Batteries de voitures électriques : fonctionnement, technologie, coûts,... nos dossiers pour tout comprendre

Les différents types de batteries 

Les batteries des voitures électriques varient en fonction de leur composition chimique et de leur technologie. Voici un aperçu des principaux types.

Les batteries au plomb 

Les batteries au plomb, utilisées depuis plus de 150 ans, ont été inventées par Gaston Planté en 1859. 

Utilisées dans des modèles tels que les Citroën AX et Peugeot 106 jusqu’aux années 1990, elles ont été remplacées par des technologies plus avancées comme les batteries au nickel-cadmium.

Avantages

• Coût relativement bas
• Utilisation possible sur une plage de températures étendue (-20 à 60°C)

Inconvénients

• Poids élevé
• Impact environnemental négatif dû au plomb
• Faible capacité à supporter les décharges profondes

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Les batteries Nickel-Cadmium 

Les batteries NiCd ont été utilisées dans les modèles des années 1995-2005 comme les Citroën AX et Renault Express. 

Elles offrent une longue durée de vie et acceptent la recharge rapide. 

Cependant, elles nécessitent un entretien régulier et le cadmium présente des risques environnementaux. Elles ont été interdites en 2006 par la directive européenne 2002/95/CE.

Avantages 

• Longue durée de vie
• Acceptation de la recharge rapide

Inconvénients

• Risques environnementaux et sanitaires liés au cadmium
• Faible autonomie
• Maintenance régulière nécessaire

Batteries Sodium-Chlorure de Nickel (Zebra) 

Les batteries Zebra, utilisées dans des modèles comme la Renault Twingo Quickshift Elettrica et la Smart Fortwo ED, nécessitent une température interne élevée (270-350°C) pour fonctionner. Elles sont adaptées aux flottes en circulation permanente et présentent une auto-décharge élevée (plus de 10% par jour).

Avantages

• Meilleure autonomie
• Relativement peu de contraintes environnementales
• Performance constante

Inconvénients

• Auto-décharge élevée
• Nécessité de maintenir une température très élevée en permanence

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Batteries lithium-métal polymère (LMP) 

Produites par le groupe Bolloré, ces batteries sont utilisées dans des véhicules comme le Bluebus, l’Autolib et la Citroën E-Méhari. 

Elles se distinguent par leur absence d’effet mémoire, leur durée de vie prolongée et leur sécurité accrue.

Cependant, elles nécessitent une température de fonctionnement élevée (environ 60°C) même lorsqu’elles ne sont pas utilisées.

Avantages

• Absence d’effet mémoire
• Durée de vie prolongée
• Sécurité accrue

Inconvénients

• Nécessité de maintenir une température élevée lorsqu’elles ne sont pas utilisées

Les batteries Lithium-Ion 

Dominant le marché des véhicules électriques, les batteries lithium-ion sont utilisées dans des modèles comme la Nissan Leaf, la Renault Zoe, la Tesla Model S et la BMW i3. 

Elles offrent une longue autonomie, une densité énergétique optimale (quantité possible d’énergie stockée), un poids réduit et l’absence d’effet mémoire. 

Cependant, elles posent des défis environnementaux et de sécurité, notamment liés à l’extraction du lithium et aux risques d’incendie en cas de surcharge.

Avantages

• Longue autonomie
• Meilleure efficacité énergétique
• Absence d’effet mémoire
• Bonne durabilité
• Potentiel de recyclage élevé

Inconvénients

• Défi environnemental lié à l’extraction du lithium et recyclage
• Risques d’emballement thermique en cas de surcharge

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Batteries Lithium-Ion Polymère 

Apparues en 1995, les batteries lithium-ion polymère sont utilisées dans des véhicules tels que le Kia Soul EV et la Hyundai Ioniq. 

Elles offrent une excellente densité énergétique et une sensibilité moindre au froid, mais présentent un risque d’explosion en cas de surcharge (désormais maîtrisé).

Avantages

• Faible poids
• Grande flexibilité en termes de forme
• Excellente densité énergétique
• Sensibilité moindre au froid

Inconvénients

• Risque d’explosion en cas de surcharge (maîtrisé maintenant)

Batteries lithium-fer-phosphate

Les batteries lithium-fer-phosphate (LiFePO4) sont de plus en plus populaires pour les équipements hors réseau comme les stations d’énergie solaire portables. Elles sont réputées pour leur sécurité, leur longue durée de vie et leur fiabilité.

