Alimenté par batterie Véhicule (VEB ou VE) se développent beaucoup plus rapidement que Combustion interne conventionnelle (IC). Cela est dû à une pénurie de produits pétroliers et à des préoccupations environnementales. Les ventes de véhicules électriques ont augmenté de 62 % à l’échelle mondiale dans l’ Premier semestre 2022 par rapport à l’ le premier semestre 2021.
Tous les pays et même les constructeurs automobiles ont prévu de passer aux véhicules électriques / VHR, par exemple, le gouvernement indien s’est fixé un objectif à atteindre 30 % des véhicules électriques vendus d’ici 2030 et Moteurs généraux s’est engagé à apporter de nouveaux 30 modèles électriques à l’échelle mondiale d’ici 2025 respectivement. Les principaux constructeurs automobiles sont Tesla, Nissan, Hyundai, BMW, BYD, SAIC Motors, Mahindra Electric et Tata Motors.
Le succès des véhicules électriques dépend de leurs systèmes de stockage d’énergie. Les systèmes de stockage d’énergie peuvent être une pile à combustible, un supercondensateur ou une batterie. Chaque système a ses propres avantages et inconvénients.
Les piles à combustible comme source d’énergie dans les véhicules électriques
Une pile à combustible fonctionne comme un cellule électrochimique qui produit de l’électricité pour la conduite des véhicules. Hydrogène (à partir d’une source renouvelable) est alimenté à Anode et Oxygène chez Cathode, les deux combinent la production électricité comme produit principale eau et chaleur en tant que sous-produits.
L’électricité produite est utilisée pour entraîner le système de propulsion du véhicule.
Avantages
- Ravitaillement rapide – en 4 minutes
- Bonne autonomie – jusqu’à 300 miles
- Fonctionne efficacement
- Pas d’émissions nocives et l’hydrogène peut être produit localement
Les principaux modèles de voitures utilisant des piles à combustible sont Toyota Mirai (autonomie jusqu’à 502 km), Honda Clarity (jusqu’à 589 km), Hyundai Tucson à pile à combustible (jusqu’à 426 km)
Le supercondensateur comme source d’énergie dans les véhicules électriques
Un supercondensateur (parfois Ultra-Condensateur) est la même chose qu’une batterie qui peut stocker et libérer de l’électricité. Dans un supercondensateur, aucune réaction chimique ne se produit plutôt que la charge est stockée statiquement.
Il a également tous les composants comme la batterie, c’est-à-dire
- Électrodes poreuses (composé de nanotubes de carbone et de graphène)) pour stocker les frais
- Électrolyte (Aqueux, non aqueux, à l’état solide) pour fournir un chemin conducteur entre les électrodes.
- Séparateur (Fibre de verre, polypropylène) pour éviter les courts-circuits
- Collecteur de courant (Al, Au foil) pour améliorer la capacité de charge des électrodes
L’utilisation de supercondensateurs dans le véhicule devrait atteindre 593,6 millions de dollars d’ici 2026.
Certaines des propriétés d’un supercondensateur sont les suivantes:
| Propriété | Supercondensateur |
| Charge – temps | 1 à 10 s |
| Cycle-Vie | 500 000–1 million |
| Tension de la cellule | 2,3 à 3,0 V |
| Énergie spécifique (Wh/kg) | 5–15 |
| Puissance spécifique (W/kg) | Max autour de 40 000 |
| Coût en USD par kWh | 8 000 $ à 10 000 $ (grand système) |
| Coût en USD par kW | 8 à 12 $ |
Comme non réaction chimique est impliqué dans le supercondensateur pour stocker la charge électrique, il peut être chargé ou déchargé en quelques secondes donnant très haute densité de puissance et faible densité d’énergie parmi tous les autres systèmes de stockage.
En raison de ses propriétés, le supercondensateur est utilisé comme système de stockage auxiliaire dans les véhicules électriques / PHEV et également pour stocker de l’énergie lors du freinage par récupération.
La Chine est à la pointe de l’adoption du supercondensateur dans le bus électrique
Les bus électriques à supercondensateur sont très courants en Chine. Sunwin (une joint-venture entre Volvo et SAIC) a apporté les autobus électriques SC avec le autonomie de 3 à 6 km. Les bus sont facturés à chaque arrêt de bus avec un pantographe.
Les principaux problèmes associés à l’utilisation de supercondensateurs dans les véhicules électriques sont les suivants :
- Très faible densité d’énergie le rendant impropre à une longue distance
- Haute auto-décharge – peut se décharger en une semaine
- Technologies immatures
La batterie comme source d’énergie dans les véhicules électriques
La batterie est la plus couramment utilisée dans les véhicules électriques actuels. Il convertit l’énergie électrochimique en énergie électrique. La batterie Li-ion est très prometteuse pour les véhicules électriques par rapport à la batterie au plomb, à la batterie nickel-cadmium (Ni-Cd) et à la batterie nickel-hydrure métallique (Ni-MH).
Batterie plomb-acide
Cette batterie est la première batterie secondaire commerciale qui a dominé le marché pendant plus d’un siècle. Dans cette batterie, le plomb et l’oxyde de plomb sont convertis en sulfate de plomb. L’acide sulfurique qui est l’électrolyte de cette batterie agit comme un réactif et un transporteur ionique.
