Comment fonctionne une batterie de voiture électrique ?

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Voiture électrique

La batterie lithium-ion alimente tout type de voiture électrique. Elle s’est en effet imposée dès le début comme la technologie de référence sur le marché de la mobilité électrique. Comment fonctionne-t-elle ? Les professionnels du réseau d’IZI by EDF font le point avec vous sur le fonctionnement, les caractéristiques, les avantages et les inconvénients de la batterie de la voiture électrique.

Le principe de fonctionnement d’une batterie de voiture électrique

Si une voiture thermique utilise comme énergie l’essence ou le diesel, ce n’est pas le cas des voitures électriques. Ces dernières sont équipées d’une batterie dont l’autonomie varie qui doit être rechargée sur une borne de recharge électrique.

Toute voiture électrique est en fait dotée de plusieurs batteries :

  • La batterie accessoire ;
  • Et la batterie de traction.

Quels sont leur rôle et leur principe de fonctionnement ?

La batterie accessoire

Comme une voiture thermique, un véhicule électrique dispose d’une batterie accessoire. Cette batterie de 12 V a pour rôle d’alimenter les accessoires de la voiture.

Cette batterie assure le bon fonctionnement des différents équipements fonctionnant grâce à une alimentation en électricité, comme :

  • Les vitres électriques ;
  • La radio ;
  • Les différents capteurs d’une voiture électrique.

Ainsi, le mauvais fonctionnement de la batterie accessoire d’une voiture électrique peut être à l’origine de certaines pannes.

La batterie de traction

Élément central de la voiture électrique, la batterie de traction joue un rôle indispensable. En effet, elle stocke l’énergie chargée au niveau d’une borne de recharge et s’occupe de l’alimentation du moteur électrique pendant les déplacements.

Le fonctionnement d’une batterie de traction est assez complexe, raison pour laquelle, cet élément est l’un des composants les plus cher d’un véhicule électrique. Ce coût est d’ailleurs actuellement un frein à l’essor de la mobilité électrique dans le monde. Certains concessionnaires proposent de souscrire à un contrat de location de la batterie de traction lors de l’achat d’un véhicule électrique.

La batterie lithium-ion est à ce jour le type de batterie le plus largement installé sur les voitures électriques. De par sa longévité, ses performances et son niveau de sécurité, il s’agit en effet de la technologie de référence pour la plupart des constructeurs.

Il existe toutefois différents types de batterie pour voiture électrique :

  • La batterie Cadmium nickel ;
  • La batterie Nickel métal hydrure ;
  • La batterie Lithium ;
  • La batterie Lithium-ion.
Voiture Électrique

Installation d'une borne de recharge de voiture électrique

Tableau récapitulatif des avantages des différentes batteries pour voiture électrique

Les différents types de batterieAvantages
Cadmium nickelBatterie légère et d’une longévité excellente.
Nickel métal hydrureBatterie légère et peu polluante avec une grande capacité de stockage d’énergie.
LithiumStable en charge et décharge. Tension nominale élevée. Importantes densités d’énergies massiques et volumiques.
Lithium-ionForte énergie massique et volumique.

Tableau récapitulatif des inconvénients des différentes batteries pour voiture électrique

Les différents types de batterieInconvénients
Cadmium nickelLe niveau de toxicité du cadmium étant très élevé, ce matériau n’est plus utilisé.
Nickel métal hydrureLe matériau est onéreux. Un système de refroidissement est nécessaire pour pallier à l’élévation de la température proportionnelle à la charge.
LithiumLe recyclage du lithium n’est pas encore complètement maîtrisé. Une gestion automatisée de l’alimentation doit être mise en place.
Lithium-ionProblème d’inflammabilité.

Les performances d’une batterie

La puissance du moteur électrique est exprimée avec l’unité de mesure kilowatt (kW). Le kilowattheure (kWh), quant à lui, permet de mesurer l’énergie pouvant être délivrée par la batterie d’un véhicule électrique.

Il est possible de comparer la puissance d’un moteur thermique (exprimée en chevaux) à la puissance du moteur électrique exprimée en kW.

Si vous souhaitez investir dans un véhicule électrique dont l’autonomie de la batterie est la plus longue possible, vous devrez toutefois vous référer à la mesure en kWh.

