Technique : batterie Li-ion

Technique : batterie Li-ion

Guillaume Darding - 17 mars 2021

Les batteries Li-ion influencent directement les prestations offertes par un véhicule électrique dont leur puissance, leur masse, leur autonomie et leur temps de charge, sans oublier que le coût des batteries pèsent significativement dans le prix total d'un véhicule neuf. Aussi, il est important d'optimiser chaque aspect de la batterie pour en garantir la performance et la longévité.

Constitution d'une batterie

Une batterie est constituée de multiples cellules reliées entre elles pour fournir une grande quantité d'énergie. Chaque cellule est composée de 4 élements principaux :

  • la cathode
  • l'anode
  • l'électrolyte
  • le séparateur

Le lithium (ou plutôt l'oxyde de lithium, le lithium pur étant un élement instable), est le matériau favorisé pour la constitution des batteries car il présente la meilleure densité énergétique (rapport entre la capacité énergétique et la masse) grâce à son potentiel électrique élevé.

Extraction du lithium

Principe de fonctionnement

Le fonctionnement d'une cellule est lié à des phénomènes électrochimiques : des réactions chimiques au sein des cellules permettent de générer de l'électricité.

Principaux élements d'une cellule li-ion

Lorsque la cellule est complètement chargée, le lithium, sous forme ionique, est stocké dans une structure d'accueil du côté de l'anode. Lorsqu'il y a une demande en électricité, le lithium est oxydé et relâche des électrons. Le lithium circule vers l'autre électrode (la cathode) à travers l'électrolyte tandis que les électrons empruntent le circuit électrique pour alimenter les différents organes.

Lorsque le lithium atteint la cathode, celui-ci réagit avec la matière active de la cathode et les électrons qui ont parcouru le circuit électrique pour y être stocké (réduction). Lors de la charge de la batterie, ce sont les réactions inverses qui se produisent pour déplacer les ions lithium vers l'anode en graphite.

Réactions chimiques cellules li-ion

Les électrons sont introduits de l'électrode vers le circuit électrique (et vice-versa) à l'aide d'un collecteur de courant en cuivre (à l'anode) ou en aluminium (côté cathode).

Note : dans cet article, l'anode est systématiquement rattachée à l'électrode négative (-) et la cathode à l'électrode positive (+), ce qui est vrai lorsque la batterie se décharge, mais qui est un abus de langage lors de la recharge. Pour une batterie, l'anode est normalement le siège de l'oxydation et la cathode le siège de la réduction.

Formats de cellule

Il existe 3 formats de cellules :

  • les cellules cylindriques, similaires à la forme d'une pile classique
  • les cellules prismatiques
  • les cellules pouch (ou cellule "poches")

Dans l'industrie automobile, les cellules cylindriques sont essentiellement utilisées par Tesla, les cellules prismatiques par BMW (et Tesla pour ses batteries LFP) tandis que les autres constructeurs ont généralement recours aux cellules pouch.

type de cellules li-ion pour les batteries de véhicules électriques

Les cellules cylindriques sont le format dont le processus de fabrication est le mieux maitrîsé car le plus ancien. En revanche, la petite taille de ces cellules limite leur capacité et il en faut un nombre très important pour constituer la batterie d'un véhicule électrique.

Les cellules pouch offrent une meilleure gestion de l'espace grâce à leur forme de parallépipède rectangle et à leur fines parois en aluminium souple. Ce type de cellule est le plus couramment utilisé pour la fabrication des batteries des véhicules électriques.

Les cellules pouch ont une capacité énergétique bien plus importantes que les cellules cylindriques de par leur taille. Néanmoins, comme il y peu d'espace entre les cellules, il est plus complexe de gérer la température de chaque cellule. Enfin, à cause de leurs parois fines, elles sont plus sujettes au gonflement. A cet effet, il est préférable de disposer les cellules à la verticale côte à côte plutôt que de les empiler horizontalement.