La batterie plomb-acide n’a pas eu de bons Densité d’énergie Il est donc principalement utilisé comme batterie auxiliaire dans les véhicules pour alimenter le circuit interne et démarrer le démarreur des véhicules.
Étant donné que cette batterie est utilisée depuis plus de 150 ans, les technologies impliquées sont matures et jusqu’à 98 % de cette batterie est recyclée.
Batterie nickel-cadmium
La batterie nickel-cadmium a comparativement plus Densité d’énergie que la batterie au plomb. L’anode est composée de Nickel et la cathode est composée de Oxyde de nickel et un solution alcaline aqueuse est utilisé comme électrolyte.
- Ni-Cd prend en charge la charge ultra-rapide
- Bonne durée de vie
- Large plage d’opérabilité de la température
Mais Ni-Cd a un effet de mémoire signifie qu’il ne se décharge pas complètement et que le cadmium est un métal toxique. Il n’est plus utilisé.
Nickel-hydrure métallique
Les batteries Ni-MH ont 2-3 fois plus de densité d’énergie que Ni-Cd. L’électrode positive se compose principalement de hydroxyde de nickel En tant que matière active, l’électrode négative est constituée de alliages absorbant l’hydrogène, l’électrolyte alcalin est utilisé et le séparateur est fait de fibres fines.
Cette batterie a été utilisée dans Toyota Pyrius, Honda Insight.
La batterie Ni-MH a
- Longue durée de vie de la batterie (plus de 1000 lorsque la profondeur de décharge est de 100 % et près de 1 000 000 lorsque la profondeur de décharge est de 10 %.
- Large plage de température de fonctionnement (jusqu’à − 30 à + 70 °C)
- Flexible dans la taille de la cellule, peut être cylindrique, prismatique
- Comparativement moins d’effet mémoire que la batterie Ni-Cd.
Batterie Li-ion
La batterie Li-ion est le most batterie largement utilisée dans les véhicules électriques. Ses caractéristiques uniques le rendent différent des autres batteries secondaires car il a
- La haute densité énergétique (120-300 Wh/kg)
- Durée de vie élevée (300-800), aucun effet de mémoire (décharge incomplète, par exemple dans la batterie NiMH / NiCd, cela se produit)
- un faible taux d’auto-décharge fonctionne sur le principe de l’intercalation (les ions sont stockés dans le vide des électrodes) et de la disponibilité du métal Li (200 milliards de tonnes y compris l’eau de mer).
- Facilité de modélisation g.; il peut être formes cylindriques, prismatiques et de poche.
La batterie Li-ion est utilisée par presque tous les principaux équipementiers de véhicules électriques Tesla, Tata Motors, Volkswagen
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Basé sur les matériaux d’électrode utilisés dans la batterie Li-ion, il présente différentes propriétés d’exposition:
Pour Électrode négative-Quand Graphite (Carbone) est utilisé comme électrode négative, il peut stocker un Li-ion par atome C-, lorsque Silicium est utilisé, il peut stocker quatre Li-ion par atome alors que lorsque Oxyde de titanate de lithium (LTO) est utilisé la durée de vie de la batterie est augmentée
Pour Électrode positive–Quand Oxyde de lithium-cobalt (LCO) est utilisé pour les appareils portables, mais le Co est toxique et coûteux.
Nicol cobalt manganèse (NMC) a une bonne densité d’énergie et donne une bonne autonomie aux véhicules électriques, mais il n’est pas thermiquement stable.
Actuellement, dans les véhicules électriques, on utilise principalement des batteries Li-ion LPF et NMC.
Une brève représentation illustrée de différents types de batteries Li-ion indiquant leurs propriétés adaptées à
Source- ResearchGate
Il y a aussi quelques problèmes associés à l’utilisation de batteries Li-ion comme
- Il nécessite un contrôleur électronique complexe, c’est-à-dire; un système de gestion de batterie qui augmente le coût des véhicules
- Pourtant, les technologies immatures le rendent maintenant coûteux
- Mise au rebut ou recyclage approprié de la batterie Li-ion usagée
Batteries à semi-conducteurs, Batteries métal-air sont d’autres batteries qui sont examinées pour surmonter le problème associé aux batteries discutées.
Une brève comparaison des différentes propriétés de la technologie de batterie: –
| Propriétés | Li-ion | Ni-MH | Ni-Cd | Plomb-acide |
| Tension de la cellule (en V) | 3.6-4.2 | 1.2 | 1.2 | 2.1 |
| Autodécharge (%) | 0.35–2.5 | 13.9–70.6 | 10 | 3–20 |
| Densité énergétique (Wh/kg) | 100–265 | 60–120 | 40–60 | 30–40 |
| Densité de puissance (W / kg) | 250–340 | 250–1000 | 150 | 180 |
| Durée de vie du cycle | 400–1200 | 180-2000 | 2000 | <1000 |
| Coût (USD/Wh) | 0.9361 | 0.8546 | 2.6778 | 0.69750 |
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