Les voitures électriques au lithium-ion sont-elles sûres ?

Les ordinateurs portables équipés de batteries lithium-ion surchauffent parfois et prennent feu. Cela inquiète certaines personnes quant à l'utilisation de ce type de batterie dans les nouvelles voitures de sport électriques et les kits pour convertir les voitures conventionnelles et les véhicules hybrides en voitures tout électriques.

C'est une période passionnante pour les véhicules électriques - avec des annonces régulières d'augmentation des capacités de stockage pour les matériaux de batterie (voir la percée de la batterie ) et des véhicules exotiques à prix élevé qui devraient arriver sur le marché, comme la voiture de sport récemment annoncée de Moteurs Tesla de San Carlos, Californie. Mais les véhicules électriques ont échoué dans le passé. S'ils veulent réussir cette fois-ci, ils devront convaincre le grand public, et cela signifiera, entre autres, démontrer que les puissantes batteries sont sûres.

Les batteries lithium-ion ont longtemps été privilégiées pour alimenter les ordinateurs portables et les téléphones portables, car elles sont petites et légères. Mais emballer autant d'énergie dans un petit espace est également dangereux. On sait que les batteries s'enflamment, parfois violemment ; et parce que le carburant et l'oxydant sont regroupés dans la batterie, ils ne peuvent pas être étouffés comme des incendies ordinaires, explique Dan Doughty, qui gère les tests de batterie lithium-ion chez Sandia National Laboratories à Albuquerque, NM.

Les principaux défis en matière de sécurité sont d'éviter la surcharge, la surchauffe et les dommages en cas d'accident. Dans chaque cas, les réactions chimiques peuvent devenir incontrôlables, provoquant un emballement thermique, ce qui peut générer des températures suffisamment élevées pour faire fondre l'aluminium et faire exploser les batteries, dit-il.

Selon la Commission de sécurité des produits de consommation des États-Unis, de 2003 à 2005, plus de 300 incidents se sont produits impliquant une surchauffe ou un incendie des batteries lithium-ion d'ordinateurs portables et de téléphones portables. De nombreux incidents impliquaient des blessures corporelles.

Ce problème potentiel avec les batteries lithium-ion est multiplié par milliers dans les véhicules. Dans le cas de la voiture de Tesla Motors, par exemple, près de 7 000 batteries sont emballées derrière l'habitacle pour alimenter la voiture (à une vitesse impressionnante de 60 mph en environ quatre secondes).

Mais l'entreprise a fait beaucoup pour assurer la sécurité de son système alimenté par batterie - bien plus que ce qui est fait dans les ordinateurs portables, déclare le PDG Martin Eberhard.

Pour garder les températures sous contrôle, les ingénieurs de Tesla ont développé un système de refroidissement liquide à commande électronique. Ils ont également inclus une protection contre les surcharges, trois couches de fusibles et des capteurs qui déclencheront la déconnexion des batteries en cas de températures élevées, d'impact soudain ou de retournement. En fait, la décision d'utiliser de nombreuses petites batteries plutôt que quelques très grosses était en partie une considération de sécurité - chaque batterie et sa quantité relativement faible d'énergie stockée par rapport à l'ensemble du système est isolée et protégée dans son propre boîtier en acier. Et l'ensemble du système est également enfermé pour une protection en cas d'accident.

Mark Verbrugge, expert en batteries au centre de recherche et développement de GM à Warren, MI, affirme que de telles mesures de sécurité devraient suffire à assurer la sécurité des batteries. Pourtant, un facteur reste hors du contrôle direct des constructeurs automobiles. La seule chose qui inquiète vraiment les OEM est que vous ne pouvez pas contrôler la fabrication de mauvaise qualité en ce qui concerne la sécurité, dit-il. Par exemple, dit Verbrugge, si deux électrodes se touchent parce qu'elles sont mal fabriquées, vous avez un problème.

Un tel court-circuit interne peut déclencher une réaction chimique incontrôlée, explique Sandia's Doughty, ajoutant que s'il y a un défaut dans la fabrication et qu'il y a un court-circuit interne, vous n'allez rien faire à l'extérieur pour interrompre cette réaction. De tels problèmes sont rares, se produisant dans l'une des dix millions de cellules des ordinateurs portables et autres appareils électroniques, explique Doughty. Mais, dit-il, s'il y a 7 000 cellules et qu'il y a une panne sur dix millions, vous faites le calcul en fonction du nombre de véhicules qui auront un problème de cellule.

Même si une mauvaise batterie en fait un véhicule, cela pourrait ne pas être un gros problème. Nous l'avons conçu pour que si vous mettez la main dans notre batterie et que vous mettez délibérément le feu à l'une des batteries, il ne se propage pas aux cellules voisines, explique Eberhard. Il donne deux raisons : chaque batterie est livrée dans un boîtier en acier et un système de refroidissement liquide peut évacuer l'excès de chaleur.

Pourtant, Doughty dit qu'au cours des tests, il a vu de violentes explosions du type qui pourraient potentiellement rompre un boîtier en acier. Si le refroidissement liquide échoue également, une seule batterie pourrait provoquer une surchauffe des batteries voisines, déclenchant une cascade de petites explosions. Doughty affirme que les constructeurs de voitures électriques peuvent être en mesure de concevoir des systèmes suffisamment sûrs, mais il note que, bien que les ingénieurs aient toujours plusieurs couches de sécurité, les pires accidents se produisent lorsque, en raison d'un événement très rare, deux ou plusieurs de ces couches multiples sont compromis.

Même si un tel accident est rare, il pourrait toujours y avoir un contrecoup contre les véhicules électriques. En particulier, Doughty s'inquiète des kits de conversion pour transformer des véhicules conventionnels ou hybrides en voitures électriques à base de lithium-ion (voir Les hybrides rechargeables sont en route). Ce qui m'inquiète, c'est qu'un de ces jours, il y aura un véhicule au lithium-ion qui va avoir un accident assez spectaculaire – et alors que vont dire les gens ?

Les experts ont deux recommandations clés pour aller de l'avant et produire des véhicules électriques encore plus sûrs. Premièrement, les constructeurs automobiles doivent avoir un processus de sélection très strict pour leurs fabricants de batteries, explique Verbrugge. Et, à long terme, dit Doughty, il sera important de soutenir la recherche sur de nouvelles chimies de batteries lithium-ion à haute énergie qui ne sont pas sujettes à la surchauffe.

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