De quoi dépend la vitesse de charge d'une batterie de voiture électrique ?
Plan de l'article :
Qu'est-ce qui impacte la vitesse de charge des voitures électriques ?
C'est une des caractéristiques les plus importantes d'une voiture électrique qui doit effectuer des longs trajets. Car si les autonomies sont encore un peu limitée, elle peut être comblé par une vitesse de charge élevée.
Voyons donc quelles sont les variables techniques qui influent sur la vitesse de charge d'une voiture électrique.
Algorithme
L'algorithme intégré au BMS qui gère la batterie influera aussi sur la vitesse de charge. C'est donc ici un paramètre logique et non physique, et les constructeurs les plus intelligents arriveront donc à de meilleurs résultats à batterie égale ... Certains BMS utilisent des algorithmes de charge adaptative qui apprennent et s'adaptent au comportement de la batterie au fil du temps, ce qui peut conduire à une optimisation continue de la vitesse de charge.
Rachid Yazami, inventeur marocain, a par exemple breveté une technologie de charge rapide de batteries au lithium au Japon, utilisant le concept de « volt non linéaire ». Cette approche gère (par algorithme donc) le courant électrique plutôt que la pression électrique, promettant une charge rapide pour divers appareils électroniques et véhicules électriques. Ses recherches récentes ont battu des records de vitesse de chargement, avec une innovation capable de charger une batterie en moins de 5 minutes. Yazami dirige également un projet à Singapour visant à remplacer le lithium par du fluor, un matériau plus abondant et moins coûteux, mais c'est ici lié à la chimie plutôt que la procédure dynamique de charge.
Disposition des cellules et packs
Selon la manière dont est constituée la batterie, on aura des caractéristiques de courbes de charge/décharges différentes.
Plus on aura de cellules mises en série plus on aura un voltage potentiel élevé, et donc une vitesse de charge importante : à la clé une courbe dont la crête va plus haut.
Plus on aura des cellules en parallèle plus on aura d'intensité (Ampères) et moins on aura de résistance électrique.
Notez par exemple que chez Porsche (Macan 2) on atteint 800V grâce à la mise en place de deux batteries de 400V mise cote à cote.
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En haut un montage de trois packs en parallèle mis en série
Ici un pack de 6 cellules en série
Nombre de packs / cellules
Plus j'ai de packs et de cellules (mis en série et non pas en parallèle), plus j'aurai une batterie qui propose un voltage élevé. En effet, si par exemple j'ai deux cellules de 4.5 Volts chacune, j'aurai à la clé 9 Volts de potentiel. Si j'en ai trois alors ce sera 13.5 Volts etc. Pour comprendre simplement par un exemple tout bête, si je branche un téléphone chez moi je consommerai moins d'électricité que si j'en branche une centaine ... En effet, si j'ai 100 téléphones qui sont branchés en même temps on va multiplier par 100 le courant nécessaire à la charge, et donc je ferai entrer 100 fois plus de courant dans mes batteries (qui peuvent n'en former qu'une seule si j'estime que mes 100 téléphones constituent mon pack batterie).
Moins j'ai de cellules (de kWh), moins je peux charger vite ..
Par exemple, une Mégane EV40 (40kWh) charge moins vite qu'une EV60 (60 kWh) car justement il y a moins de cellules qu'on peut ravitailler en même temps.
Les voitures qui chargent le plus vite sont aujourd'hui aux alentours des 800V.
Chimie de la batterie
Selon la chimie de la batterie on aura plus ou moins de capacité à faire passer les ions lithium de la cathode vers l'anode (recharge). On aura par exemple plus de vitesse avec du graphite que du carbone dur (anode). Il faut en effet que les ions lithium puissent facilement se "ranger" du côté de l'anode, et c'est plus facile pour eux de le faire sur des couches de graphites bien ordonnées et dont les entrées sont bien larges (au niveau atomique, n'espérez pas le voir de vos propres yeux).
Les chimies les plus aptes aux charges rapides sont les NCA et NMC.
A lire aussi : les différentes chimies de batteries lithium
Types de cellules
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Les cellules poche et prismatiques sont plus massives et donc moins aptes à être refroidies, ce qui n'est pas le cas des cellules cylindriques qui ressemblent à des piles. Idem concernant le type de languette à chaque pôle, plus elles sont petites plus elles concentrent de chaleur sur une petite quantité de matière, ce qui accroit les risques de rupture. En revanche, les cellules poche offrent une plus grande surface d'échange électrochimique interne, ce qui améliore la circulation des ions et donc la performance de la batterie en charge ... Beaucoup de variables influent sur les vitesses de charge.
Gestion thermique de la batterie
La recharge induisant de la chaleur par effet Joule, on pourra garder plus ou moins longtemps une forte puissance de charge selon la capacité à refroidir la batterie. Car il arrive que la puissance soit volontairement abaissée par le BMS afin de ne pas induire de surchauffe trop importante, ce qui pourrait mener à l'émergence de poches de gaz dans les cellules. Ces poches de gaz induisent de la pression et peuvent provoquer une explosion.
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Idem si la batterie est trop froide, il faudra la mettre en température si on veut atteindre des puissances de charge importantes, c'est ce que l'on appelle le préconditionnement.
Certaines autos n'ont pas de dispositif de gestion active de la température de batterie (Zoe, Leaf ..), ce qui a tendance à nuire à la capacité de recharge sur les bornes rapides.
Notez enfin que le préconditionnement consiste bêtement à solliciter la batterie (pour rien, juste pour obtenir de l'effet Joule) alors que le refroidissement nécessite tout un circuit liquide avec un radiateur.
Taille du tampon de la batterie (réserve entre capacité nette et brute)
Chez certains constructeurs, être chargé à 100% sur l' interface du véhicule revient à ne l'être qu'à 90% en réalité. Ils peuvent donc simuler une charge qui sera rapide de 80 à 100% si en réalité la batterie s'est chargée de 70 à 90%. On pourrait même avoir une batterie qui se charge rapidement de 0 à 100% si on ajustait le tampon (différence entre batterie brute/nominale et nette/utile) à 50% de la capacité totale ! Mais dans ce cas le surpoids et l'encombrement seraient très importants sur des batteries qui seraient de 80 kWh nets.
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