Tout savoir sur le fonctionnement des batteries des voitures électriques

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Les voitures électriques n’utilisent pas de carburant pour alimenter leur moteur : elles tirent leur énergie de blocs de batteries qui sont réparties sur le châssis de la voiture. Les batteries des voitures électriques fonctionnent comme toutes les batteries au lithium-ion. La particularité des batteries des voitures électriques, c’est de devoir fournir une quantité d’énergie immense par rapport à un appareil électrique classique : elles fonctionnent donc en rack, plusieurs dizaines d’unités sont couplées pour satisfaire cette demande.

La plupart des batteries des voitures électriques sont des batteries en lithium-ion, elles pèsent très lourd et doivent être réparties dans la voiture pour atteindre une répartition des masses équilibrée. Leur durée de vie est de10 à 20 ans.

Comment fonctionne une batterie lithium pour voiture électrique ?

Une batterie lithium fonctionne en créant une différence de potentiel magnétique entre deux électrodes. L’un de ces électrodes est négative, l’autre positive. Elles sont toutes deux immergées dans un liquide conducteur à ions : l’électrolyte. Quand la batterie est sollicitée, les électrons accumulés dans l’électrode négative sont libérés dans un circuit pour rejoindre l’électrode positive. A l’inverse, quand on recharge la batterie, l’électricité fait revenir les électrons positifs vers l’électrode négative.

Dans le secteur automobile plusieurs types de batteries existent, parfois les électrolytes sont à base d’ions de plomb. Dans une voiture électrique ce sont des ions de Lithium (Li+) qui sont très souvent utilisés. En pratique, les batteries lithium sont un assemblage de batteries individuelles (des cellules) qui sont connectées entre elles par un circuit électronique. Selon les constructeurs, le nombre de ces cellules, leur agencement et leur taille varie. Il en résulte des batteries qui délivrent des tensions différentes, et qui stockent plus ou moins d’électricité.

La capacité d’une batterie est exprimée en kilowattheure (kWh).

La batterie d’une voiture électrique se charge lorsque la voiture est branchée à une borne de recharge et se décharge lors de son utilisation. Ce mode de fonctionnement est un cycle répétitif qui, au fil du temps, sollicite et use la batterie. Comme toute autre batterie, elle va se détériorer au fil du temps, se recharger moins vite, et délivrer moins d’autonomie. Vous l’avez sûrement expérimenté avec votre smartphone : après 2 ou 3 ans son autonomie a diminué. Pour une voiture électrique, heureusement, la capacité des batteries se maintient pendant 6 à 8 ans sans détérioration, et ce sous garantie.

Le freinage régénératif

La plupart des voitures électriques sont équipées de dispositifs qui récupèrent de l’énergie lors des décélérations et des freinages. L’énergie cinétique est convertie en électricité, ce qui fait que votre voiture se recharge légèrement quand vous freinez. Cela augmente son autonomie, surtout lors des trajets urbains : sur autoroute on ne freine quasiment jamais. Cette fonctionnalité agrémente aussi le confort de conduite, car sur certains modèles comme les Tesla, ce système rend obsolète la pédale de frein. Le véhicule freine tout seul si on appuie pas sur l’accélérateur afin de récupérer de l’énergie. On parle alors de conduite “one-pedal” (une seule pédale) : on accélère et si on relâche le pied, le véhicule freine seul.

Ce système couplé à la conduite sans boîte de vitesses de la voiture électrique rend l’expérience voiture électrique complètement révolutionnaire !

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Quelle est la durée de vie d’une batterie de voiture électrique ?

Comme nous l’avons dit plus haut, la batterie d’une voiture électrique peut aller de 6 à 20 ans. On peut aussi estimer la durée de vie de la batterie selon un nombre de cycles de recharge. La batterie peut en général survivre à 1500-2000 cycles de charge. Ce qui donne en kilomètres une autonomie  de 200000 à 500000 km !

La garantie en années de votre constructeur, ou le kilométrage garanti, vous couvrira largement. Pour La Nissan Leaf par exemple, sa garantie atteint au moins huit ans de vie ou cent soixante mille kilomètres d’utilisation. C’est pareil pour la marque Hyundai : 8 ans et 160000km.

La durée de vie d’une batterie ne doit donc pas être un frein à l’achat : la garantie vous couvre, et avant d’avoir fait 200 ou 300000km vous aurez bien rentabilisé votre véhicule.

Comment recharger une batterie de voiture électrique ?