Ces batteries sont légères, peuvent stocker beaucoup d’énergie, et fonctionnent bien même dans des conditions de température extrêmes. Elles sont parfaites pour les activités en plein air ou dans des endroits éloignés sans accès au réseau électrique.

Avantages

• Très sûres et stables
• Longue durée de vie et peu d’entretien nécessaire
• Utilisent toute leur capacité énergétique
• Légères et compactes
• Fonctionnent bien dans des températures extrêmes
• Moins polluantes et non toxiques

Inconvénients

• Plus chères à l’achat
• Légère perte d’efficacité à des températures extrêmes
• Nécessitent plus de cellules pour atteindre la même puissance que d’autres

En résumé, les batteries LiFePO₄ sont idéales pour ceux qui cherchent une solution énergétique fiable et durable, notamment pour des applications en extérieur et hors réseau. Elles équipent déjà certaines versions des Tesla Model 3 et Model Y ainsi que la MG4.

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Les batteries LFP, NMC et NCA

Les batteries utilisées dans les véhicules électriques varient aussi entre trois types : LFP, NMC et NCA. Chacune a des caractéristiques uniques en termes de performance, de coût et de sécurité.

Les Batteries LFP (Lithium-Fer-Phosphate)

Les batteries LFP sont reconnues pour leur stabilité thermique et leur sécurité. Cela les rend idéales pour des applications avec une fiabilité élevée requise.

Avantages

• Très sûres et stables
• Longue durée de vie
• Coût de production réduit

Inconvénients

• Densité énergétique inférieure
• Moins performantes à basse température

Les batteries NMC (Nickel-Manganèse-Cobalt)

Les batteries NMC offrent un bon équilibre entre densité énergétique et coût. Elles sont populaires pour les véhicules qui nécessitent des performances équilibrées.

Avantages

• Bonne densité énergétique
• Capacité de décharge élevée

Inconvénients

• Risque de surchauffe
• Coût élevé lié à l’utilisation de cobalt

Les batteries NCA (Nickel-Cobalt-Aluminium)

Les batteries NCA, utilisées par des fabricants comme Tesla, se distinguent par leur densité énergétique élevée et leur longue durée de vie. Elles sont idéales pour les véhicules haut de gamme.

Avantages

• Excellente densité énergétique
• Longue durée de vie

Inconvénients

• Coût élevé
• Risques de surchauffe

Le choix entre LFP, NMC et NCA dépend des priorités en matière de performance, de coût et de sécurité. 

Les LFP sont idéales pour la sécurité et la durabilité, tandis que les NMC et NCA conviennent aux besoins de densité énergétique et de performance élevées.

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Le fonctionnement des batteries électriques 

Les batteries de véhicules électriques stockent l’électricité pour alimenter le moteur électrique. 

Elles se composent de cellules individuelles regroupées en modules, eux-mêmes assemblés en packs.

Processus de charge et décharge 

Lors de la charge, l’électricité est stockée sous forme d’énergie chimique. Pendant la décharge, cette énergie est convertie en courant électrique pour alimenter le moteur.

Ce processus est contrôlé par un système de gestion de la batterie (BMS) qui optimise la performance et protège les cellules contre les surcharges et les décharges profondes.

Durée de vie et entretien 

La durée de vie des batteries des voitures électriques dépend de la fréquence de charge, des conditions de conduite et de la température de fonctionnement.

En moyenne, une batterie de VE (véhicule électrique) peut durer entre 15 et 20 ans dans des conditions optimales, selon l’utilisation et les habitudes de conduite. 

Facteurs influençant la durée de vie 

La durée de vie d’une batterie de voiture électrique est influencée par plusieurs facteurs, dont essentiellement : 

• La technologie de la batterie,

• Les habitudes de conduite,

• Les conditions de charge,

• Et les conditions environnementales.

Une gestion adéquate de ces éléments peut prolonger la durée de vie de la batterie.

Conseils pour maximiser la longévité

Suivez nos conseils pour prolonger la vie de votre batterie de voiture électrique :

• Évitez les charges rapides fréquentes

• Maintenez la charge de la batterie de 20% à 80%

• Stockez le véhicule à l’abri des températures extrêmes

Impact environnemental 

La production et l’utilisation des batteries de voitures électriques ont un impact environnemental important, principalement en raison de leur fabrication et de l’extraction des matériaux nécessaires. 