L’autonomie d’une batterie

Selon le modèle de votre voiture électrique, son autonomie peut varier de 100 à 500 km en moyenne. En effet, pour une simple utilisation au quotidien d’un véhicule électrique permettant d’emmener les enfants à l’école ou de se rendre à un travail de proximité, une faible autonomie de la batterie suffit. Ce type de véhicule est moins coûteux.

Outre les modèles d’entrée de gamme ou de moyenne gamme, il existe également des modèles haut de gamme, bien plus coûteux. Le prix de ces voitures est largement impacté par les performances de la batterie.

Toutefois, ce type de véhicule électrique permet de parcourir jusqu’à 500 km selon votre mode de conduite, le type de route, les conditions météorologiques, etc.

Pour préserver l’autonomie de votre batterie sur un long trajet, les professionnels du réseau d’IZI by EDF vous conseillent notamment d’adopter une conduite souple et d’éviter les accélérations trop brusques.

Le temps de recharge d’une batterie

Les professionnels du réseau d’IZI by EDF s’occupe notamment de l’installation des bornes de recharge pour voiture électrique. Découvrez toutes les solutions qui existent pour recharger la batterie de votre véhicule électrique avec :

  • La prise domestique 220 V ;
  • La prise de recharge rapide Wallbox ;
  • Et la borne de recharge rapide.
Borne de recharge

La prise domestique 220 V

À domicile, vous pouvez faire installer une prise domestique de 220 V. Le temps de recharge prend entre 10 et 13 heures. Vous pouvez alors recharger votre véhicule dans la nuit pour l’utiliser en journée.

La prise de recharge rapide Wallbox

Si vous optez pour une prise de recharge rapide, également appelée Wallbox, le temps de charge sera réduit :

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

La borne de recharge rapide

Dans les parkings des copropriétés ou sur les parkings des grandes surfaces et des entreprises, vous pourrez également recharger votre véhicule sur une borne de recharge rapide. Le coût de cet appareillage est, bien entendu, le plus élevé.

Toutefois, le temps de charge de la batterie est extrêmement rapide : il se fait en 30 minutes.

Tableau récapitulatif des prix des équipements de recharge de la batterie de voiture électrique

Type d’équipement de recharge de la batteriePrix (hors installation)
Prise de recharge rapideEnviron 600 €
Borne de recharge rapideEnviron 900 €

Quel est le fonctionnement d’une batterie lithium-ion ?

Le principe de fonctionnement de ce type de batterie est complexe. Des électrons circulent au sein de la batterie en créant une différence de potentiel entre deux électrodes. Une électrode est négative, l’autre est positive. Elles sont plongées dans l’électrolyte : un liquide conducteur ionique.

La phase de décharge

Lorsque la batterie alimente le véhicule électrique, l’électrode négative libère les électrons accumulés. Ils empruntent alors un circuit externe pour rejoindre l’électrode positive. Il s’agit de la phase de décharge.

La phase de charge

Lorsque la batterie est en charge sur une borne de recharge électrique ou une prise électrique renforcée compatible, l’effet inverse se produit. Ainsi, l’énergie transmise par l’appareil de recharge transmet les électrons présents dans l’électrode positive vers l’électrode négative. 

Le BMS d’une batterie : définition et fonctionnement

Le logiciel BMS (Battery Management System) contrôle les modules et les cellules composant la batterie de traction. Ce système de management permet de piloter la batterie et d’optimiser sa durée de vie.

Lorsque la batterie perd en performance, il en va de même pour le BMS. Toutefois, certains constructeurs de voitures électriques proposent un service de reprogrammation du BMS. La réinitialisation du logiciel est ainsi capable de prendre en compte l’état dans lequel se trouve 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 pourtant, le mode de recharge, notamment, peut avoir un impact sur sa longévité. De plus, l’autonomie et les performances de la batterie finissent, dans tous les cas, par diminuer avec le temps.

Lorsqu’un véhicule électrique tombe en panne, la cause provient très rarement de la batterie. En effet, pendant la période hivernale, vous vous rendrez compte très rapidement que votre véhicule électrique n’a aucun mal à démarrer malgré le froid, contrairement à un véhicule thermique.

