La batterie est le "cœur de la voiture électrique", mais c'est aussi son composant le plus lourd et le plus coûteux. Sa durée de vie et sa fiabilité dépendent non seulement de la conception ou du type de cellules elles-mêmes, mais aussi du type de boîtier. Ce dernier peut être fabriqué à partir de différents matériaux – plus seulement du métal, mais aussi des plastiques ultralégers innovants.
Comment la batterie d'une voiture électrique est-elle construite ?
Les batteries des voitures électriques sont constituées de cellules qui sont connectées en série et en parallèle. Cela permet de créer des modules qui, à leur tour, forment un bloc-batterie. Chaque cellule contient des électrodes (anode et cathode), un électrolyte et un séparateur. Les électrodes sont constituées de matériaux actifs qui, lorsqu'ils sont exposés à un courant, déclenchent une réaction chimique qui produit de l'électricité. Les électrodes sont immergées dans un électrolyte qui permet au courant de circuler entre elles. Les cellules individuelles sont séparées par un séparateur, une sorte de membrane qui empêche la cathode et l'anode de se court-circuiter. L'ensemble de la batterie doit être protégé par un boîtier suffisamment solide, qui absorbe les chocs et protège les cellules des températures extrêmes et des pannes électriques.
De quoi est faite la batterie d'une voiture ? Composants et matériaux
Les matériaux utilisés dans le processus de production des batteries pour voitures électriques, qu'il s'agisse de BEV, HEV ou PHEV, dépendent du type de cellules. Tous présentent des avantages et des inconvénients en termes de capacité, de durabilité, de coût de production ou de sécurité d'utilisation. Les plus populaires sont les batteries lithium-ion (Li-ion), lithium-polymère (LiPo), nickel-métal-hydrure (NiMH) et nickel-cadmium (NiCd). Les matières premières les plus précieuses incluses dans les différents types de batteries pour voitures électriques sont les matériaux actifs utilisés dans les électrodes, tels que le lithium, le cobalt, le nickel, le manganèse ou le graphite. Des solutions organiques de sels métalliques sous forme de liquides ou de gels sont utilisées comme électrolytes. Les batteries à électrolyte solide, qui sont encore en cours de développement, constituent une exception. Entre-temps, des matériaux polymères et des revêtements céramiques sont utilisés pour les séparateurs.
Combien de cellules y a-t-il dans une batterie de voiture ?
Il n'y a pas de nombre optimal de cellules dans une batterie de voiture électrique. Il dépend de sa capacité et de sa tension dans chaque cas. Plus la capacité et la tension de la batterie sont élevées, plus le nombre de cellules est important. Par exemple, une batterie lithium-ion d'une capacité de 60 kWh et d'une tension de 400 V peut être composée d'environ 8 000 cellules. Par conséquent, on trouvera un plus petit nombre de cellules dans une petite voiture urbaine et un plus grand nombre dans un véhicule hybride à long rayon d'action.
Boîtier de batterie de voiture – quelle est son incidence sur une voiture électrique ?
Un boîtier de batterie de voiture remplit plusieurs fonctions importantes. Tout d'abord, il protège la batterie des dommages mécaniques, thermiques et chimiques. Deuxièmement, il peut assurer la ventilation de la batterie, contribuant ainsi à optimiser la répartition de la chaleur. Troisièmement, il fournit une "structure" aux modules et veille à ce qu'ils restent en place. Tout cela signifie qu'un boîtier de batterie de voiture doit être fabriqué à partir de matériaux robustes. Les métaux sont souvent utilisés à cette fin, ce qui influe sur le poids de la batterie et, par conséquent, sur le poids mort, l'autonomie et la maniabilité de la voiture. Un centre de gravité bas, d'une part, augmente l'adhérence et la traction de la voiture et, d'autre part, réduit sa maniabilité. C'est pourquoi les fabricants recherchent de nouvelles solutions matérielles pour produire des batteries plus légères.
Fabrication d'un boîtier pour une batterie de voiture et matériaux utilisés
Les matériaux utilisés pour fabriquer le boîtier d'une batterie de voiture doivent répondre à des exigences élevées en termes de résistance aux chocs, d'isolation thermique ou de résistance au feu et aux pannes électriques. Les matériaux les plus couramment utilisés sont non seulement l'acier, l'aluminium, les plastiques durs ou divers types de composites, mais aussi les mousses modernes telles que le PPE. Le polypropylène expansé, qui est depuis longtemps utilisé comme matériau pour les emballages de transport, s'est également avéré être une excellente solution pour la fabrication de systèmes d'isolation très légers pour les batteries de voiture et les solutions de protection contre les chocs. Dans ce cas, il remplace avantageusement des plastiques beaucoup plus lourds et, en tant que matériau facilement recyclable, il facilite le recyclage des batteries de voiture, ce qui est conforme aux réglementations environnementales.
Des composants en PPE qui protègent les batteries de voiture et augmentent leur durée de vie
"La mousse PPE se caractérise par une grande résistance aux chocs, une excellente isolation thermique et acoustique, et peut facilement prendre n'importe quelle forme. C'est pourquoi elle est utilisée avec succès pour fabriquer divers composants de batteries automobiles, des isolateurs aux séparateurs, en passant par les fixations. Les excellentes propriétés d'amortissement du polypropylène expansé signifient qu'un tel boîtier protège les cellules sensibles des chocs et des vibrations, prolongeant ainsi la durée de vie des batteries des voitures électriques et augmentant l'autonomie de ces véhicules. Les séparateurs en PPE empêchent également les pannes électriques et le transfert de températures élevées entre les cellules, ce qui améliore les températures de fonctionnement et la sécurité de la batterie. D'autre part, les éléments de montage simplifient l'acheminement des câbles électriques et facilitent le retrait de la batterie après utilisation", explique Nicolas Moreau (chef de projet automobile chez Knauf Industries).
Comment fonctionne la batterie d'une voiture électrique ?
La batterie d'une voiture électrique fonctionne en convertissant l'énergie chimique en énergie électrique et vice versa. Lorsque la batterie est en charge, le courant électrique provenant du réseau ou de la station de charge circule dans la batterie, provoquant la migration des ions à travers l'électrolyte, de l'anode à la cathode. En revanche, lors de la décharge de la batterie, lorsque le courant électrique circule de la batterie vers le moteur électrique, le processus est inversé.
Quel type de batterie pour voiture électrique est le meilleur choix et pourquoi ?
Jusqu'à présent, aucun modèle de batterie optimal n'a été mis au point pour s'adapter à toutes les voitures. Les fabricants de véhicules électriques utilisent des technologies très différentes. On peut toutefois distinguer deux types fondamentaux de conception de cellule : cylindrique et prismatique. Dans le cas de la construction cylindrique, les cellules ont adopté une forme cylindrique. Les avantages d'une telle conception sont une densité énergétique élevée, une bonne résistance thermique et mécanique des cellules, mais il y a d'importantes pertes d'espace et le refroidissement est difficile. Dans une conception prismatique, en revanche, les cellules sont de forme cubique, ce qui permet de mieux utiliser l'espace disponible, facilite le refroidissement et offre une plus grande liberté dans le façonnage des modules. Cependant, la densité énergétique est plus faible dans ce cas, et il y a une augmentation du poids de la batterie et des coûts de fabrication. Quelle que soit la forme des cellules et la conception des modules, la technologie du moulage par injection plastique permet de produire des composants de montage, d'isolation ou de boîtier PPE parfaitement adaptés, qui répondent pleinement aux attentes des concepteurs et des développeurs.