Systèmes de batteries pour véhicules électriques et leur développement

Introduction :

Les batteries EV ou batteries de véhicules électriques sont des systèmes de batteries conçus pour les véhicules électriques. Les véhicules électriques ne sont pas quelque chose de nouveau; nous avons déjà construit des moteurs électriques et l'infrastructure correspondante, alors que manque-t-il ? Comment se fait-il qu'ils n'aient pas conquis le monde ? La raison est la batterie. Il serait plus exact de dire système de batterie EV. Dans cet article, nous discuterons des bases des systèmes de batterie EV et de leurs exigences.

Lorsque vous pensez aux batteries, la première chose qui vous vient à l'esprit est probablement les batteries à deux cellules utilisées par vos petits appareils électriques ou les batteries sur lesquelles votre Android ou iOS fonctionne. Mais bon, on parle ici d'un véhicule. Donc cette taille est un non-non. Nous avons besoin d'une batterie plus grande pour alimenter même les véhicules les plus élémentaires, ce qui signifie plus de charge et donc plus de besoins en énergie, plus d'autonomie et plus de stockage. En même temps, on ne peut pas vraiment s'attendre à ce qu'une batterie de cette taille ne soit pas lourde. Ajoutez donc un contrôle de poids dans la liste. Avons-nous mentionné les conditions environnementales? Tu obtiens le point. Il y a beaucoup d'exigences et les batteries ne sont pas exactement simples.

Exigences d'alimentation de la batterie EV :

Pour faire fonctionner un véhicule de taille moyenne, vous aurez besoin de beaucoup de puissance. Bien plus qu'un processeur hautes performances ou qu'un écran LCD. Une valeur estimée de la puissance requise pour accélérer un véhicule typique sur une route plate sans vent de face est d'environ 61 kW. Maintenant, c'est beaucoup de puissance à demander par véhicule et vous ne voulez pas non plus d'une voiture à la traîne en montée ou par temps venteux. Et sans parler de l'équilibrage de la résistance interne afin qu'elle soit suffisamment faible pour une puissance de sortie maximale.

Densité énergétique des systèmes EV :

Parlons maintenant d'un terme important que vous rencontrerez souvent lorsque vous travaillez avec des systèmes de batterie de VE :la "densité d'énergie". La densité d'énergie, comme son nom l'indique, est l'énergie stockée par unité de volume. (L'énergie spécifique est l'énergie par unité de masse).

Les sources de carburant les plus couramment utilisées doivent être l'essence et le charbon par rapport aux batteries. Cependant, les batteries sont plus pratiques mais leur densité d'énergie et leur énergie spécifique sont inférieures à celles du charbon et de l'essence. Pour mettre les choses en perspective, si on compare l'essence et une batterie lithium-ion, la chaleur spécifique de l'essence est 100 fois plus élevée. L'essence est également 300 fois plus élevée que les batteries au plomb.

Systèmes de batterie électrique vs ICE (moteur à combustion interne)

Cependant, en termes d'efficacité, un moteur électrique est meilleur qu'un ICE (moteur à combustion interne). Mais là encore, il est difficile d'atteindre une autonomie avec un moteur électrique par rapport à un ICE. Par exemple, un véhicule à essence avec un réservoir plus petit peut parcourir environ 400 milles, tandis que l'autonomie moyenne d'une voiture électrique est d'environ 180 milles.

Bien qu'il existe des offres compétitives de gamme supérieure, il y a aussi des inconvénients. Pourquoi ne pas en discuter avant de poursuivre.

• Les coûts de fabrication de ces batteries sont très élevés et représentent une grande partie du prix d'achat total du VE.
• La recharge et la décharge de ces batteries entraînent une dégradation au fil du temps et nous ne disposons d'aucune donnée solide sur les performances à long terme des systèmes de batteries. D'autre part, les véhicules ICE peuvent facilement parcourir jusqu'à 100 000 miles s'ils sont correctement entretenus.
• Le chargement de telles batteries prend du temps. Même les meilleurs superchargeurs que Tesla a à offrir vous feront attendre environ une demi-heure.

 EV et la chimie impliquée :

La recherche pour trouver la meilleure technologie de batterie n'est pas nouvelle. Un document du Laboratoire national d'Argonne publié en 1994 répertorie un certain nombre de " systèmes de batteries EV candidats " qui incluent le plomb-acide, le nickel/cadmium, le nickel/fer, le nickel/hydrure métallique, le sodium/soufre, le zinc/brome, le zinc/air, sodium/chlorure de nickel, lithium/sulfure de fer et lithium-polymère. Ils ont été répertoriés en fonction des énergies spécifiques des systèmes, de la plus faible (plomb-acide, c'est-à-dire 25 à 40 wattheures par kilogramme) à la plus élevée (lithium-polymère, c'est-à-dire 100 à 200 wattheures par kilogramme).

Aujourd'hui, le système de batterie préféré des véhicules électriques est le lithium-ion. En 2012, le système de batterie dominant était le nickel/hydrure métallique (NiMH), mais aujourd'hui, l'utilisation du lithium-ion est dominante. Au fil du temps, les chercheurs ont observé que le lithium-ion donne une puissance de sortie plus élevée, a une chaleur spécifique plus élevée et a globalement moins de problèmes. Pour voir une animation sur la fonctionnalité d'une batterie lithium-ion, cliquez ici .

L'impact des véhicules électriques :

Comme indiqué précédemment, les véhicules électriques n'ont pas vraiment "conquis le monde". Au lieu de cela, les moteurs à essence et diesel sont encore majoritairement utilisés. Spécifiquement pour les voyages longue distance, les clients préféreront toujours les carburants à base de pétrole par rapport aux systèmes de batterie. Le marché des véhicules électriques aux États-Unis n'est pas non plus important. (Comparez cela à la part de marché des véhicules électriques de la Norvège, qui est environ 32 fois supérieure à celle des États-Unis). L'utilisation de véhicules électriques est également plus courante dans des pays comme la Chine (dont le marché des véhicules électriques croît deux fois plus vite qu'aux États-Unis)

Conclusion :

L'industrie des véhicules électriques semble encore en évolution. Il y a beaucoup de développements nécessaires à faire avant que les systèmes de batterie EV ne prennent le contrôle du monde. Leur utilisation sera grandement bénéfique si les principaux obstacles tels que les prix et l'aspect pratique sont surmontés dans les années à venir.