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Voiture électrique : les défis des batteries

octobre 2010

Avec le développement des véhicules hybrides et électriques, la problématique du stockage de l’électricité dans les batteries devient prioritaire. Et nécessite, pour s'imposer économiquement sur le long terme, des innovations de rupture.

Valérie Sauvant-Moynot, chef du département Électrochimie et matériaux, et Julien Bernard, chef de projet "batterie", expliquent les activités d'IFP Energies nouvelles dans le domaine des batteries.

Valérie Sauvant-Moynod
  • Quelles sont les recherches d'IFP Energies nouvelles dans le domaine des batteries ?

V-SM : Nous travaillons aussi bien sur les accumulateurs capables d’emmagasiner de grandes quantités d’énergie, comme les batteries nickel métal-hydrure ou lithium-ion, que sur les supercapacités qui offrent plus de puissance. Ces études sont réalisées dans le cadre de projets de véhicules démonstrateurs hybrides et électriques, des véhicules prototypes qui permettent de tester et valider des technologies innovantes.
 L'objectif de nos travaux est double : développer des modèles capables de décrire les phénomènes électrochimiques et thermiques en œuvre dans des batteries, pouvant être intégrés dans des plates-formes de simulation pour dimensionner l'architecture du véhicule, et améliorer le diagnostic en temps réel de l'état de charge des batteries.

  • Pourquoi faut-il bien estimer l'état de charge et de santé des batteries ?

V-SM : Dans les véhicules hybrides, la batterie assure le stockage intermittent et réversible de l'énergie. Pour en optimiser la gestion, il est primordial de connaître, précisément et à chaque instant, l’état de réserve d'énergie de la batterie, ce qu’on appelle "l’état de charge", et d’en tirer parti de manière à préserver au maximum la "santé" de la batterie, autrement dit sa durée de vie. Or aujourd'hui, il est difficile d'obtenir en temps réel une estimation fiable de ces deux paramètres. Cela amène les constructeurs à prendre de grandes marges de sécurité en réduisant la plage de fonctionnement des batteries. Si le système embarqué chargé de surveiller ces paramètres (BMS) était plus précis, il serait possible de rouler plus longtemps, de réduire la taille de la batterie - qui est aujourd’hui surdimensionnée -, de la changer moins fréquemment, et donc de réduire les coûts.

Kangoo Flex Hybrid (véhicule laboratoire en motorisation hybride)

Flex Hybrid, véhicule laboratoire en motorisation hybride essence-électrique rechargeable
  

  • Avez-vous obtenu des résultats dans ce domaine ?

V-SM : En interne, puis dans le cadre du projet ANR (Agence nationale de la recherche) ALIDISSI que nous avons conduit en 2008-2009 aux côtés du CEA, du CNRS et de la société M², nous avons mis au point une méthode de diagnostic embarqué basée sur une mesure de l’impédance électrique. Il s’agit d’appliquer un courant sur la batterie puis de relever la tension afin d’en déduire cette grandeur, qui s’avère un indicateur précis et fiable de son état de charge et de santé. Déjà validés en laboratoire, ces travaux pourraient bientôt déboucher sur un capteur prototype.
  

Julien Bernard

  • Un autre problème est le vieillissement des batteries...

J-B : En effet. Nous étudions ce phénomène dans le cadre de projets de recherche ANR. Il s'agit de simuler, sur des bancs d'essai, le vieillissement des batteries pour véhicules hybrides en reproduisant de manière accélérée les phases de fonctionnement, et en particulier celles correspondant à l'accélération et au freinage du véhicule. Puis, d'intégrer ces données dans des modèles qui permettent de prédire la durée de vie de ces composants dans des conditions réelles d'utilisation. Nous prenons également en compte les phases d'immobilisation de la batterie au cours desquelles celle-ci subit une dégradation.
  

  • Citez-nous des exemples de projets de véhicules démonstrateurs...

V-SM : Le projet ELLISUP du fonds démonstrateur ADEME (Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie), piloté par Irisbus-Iveco, vise par exemple à réaliser d’ici 2012 un bus prototype de 12 mètres tout électrique. Nous y contribuons sur plusieurs points : la caractérisation d'éléments de batterie, la modélisation thermique du pack et le dimensionnement du système de refroidissement, et enfin le développement des algorithmes de contrôle.
 J-B : Nous travaillons aussi sur le projet HYDOLE piloté par PSA Peugeot Citroën. Ce véhicule est destiné à fonctionner en électrique durant la semaine, au moment où les conducteurs se rendent à leur travail, mais fait appel au mode hybride ou thermique le reste du temps, notamment durant les week-ends. Avec le CEA et EDF, nous comparons plusieurs technologies de batteries en les soumettant, sur des bancs d’essais, à différents tests de fonctionnement et de vieillissement.

+ Les clés pour comprendre > Automobile et carburants
+ Les grands débats > Quel avenir pour l’automobile ?
+ Axes de recherche > Transports innovants
+ Dossier "Le véhicule décarboné : les solutions d'IFP Energies nouvelles" (Juin 2009)
+ Zoom sur "Les véhicules électrifiés" (Août 2009)
+ Actualités > "Batteries automobiles : projet SuperLIB" (Janvier 2012)

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