Le test de batterie de refroidissement électrique

Plus tard ce mois-ci, deux nouvelles voitures électriques, la GM Volt et la Nissan Leaf, commenceront à apparaître dans les allées éco-responsables à travers les États-Unis.

Batterie incluse : Les techniciens chargent une batterie dans une Chevrolet Volt de préproduction.

La Nissan Leaf promet 73 miles par charge électrique, tandis que la GM Volt obtient 35 miles par charge, bien qu'elle dispose également d'un moteur à essence de secours pour les trajets plus longs. Mais GM et Nissan adoptent des approches différentes pour garantir que les batteries de ces voitures durent et restent sûres. La façon dont ces batteries fonctionneront au cours des prochaines années suggérera quelle approche est la meilleure et pourrait façonner la conception des futures voitures électriques et hybrides rechargeables, ce que tous les grands constructeurs automobiles ont promis. Certains critiques disent que la conception de la batterie de Nissan, qui utilise un système de refroidissement relativement simple, pourrait permettre aux batteries de surchauffer, diminuant la durée de vie de la batterie et posant un problème de sécurité.

GM et Nissan utilisent des batteries lithium-ion (une technologie utilisée depuis longtemps dans les ordinateurs portables et les téléphones portables) par opposition aux batteries nickel-hydrure métallique, qui se sont avérées fiables dans les hybrides gaz-électrique tels que la Toyota Prius, mais qui sont encombrantes. et lourd.

En choisissant le lithium-ion plutôt que l'hydrure nickel-métal, GM et Nissan prennent un risque car de telles batteries n'ont pas encore prouvé leur fiabilité dans le rôle exigeant d'alimenter une voiture. Les batteries de voiture doivent supporter des températures extrêmes, des secousses violentes et des vibrations continues de la route, et doivent bien fonctionner pendant environ une décennie. Dans quelques rares cas, les batteries lithium-ion peuvent surchauffer et prendre feu, un problème qui a nécessité le rappel massif de certaines batteries d'ordinateurs portables. Les batteries nécessaires aux véhicules électriques doivent également stocker beaucoup plus d'énergie, de sorte qu'un incendie causé par des batteries automobiles pourrait être particulièrement dangereux.

Un autre inconvénient de l'utilisation des batteries lithium-ion est qu'elles perdent rapidement leur capacité à maintenir la charge. Après quelques années d'utilisation, il n'est pas rare qu'ils stockent deux fois moins d'énergie que lorsqu'ils étaient neufs. Les constructeurs automobiles veulent des batteries de voiture qui dureront toute la vie d'un véhicule, soit environ huit à 15 ans.

Pour résoudre ces problèmes, GM et Nissan ont apporté des modifications importantes aux batteries lithium-ion qu'ils utilisent. Au lieu d'utiliser de l'oxyde de lithium et de cobalt - le matériau préféré des batteries d'ordinateurs portables en raison de sa densité énergétique élevée - comme électrode, ils utilisent de l'oxyde de lithium et de manganèse, qui stocke une quantité d'énergie relativement importante, mais est plus stable, en partie à cause de l'arrangement de ses atomes. Dans une électrode en oxyde de manganèse, les atomes forment une structure tridimensionnelle qui conserve sa forme même lorsque les ions lithium entrent et sortent de l'électrode lorsque la batterie est chargée et déchargée. La structure moins stable des matériaux d'électrode de batterie conventionnels peut être endommagée lorsque les ions lithium entrent et sortent, ce qui raccourcit la durée de vie utile d'une batterie.

GM et Nissan sont également passés d'une forme cylindrique pour les batteries (les cellules de batterie à l'intérieur des packs d'ordinateurs portables typiques ressemblent à de grosses piles AA) à une forme rectangulaire plate qui économise de l'espace et permet également à la chaleur de mieux s'échapper. La surchauffe peut endommager les batteries, diminuant leur capacité à stocker la charge et, dans certains cas, peut conduire à un phénomène appelé emballement thermique, lorsque des températures élevées entraînent des réactions chimiques qui conduisent à encore plus de chaleur, entraînant éventuellement un incendie.

Mais des différences majeures apparaissent lorsque vous regardez comment GM et Nissan ont conçu leurs batteries - la collection de cellules de batterie, l'électronique et les contrôles de température qui composent la batterie complète. La plus grande différence réside dans la façon dont les entreprises choisissent de contrôler la température des emballages. Nissan a opté pour une conception simple, utilisant un ventilateur pour refroidir ses batteries. Il indique que la forme plate des cellules de la batterie rend inutile un refroidissement supplémentaire. La conception de GM est plus complexe. Un liquide de refroidissement transporte le fluide au-delà de la surface de chaque cellule du pack et vers un petit radiateur à l'extérieur du pack.

Les systèmes de refroidissement par liquide peuvent évacuer la chaleur des cellules de batterie plus rapidement que le refroidissement par air. De plus, le refroidissement liquide est beaucoup plus compact, déclare Bill Wallace, directeur des systèmes de batterie mondiaux de GM. Vous pouvez déplacer beaucoup plus de chaleur et la déplacer de manière beaucoup plus uniforme.

Wallace dit que le refroidissement liquide a été choisi pour s'assurer que toutes les cellules d'un pack sont à moins de deux °C les unes des autres. En plus d'éviter les surcharges, le contrôle de la température est le bouton le plus important que vous puissiez tourner pour améliorer la durée de vie de la batterie, dit-il.

Le refroidissement liquide est l'approche choisie par Tesla Motors, qui fabrique une voiture de sport électrique utilisant des cellules de batterie lithium-ion conçues à l'origine pour d'autres applications. La méthode de refroidissement garantit que même si certaines cellules surchauffent et prennent feu, les autres ne le feraient pas. Lors d'une récente conférence téléphonique avec des investisseurs, Elon Musk, PDG de Tesla Motors, a critiqué la conception de Nissan, affirmant qu'elle pourrait provoquer des températures partout, ce qui pourrait dégrader les performances de la batterie.

Étant donné que le froid peut limiter la quantité de charge qu'un bloc-batterie peut stocker et endommager la batterie, le bloc-batterie de GM dispose également d'un élément chauffant résistif de 1 800 watts pour empêcher le bloc-batterie de devenir trop froid. Nissan recommande un ensemble pour temps froid qui comprend un réchauffeur de batterie, mais cela n'est pas fourni de série. Et l'option n'est pas disponible pour les premières Leafs à sortir de la chaîne de montage, et elle ne peut pas être ajoutée à une voiture plus tard. Si le pack Leaf devient trop froid ou trop chaud, il passe en mode de puissance limitée, ce qui limite l'accélération et la vitesse de pointe.

La Volt est également conçue pour conserver une certaine quantité de charge en réserve lorsque la voiture est neuve afin de préserver la durée de vie de la batterie. Au fur et à mesure que la batterie vieillit, une partie de cette capacité de réserve sera libérée, ce qui aidera la voiture à maintenir son autonomie électrique dans le temps. GM s'attend à ce que la capacité de la batterie diminue entre 10 et 30 pour cent pendant la durée de vie de la voiture (environ huit à 10 ans). Nissan n'a pas dit s'il utiliserait une approche similaire, mais il a déclaré que la capacité de la batterie de la Leaf diminuerait de 30% en 10 ans. Il a également noté que l'exposition à des températures élevées pourrait réduire la capacité de la batterie plus rapidement.

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