire : de quoi s’agit-il ?

Les véhicules sont tous dotés d’une batterie accessoire, qu’il s’agisse d’une voiture électrique ou thermique. Cette batterie permet de faire fonctionner les accessoires du véhicule et garantit le parfait fonctionnement des équipements alimentant le véhicule en électricité. Il s’agit notamment des vitres électriques, des capteurs et de la radio. La batterie accessoire est donc indispensable en ce sens qu’elle assure la stabilité des différents éléments. Un mauvais fonctionnement de cette dernière peut occasionner des pannes électriques.

De son côté, la batterie de traction constitue le centre névralgique de votre voiture électrique. Elément central, cette batterie est utilisée comme centre de stockage de l’énergie pour alimenter le moteur électrique. Il s’agit donc d’un élément fondamental dans toute voiture électrique, nécessitant une attention toute particulière.

Mode de fonctionnement d’une batterie au lithium

Comment fonctionne une batterie au lithium ? Il s’agit concrètement de générer une différence entre deux électrodes pour laisser circuler des électrons. Une électrode est négative, tandis que l’autre est positive. Ces deux électrodes sont recouvertes de l’électrolyte, liquide conducteur ionique. Quand la batterie alimente le moteur électrique de la voiture électrique, les électrons présents dans l’électrode négative se libèrent dans le circuit externe. Ils rejoignent alors l’électrode positive. Il s’agit de la phase de décharge.

Dans le sens inverse, autrement dit la phase de charge, l’action est donc opposée. C’est ce qu’il se passe quand vous mettez votre batterie électrique en charge. Dans ce cas précis, les électrons de l’électrode positive reviennent vers l’électrode négative. Cela grâce à l’énergie induite par le chargeur électrique.

Fonctionnement de la batterie électrique : transformation de l’énergie chimique en énergie électrique

La fabrication des batteries obéit à un processus bien défini. Il en va de même du fonctionnement de la batterie électrique. Le principe est simple : transformer de l’énergie chimique en énergie électrique directement exploitable.

Quand le véhicule décharge (autrement dit quand il se met en marche), les électrons sont libérés et rejoignent les électrodes de l’anode. Cela provoque donc une migration des électrons, générant un courant électrique significatif. Quand le véhicule électrique doit renouveler son énergie, le processus inverse se produit. Cela signifie donc que l’énergie rapatrie les électrons de l’anode vers la cathode.

Bon à savoir : le fonctionnement de la batterie lithium-ion est moins performant quand il fait froid. Cela explique pourquoi l’autonomie de la batterie a tendance à baisser en hiver.

Zoom sur le pack batterie de votre véhicule électrique

Votre voiture électrique est équipée par un pack batterie composé de cellules. Ces dernières se relient les unes aux autres et forment des modules. On considère que chaque cellule est une mini batterie qui peut transformer l’énergie en un courant, donc en une énergie électrique.

La cellule lithium se compose de deux électrodes (cathode et anode) et d’un électrolyte. Ce dernier opère la césure entre les deux électrodes et assure le passage des ions. A chaque réaction chimique, des électrons sont libérés et créent un courant électrique. Ce dernier est significatif puisqu’il alimente le moteur du véhicule électrique.

Autre élément composant le pack batterie : les modules composés de cellules en parallèle ou en série et liés ensemble pour former la batterie. La grande majorité des fabricants de cellules et de batteries se situent dans des pays d’Asie. Certains constructeurs créent eux-mêmes leurs packs batteries, à l’instar de Renault.

Une fois assemblés, les modules et les cellules interagissent pour composer la batterie de traction du véhicule électrique. Ces éléments sont contrôlés par le BMS (ou Battery Management System), un logiciel spécifiquement dédié à la direction de la batterie du véhicule. Ce logiciel protège également la batterie et améliore sa durée de vie.

Quand la batterie se dégrade avec le temps, le BMS peut se reprogrammer. En d’autres termes, il s’agit pour le constructeur de réinitialiser le logiciel pour redonner un coup de jeune à la batterie et en améliorer le fonctionnement.

Durée de vie de la batterie de votre véhicule électrique

La batterie d’une voiture électrique a une durée de vie différente selon les fabricants. Certains considèrent que la batterie peut durer jusqu’à 15 ans, tandis que d’autres estiment à 8 ans cette durée de vie. D’autres constructeurs apprécient la durée moyenne en fonction des kilomètres parcourus par le véhicule. Le nombre de cycles de charge reste le point de repère le plus fiable en pratique.

Nombreux sont alors ceux à se demander quand changer de batterie électrique. Il est vrai qu’au fur et à mesure des années cette dernière perd en performances. Nous vous conseillons de changer votre batterie une fois que le volume de cycles de charge est dépassé. Autrement dit quand ce nombre excède 1 300 environ. Un cycle de charge correspond au passage de 0 % à 100 % de votre batterie. Si vous rechargez votre véhicule de 50 % à 100 % vous avez donc réalisé un demi-cycle de charge seulement.