Cependant, des progrès sont réalisés dans le recyclage des batteries, contribuant à réduire leur empreinte carbone et à favoriser une économie circulaire.

Analyse de l’empreinte carbone des batteries 

La fabrication et l’utilisation des batteries constituent un facteur important dans l’empreinte carbone des VE. 

Les batteries lithium-ion nécessitent des ressources naturelles et de l’énergie pour leur production. 

Cependant, des avancées dans le recyclage contribuent à réduire leur impact environnemental en prolongeant leur durée de vie utile et en récupérant les matériaux précieux pour une utilisation future.

Recyclage et gestion des déchets 

Le recyclage des batteries est crucial pour minimiser leur impact environnemental. Des entreprises comme Redwood Materials et Umicore sont à la pointe des technologies de recyclage, permettant de récupérer jusqu’à 95% des matériaux*. 

En Europe, des réglementations strictes encouragent également le recyclage des batteries.

Coût et économie des batteries

Le coût des batteries des voitures électriques représente une part importante du prix total des VE.

Le coût des batteries lithium-ion diminue progressivement grâce aux avancées technologiques et aux économies d’échelle. 

Cependant, le coût total d’une batterie de voiture électrique varie en fonction de sa capacité et de la technologie utilisée.

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Coût des batteries et des véhicules électriques 

Le coût des batteries et des VE est un facteur important influençant leur adoption à grande échelle. Bien que le coût initial soit élevé, les économies à long terme et les avancées technologiques promettent de rendre les VE plus accessibles.

Économies potentielles à long terme 

Malgré leur coût initial qui peut sembler élevé (renseignez-vous bien sur toutes les aides possibles !), les voitures électriques peuvent économiquement être avantageuses à long terme grâce à des coûts de carburant et d’entretien plus faibles. 

Les propriétaires de VE bénéficient de coûts de carburant réduits et de moins d’entretien. En effet, ils ont moins de pièces mobiles et n’ont pas besoin de changements d’huile réguliers.

Pour plus de détails sur la rentabilité d’un VE, nous vous détaillons combien coûte une batterie de voiture électrique ?

Les technologies futures 

Les innovations futures dans le domaine des batteries des voitures électriques promettent des performances encore meilleures et des coûts réduits. 

Différents constructeurs explorent de nouvelles technologies, bien que ces initiatives restent marginales et peu documentées.

Voici les principales pistes :

• Batteries lithium-titanate : elles offrent une durée de vie plus longue, une meilleure sécurité et des charges rapides. Cependant, la densité énergétique est inférieure à celle des batteries lithium-ion.
• Batteries lithium-fer-phosphate (LiFePO4) : elles sont plus stables et moins coûteuses. Ces batteries sont utilisées dans la BYD e6 chinoise pour leur sécurité et leur coût.
• Batteries lithium-air : elles ont un potentiel de densité énergétique extrêmement élevé, ce qui offre des autonomies bien supérieures, mais encore au stade de la recherche.
• Batteries solides : elles proposent un potentiel considérable pour la voiture électrique grâce à leur densité énergétique élevée, mais des défis techniques importants et des problèmes de sécurité freinent leur viabilité commerciale. Plus d’infos ici !
• Intégration du graphène : c’est un matériau résistant, léger, mais flexible. Il est composé de carbone et promet des batteries abordables avec des autonomies impressionnantes et des temps de charge réduits à quelques minutes.

Ces technologies sont encore en phase de développement et leur adoption à grande échelle reste incertaine. Cependant, elles suscitent un grand intérêt dans l’industrie des VE.

Les batteries de voitures électriques sont au cœur de la transition vers une mobilité plus durable. Leur évolution constante promet des véhicules plus performants, plus abordables et plus respectueux de l’environnement. Comprendre le fonctionnement, les avantages et les défis des batteries de VE est essentiel pour envisager un avenir où les transports sont à la fois pratiques et durables. Par un entretien adéquat et une utilisation consciente, nous pouvons maximiser la durée de vie de ces batteries tout en minimisant leur impact sur notre planète.

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*Source : https://actuenergie.fr/flash-actus/redwood-materials-annonce-etre-en-mesure-de-recycler-des-batteries-a-95/