Les premières voitures électriques se dotaient de batteries au plomb, lourdes et à la capacité limitée. Dans les années 90, elles ont été remplacées par des accumulateurs de type nickel-cadmium, dotées d’une densité énergétique plus importante. Mais ces batteries « Ni-Cd » souffraient de l’effet mémoire, qui rognait leur capacité de chargement avec le temps. Elles sont désormais interdites, le cadmium étant toxique. Elles ont un temps été remplacées par les batteries nickel-métal hydrure (« Ni-MH »), mais aujourd’hui, toutes les voitures électriques utilisent la technologie lithium-ion.
Inventée au début des années 90, la technologie lithium-ion s’est rapidement imposée dans l’univers de l’électronique grand public, puis dans celui de l’automobile. Elle offre une densité énergétique élevée, une très bonne durabilité et n’est pas sujette à l’effet mémoire. En revanche, les batteries lithium-ion doivent être enchâssées dans un boîtier robuste et être supervisées par une électronique de pointe pour éviter toute surchauffe ou emballement. C’est ce type d’accumulateur que l’on trouve sur les véhicules électriques et hybrides Renault.
Une technologie très prometteuse ! En remplaçant l’électrolyte liquide par une électrolyte solide, la batterie solide gagne en compacité, tout en supportant nettement mieux l’échauffement. La batterie solide offrira donc une plus grande capacité à volume égal, tout en acceptant des recharges ultra-rapides. Les premières applications en série à l’automobile ne sont cependant pas attendues avant 2025.
La technologie des batteries a progressé très vite. À titre d’exemple, Renault ZOE Z.E. 50 adopte une batterie dont les dimensions extérieures sont identiques à celles de la première ZOE, mais dont la capacité est passée de 22 à 52 kWh, soit plus du double ! Un progrès qui aboutit à une autonomie toujours plus élevée, atteignant aujourd’hui jusqu’à 395 kilomètres sur le cycle WLTP*.
Une batterie lithium-ion de voiture électrique se compose de plusieurs cellules connectées entre elles, d’une électronique de contrôle (baptisé « Battery management system » ou BMS) et d’un circuit de refroidissement (par air ou liquide), le tout étant enfermé dans un caisson métallique blindé et étanche. La batterie de Renault ZOE contient ainsi pas moins de 192 cellules, pour une capacité totale de 52 kilowattheures.
Chaque cellule d’une batterie renferme deux électrodes plongées dans un liquide conducteur, l’électrolyte. Lors de la recharge de la batterie de la voiture électrique, le chargeur fait transiter des électrons entre l’électrode positive (anode) vers l’électrode négative (cathode). À l’inverse, lorsque l’auto roule, le moteur électrique utilise le courant généré par le flux d’électrons quittant la cathode pour retourner à l’anode.
À la maison, au bureau, dans la rue ou sur l’autoroute : il existe bien des manières de recharger son véhicule électrique. On dénombre ainsi plus de 200 000 prises publiques en Europe, dont 33 000 en Allemagne, près 30 000 en France ou encore près de 25 000 au Royaume-Uni. Entre 10 et 15 % de ces bornes offrent une charge rapide à haute puissance. Enfin, il faut y ajouter toutes les bornes disponibles dans les lieux privés (domicile, travail…).
Recharger une batterie, c’est comme remplir une bouteille d’eau au robinet : plus la bouteille est grande ou moins le robinet est ouvert, plus cela prend de temps. À puissance de charge identique, une « grosse » batterie sera plus longue à recharger qu’une plus petite. Et à capacité identique, c’est la puissance délivrée par la borne de recharge qui fera la différence. Par exemple, récupérer l’équivalent de 100 kilomètres d’autonomie sur une Renault ZOE prend 7 heures et demie sur une prise domestique, mais trois quarts d’heure sur une borne publique à 22 kilowatts… et seulement 21 minutes sur une station de charge rapide DC 50 kilowatts !
Aussi, depuis sa version 2019, un des atouts de Renault ZOE est son chargeur Caméléon® breveté qui supporte à la fois la charge rapide en courant continu (DC) à 50 kilowatts, mais également la charge en courant alternatif (AC). Cette dernière lui procure notamment une recharge accélérée jusqu’à 22 kilowatts : un niveau de puissance fréquemment proposé par les bornes publiques en ville, mais dont de nombreux autres véhicules électriques ne peuvent pas bénéficier à plein. Grâce à la versatilité de son chargeur, Renault ZOE profite au maximum de la puissance des prises et bornes les plus représentées dans les espaces privés comme dans les lieux publics : chez soi, au travail, sur les parkings de supermarché, en ville, sur autoroute, etc.
Au fil des utilisations et des cycles de charge/décharge, la batterie d’une voiture électrique finit par s’user : elle perd de sa capacité énergétique. Cette dégradation est cependant très lente, et l’on estime qu’une batterie de véhicule électrique conserve en moyenne 75 % de sa capacité au bout de dix ans. De fait, la batterie d’une voiture électrique est conçue pour avoir la même durée de vie que le véhicule lui-même.
À ce jour, les batteries lithium-ion restent un élément coûteux du véhicule électrique. Par exemple, la batterie d’une Renault ZOE (de capacité 52 kilowattheures) est facturée aux alentours de 8 000 euros selon les pays. Toutefois, grâce aux progrès technologiques, le coût des batteries ne cesse de baisser.
Une batterie de voiture électrique contient bien des matériaux valorisables : lithium, cobalt, nickel, aluminium… Les filières pour la recycler existent d’ailleurs déjà. Mais il s’agit là d’une opération complexe et coûteuse qui exige des transformations chimiques. Mieux vaut donc d’abord lui trouver de nouveaux usages, moins exigeants, pour lui offrir une seconde vie. C’est l’une des missions de MOBILIZE, qui propose notamment des solutions innovantes de stockage d’énergie.
L’une des solutions pour réutiliser les batteries de véhicules électriques, c’est de les réutiliser dans le stockage stationnaire d’énergie. Elles peuvent alors stocker l’électricité produite par les éoliennes et les panneaux photovoltaïques afin de pouvoir la restituer lorsqu’il n’y a pas de vent ou pas de soleil. De telles installations peuvent être déployées à l’échelle d’une maison, d’un immeuble, d’une usine voire d’un quartier. Ainsi, le stockage stationnaire d’énergie pourra entrer dans le quotidien de l’approvisionnement en électricité.
Pour une Renault ZOE en achat intégral (batterie incluse), cette dernière est alors garantie 8 ans ou 160 000 kilomètres, au premier des deux termes échus.
Lorsqu’il fait froid, la batterie d’une voiture électrique devient moins performante. Dans le même temps, on la sollicite davantage à cause du chauffage de l’habitacle. Alors pour préserver une bonne autonomie en hiver, quelques règles à suivre. Premièrement, utiliser la fonction de pré-conditionnement lorsque la voiture est encore branchée afin de réchauffer l’habitacle sans puiser dans les réserves de la batterie. Deuxièmement, utiliser le mode « Eco » afin d’optimiser la consommation en régulant intelligemment accélérations, chauffage et freinages. Enfin, adopter l’éco-conduite afin d’exploiter au mieux la récupération d’énergie et d’éviter les accélérations brutales, très énergivores. Avec ces conseils, l’autonomie de la voiture électrique est préservée au mieux.
* Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedures. Le cycle WLTP normalisé se compose de 57 % de trajets urbains, 25 % de trajets périurbains et 18 % de trajets sur autoroute.
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