L’éco-conduite pour prolonger la durée de vie de votre batterie

Prolonger l’autonomie d’une voiture électrique ne va pas de soi. Vous souhaitez augmenter au maximum la durée de vie de votre batterie électrique afin de ne pas en changer trop rapidement ?

Pour conserver toute l’efficacité de ce type de batterie, la solution est d’adopter l’éco-conduite. De quoi s’agit-il ? Il s’agit de techniques adoptées par l’automobiliste au volant et destinées à diminuer ses dépenses énergétiques. Cela est également adapté pour limiter les émissions de CO2, dans un souci de respect de l’environnement. Le conducteur ménage la batterie et en améliore l’autonomie le plus possible.

Voici quelques conseils pratiques pour adopter une éco-conduite, en sachant que vous pouvez parfaitement les mettre en pratique avec une voiture dite « propre » comme une voiture classique.

Conduisez de manière souple

La conduite souple, ou fluide vous dit quelque chose ? Cette règle constitue la base de toute conduite écologique et responsable. Il s’agit de conduire sa voiture électrique sans à-coup et de manière prudente, en évitant de devoir freiner brusquement avant de réaccélérer. L’objectif est donc de veiller à anticiper les freinages et les accélérations puisque ces effets « accordéon » sont très énergivores.

Ne roulez pas à grande vitesse sur l’autoroute

Une vitesse trop élevée entraîne une baisse d’autonomie anticipée de votre batterie. Certaines voitures électriques possèdent un régulateur de vitesse, mais pas toutes. Cette technologie est intéressante puisqu’elle permet de limiter la consommation électrique de manière satisfaisante et de conserver une allure stable.

Activez le mode éco, pour rendre votre véhicule électrique plus économe et plus autonome

Cette fonction n’est cependant pas proposée sur tous les véhicules. Quand elle l’est, vous pouvez la retrouver sur certains éléments comme le chauffage, la climatisation et l’assistance de direction. Ces derniers sont réputés consommer beaucoup d’énergie. On considère qu’un mode éco activé pendant vos déplacements urbains vous permet de préserver 10 % d’autonomie.

Vérifiez que les pneus de votre voiture soient bien gonflés

A l’instar d’une voiture thermique classique, la voiture électrique doit rouler avec des pneus bien gonflés et adaptés. Si ces derniers sont sous-gonflés, cela représente à l’évidence un danger pour votre sécurité et celle de vos passagers. Sans oublier que cela occasionne une usure prématurée des pneus du véhicule et une hausse de la consommation énergétique.

Modérez l’utilisation du système de climatisation

La clim est un système particulièrement énergivore dans une voiture. Une conduite éco responsable modère donc son utilisation. Il en va de même avec le chauffage.

Tarif d’une batterie de voiture électrique

Quel est le prix d’une batterie de voiture électrique ? En moyenne, la batterie représente 40 % du prix total du véhicule. Vous pouvez soit la louer, soit l’acheter en même temps que la voiture. Les avantages se situent des deux côtés et votre choix sera fonction de vos préférences.

• soit acheter la batterie en même temps que la voiture électrique. Certains constructeurs imposent aux usagers d’acheter la totalité ensemble. D’autres vous permettent de choisir, comme Citroën et Renault-Nissan. Une fois que votre batterie aura fait son temps, vous devrez la remplacer. Comptez environ 6 000 € pour une nouvelle batterie électrique à vos frais
• soit louer votre batterie électrique. La location vous permet de bénéficier de garanties tout au long de l’utilisation du véhicule. Comme la garantie de remplacement en cas de perte de performances, l’entretien et l’assistance en cas de panne électrique. En contrepartie, vous devez payer un prix de location qui se situe aux alentours de 90 € par mois.

Recyclage de votre batterie de voiture électrique

Produire des batteries au lithium n’a pas un impact neutre sur l’environnement. Les polémiques ont d’ailleurs vu le jour à propos de l’utilisation de ces dernières. Notamment du fait du procédé d’extraction du lithium et du mode de recyclage des batteries.

Il faut dire que chaque batterie de voiture électrique pèsent un certains poids et possède des matériaux divers, notamment du cobalt, de l’aluminium, du manganèse et du lithium. Autant de métaux qui doivent être au préalable traités pour être par la suite utilisés dans des batteries de voitures électriques.

Pour recycler convenablement le lithium qui compose votre batterie électrique, c’est plutôt simple en pratique. Certaines sociétés proposent de recycler vos anciennes batteries afin d’éviter que ses composants ne polluent l’environnement. Les solutions se développent d’ailleurs de plus en plus en faveur d’une seconde vie pour votre batterie de voiture électrique. Le groupe Renault-Nissan a par exemple proposé de stocker de l’électricité stationnaire dans des batteries usagées.