Voiture électrique

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

Lorsqu’une voiture électrique parcourt de nombreux kilomètres, les performances de la batterie diminuent doucement. Deux facteurs sont alors visibles :

  • La baisse de l’autonomie de la batterie ;
  • L’augmentation du temps de recharge de la batterie.

À quelle vitesse vieillit une batterie de voiture électrique ?

Différents facteurs peuvent avoir un impact sur la vitesse à laquelle la batterie vieillit :

  • Les conditions de stockage de la voiture électrique (dans un garage, en extérieur, etc.) ;
  • Le style de conduite (l’éco-conduite est à privilégier avec une voiture électrique) ;
  • La fréquence des charges sur des bornes de recharge rapides ;
  • Les conditions météorologiques de la zone dans laquelle vous conduisez le plus souvent.

Comment optimiser la durée de vie de la batterie d’une voiture électrique ?

En prenant en compte les facteurs précédemment cités, il est possible d’optimiser la durée de vie de sa batterie de traction. À tout moment, le constructeur ou un tiers de confiance peut réaliser un diagnostic et mesurer le SOH (State of Health) de la batterie. Cette mesure permet d’évaluer l’état de santé de la batterie.

Le SOH permet de comparer la capacité maximale de la batterie au moment du test avec la capacité maximale de la batterie lorsqu’elle était neuve.

Recyclage : la deuxième vie d’une batterie de voiture électrique

Dans le secteur de la mobilité électrique, la question du recyclage des batteries lithium-ion des voitures électriques reste une très grande problématique. En effet, si la voiture électrique est plus propre que la voiture thermique (problématique de l’extraction d’hydrocarbure) puisqu’elle utilise une énergie renouvelable, l’électricité, l’extraction et le recyclage du lithium posent problème.

Les problèmes environnementaux

Une batterie pour véhicule électrique peut contenir plusieurs kilos de lithium. D’autres matériaux comme le cobalt et le manganèse sont utilisés. Ces trois types de métaux différents sont extraits et traités pour être utilisés dans la conception des batteries.

Le lithium

Deux tiers des ressources en lithium utilisées dans la conception des batteries de voiture électrique sont issus des déserts de sel d’Amérique du Sud (Bolivie, Chili et Argentine).

De grandes quantités d’eau sont nécessaires pour extraire et traiter le lithium, entraînant :

  • Des assèchements des nappes phréatiques et des rivières ;
  • La pollution des sols ;
  • Et des perturbations écologiques comme un accroissement des intoxications et maladies graves pour les populations locales.

Le cobalt

Plus de la moitié de la production mondiale en cobalt est issue des mines congolaises. Ces dernières sont notamment pointées du doigt concernant :

  • Les conditions de sécurité des travaux d’extraction ;
  • L’exploitation des enfants pour l’extraction du cobalt.

Le retard de la filière du recyclage : explications

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

Si dans un premier temps le lithium n’était pas recyclé, c’était notamment à cause :

  • De sa très grande disponibilité ;
  • Du faible coût de son extraction ;
  • Du taux de collecte qui restait assez faible.

Toutefois, avec l’essor de la mobilité électrique, les besoins en approvisionnement évoluent à grande vitesse, d’où le besoin d’une filière de recyclage efficace. À ce jour, 65 % des batteries lithium, en moyenne, sont recyclées.

Les solutions de recyclage du lithium

À ce jour, les véhicules électriques obsolètes restent peu nombreux par rapport aux voitures thermiques. Cela rend possible le démontage quasi complet des véhicules et des éléments composant les batteries hors d’usage.

Ainsi, le lithium, mais aussi l’aluminium, le cobalt et le cuivre peuvent être collectés et recyclés.

Les batteries non endommagées suivent un autre circuit. En effet, si elles ne fournissent parfois plus suffisamment d’énergie pour offrir des performances et une autonomie correctes aux conducteurs, cela ne signifie pas qu’elles ne sont plus fonctionnelles. Une seconde vie leur est donc donnée. Elles servent alors à un usage stationnaire :

  • Pour stocker des énergies renouvelables (solaire, éolien, etc.) dans les bâtiments ;
  • Pour alimenter des bornes de recharge rapide.

La filière électrique doit encore innover pour trouver une alternative à ces matériaux ou les extraire autrement.

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Publié le 14 Avril 2021

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