La recharge de la batterie d’une voiture électrique doit se faire dans une borne de recharge ou une wallbox installée chez vous. Il n’y a rien de plus simple : vous branchez votre voiture, vous patientez jusqu’à la valeur de recharge attendue, exprimée en % (comme un téléphone mobile) et le tour est joué. Suivant la puissance délivrée par les bornes, la recharge sera plus ou moins longue. Voici quelques exemples :

  • les bornes de recharge du réseau Ionity délivrent 50kWh, et d’autres délivrent 350kWh. Le prix n’est pas le même au kwh, et l’attente non plus.
  • Le réseau Superchargeur Tesla propose des bornes qui délivrent 250kWh, ce qui vous permet de recharger votre véhicule à 80% en 15mn environ : le temps d’un café ou d’un sandwich
  • recharger à la maison sur une prise de courant classique : c’est en général une mauvaise idée, puisque la limite de 10 ampères pour éviter les surchauffes limite la puissance à 2kWh : il vous faudrait plus de 20h pour recharger une batterie de 50kW
  • recharger à la maison avec une wallbox : installée par un pro, cette wallbox vous permet de diviser le temps de charge par 3. Avec environ 7,5kWh délivrés, il vous faudra 6 ou 7 heures pour recharger la même batterie de 50kW

Les voitures électriques sont fournies avec des câbles adaptés, et l’ordinateur de votre voiture a des sécurités pour limiter la puissance qui recharge vos batteries. Tout est simple et automatique.

superchargeur tesla

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Est-ce que les batteries des voitures électriques sont sûres ?

Avec les progrès technologiques et les milliards investis en recherche et développement depuis 30 ans par les constructeurs automobiles, on peut dire sans hésitation que ces batteries sont sûres. Les fabricants installent des systèmes de gestion intelligents dans les voitures pour éviter la surchauffe et d’autres problèmes qui peuvent s’occasionner. Il est vrai que les batteries se réchauffent lorsqu’elles sont en charge, mais les voitures électriques de haute performance sont équipées d’un système de refroidissement liquide qui refroidit au fur et à mesure la batterie, ou qui la préchauffe si besoin.

En tout cas je préfère être dans un véhicule électrique que dans une voiture thermique qui utilise aussi une batterie, avec en plus du carburant, de l’huile et une combustion permanente !

Quel est le coût pour remplacer une batterie de voiture électrique ?

Le coût pour remplacer une batterie de voiture électrique se situe autour de 8000€. Cependant, il y a de fortes chances que votre voiture électrique soit couverte par une garantie, vous n’avez pas à craindre le coût de remplacement de la batterie au cas où un dommage se serait causé. Le remplacement sera couvert par la garantie. Le coût d’une nouvelle batterie peut aller de 140 euros par kWh au moins. Donc une batterie ayant 52 kWh peut coûter à peu près 8100 €. Cela dépend du prix du kWh.

Selon certaines prévisions, d’ici à 2030, le coût du kWh peut chuter en dessous de 100 € afin de permettre au gouvernement d’atteindre l’objectif selon lequel les véhicules vendus à l’avenir soient uniquement électriques.

Le recyclage des batteries de voitures électriques

Le recyclage des batteries de voitures électriques est une obligation légale : la législation demande un recyclage d’au moins 50% de la masse totale d’une batterie lithium, en France. Les constructeurs confient leurs batteries usagées à des partenaires industriels spécialisés dans le recyclage. Comme Eurodieuze une entreprise française de recycleurs qui gère le recyclage des batteries Renault. La SNAM en Isère quand à elle recycle les batteries de plusieurs autres constructeurs comme Volkswagen ou Kia. Les textes de loi en vigueur :

  • Article R543-130 du Code de l’Environnement
  • Directive 2066/66/CE en Europe

Par ailleurs les batteries obsolètes pour un usage dans un véhicule électrique très gourmand peuvent toutefois avoir une seconde vie en étant utilisée pour alimenter d’autres systèmes électriques. Cela s’appelle un usage de seconde vie. Des usages domestiques et commerciaux sont déjà en place.

Désormais, les constructeurs pensent à réutiliser les batteries après que celles-ci atteignent la limite de leur utilisation. La meilleure idée qui en est sortie est de les reconvertir pour une utilisation domestique. La batterie peut être utilisée pour alimenter une maison ou tout un bâtiment. Après que la batterie est utilisée pour alimenter une maison, on ne sait pas ce qui adviendra d’elle une fois qu’il sera plus recyclables.

Lorsqu’une batterie ne sert plus à rien dans une voiture électrique ou ailleurs, elle est recyclée. Voici les étapes de recyclage :

  • Démontage des composants, séparation des plastiques à recycler
  • Broyage des cellules de batterie avec méthodes d’hydrométallurgie
  • Carbonisation dans des fours avec la pyrométallurgie
  • Récupération de métaux après traitements chimiques et électriques
  • Vente de ces matériaux au format lingot pour recréer des objets
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Entre 70 et 90% de la batterie est ainsi recyclée ! Le recyclage résiduel principalement constitué de plastiques sont mis en fûts et enterrés dans des décharges spécifiques. L’avenir devrait permettre d’atteindre 100% de recyclage. La future loi européenne contraindra les constructeurs de batteries (pas uniquement du secteur automobile) à privilégier l’éco-construction et garantira des pourcentages de recyclage à atteindre, légalement.

Étant donné que l’utilisation des voitures électriques dans le futur connaîtra une croissance exponentielle dans les années à venir, les chercheurs étudient les alternatives pour recycler la batterie de façon efficace pour une réutilisation ou pour toute autre utilisation.

Dans une conférence de presse, Volkswagen a annoncé une usine pilote qui sera capable de recycler les batteries d’une voiture électrique à plus de 97 %.