Les cellules prismatiques sont similaires, dans leur forme, aux cellules pouch. Néanmoins, dans le cas des cellules pouch, les électrodes sont planes tandis qu'elles sont pliées une ou plusieurs fois dans une cellule prismatique. Ces dernières ont des parois rigides, ce qui empêche la dilatation des cellules, mais c'est au prix d'une capacité énergétique plus faible que les cellules pouch du fait des parois plus épaisses.

Constitution des différents types de cellules li-ion pour véhicules électriques

Unités et caractéristiques

La tension d'une batterie est exprimée en volt (V) tandis que l'intensité du courant est exprimée en ampère (A). La tension d'une cellule est déterminée par la différence de potentiel électrique entre l'anode et la cathode. La puissance de charge est exprimée en watt (W) : elle est le produit de la tension de la borne de recharge et de l'intensité du courant qui l'alimente.

La capacité énergétique de la batterie est exprimée en kilowatt-heure (kWh) : cette valeur représente la quantité d'énergie disponible dans la batterie et détermine l'autonomie d'un véhicule électrique. Ce nombre correspond à la puissance que peut délivrer la batterie pendant une heure.

La capacité de charge d'une batterie est communément exprimée en ampère-heure (Ah), bien que l'unité officiel du système international soit le coulomb (C). Cette donnée détermine l'intensité maximum utilisable pour recharger la batterie.

La densité énergétique (Wh/kg) représente la quantité d'énergie disponible dans la batterie divisée par la masse de la batterie.

Citroën e-C4 - vue du moteur et de la batterie

La durée de charge d'une batterie est géneralement exprimée selon 2 critères :

  • charge lente (en courant alternatif) : durée, en heures, pour charger la batterie de 0% à 100% en précisant la puissance de charge
  • charge rapide (en courant continu) : durée, en minutes, pour charger la batterie de 0% (ou 20%) à 80%

Le niveau de charge d'une batterie (souvent appelé SoC de l'anglais State of Charge) est exprimé en pourcentage (%).

Arrangement des cellules

Comme une seule cellule n'est pas suffisante pour fournir la tension et la capacité nécessaires pour animer un véhicule, les cellules doivent être organisées à l'aide de montages en série et en parallèle.

Selon les lois régissant les propriétés des circuits :

  • La mise en série des cellules permet d'augmenter la tension de la batterie
  • La mise en parallèle des cellules permet d'augmenter l'intensité du courant

circuits de montage en série / en parallèle des cellules li-ion

Dans l'exemple ci-dessus, les cellules sont agencées selon le schéma 4S3P, c'est-à-dire 4 groupes en série (4S) de chacun 3 cellules en parallèle (3P).

Exemples : Tesla Model 3 & Audi e-tron quattro

La batterie de la Tesla Model 3 Grande Autonomie (et Performance) est divisée en 4 modules rectangulaires logés sous l'habitacle. Au centre sont logés 2 modules de 25 groupes et 2 modules de 23 groupes de chaque côté, chaque groupe étant constitué de respectivement de 46 cellules en parallèle. Les modules et les groupes de cellules sont reliés en série entre eux.

La batterie de la Model 3 Grande Autonomie est constituée d'un total de 4.416 cellules de type 2170. Les cellules 2170 sont des cellules cylindriques de 21 mm de diamètre et d'une hauteur de 70 mm. Chaque cellule a une capacité utilisable de 4,65 Ah et une tension usuelle de 3,65 V.

Au total, il y a donc 96 groupes de cellules montées en série (2x25 + 2x23), ce qui permet d'obtenir une tension de 350 V. La capacité de la batterie est de 74,9 kWh.

Tesla Model 3 - vue de trois quart avant

La batterie de l'Audi e-tron quattro est constituée de cellules de type pouch. Chaque cellule a une tension de 3.67 V et une capacité de 60 Ah.

Les cellules sont organisées en 36 modules reliés en série. Chaque module est constitué de 3 groupes eux-mêmes reliés en série. Chaque groupe comprend 4 cellules reliées en parallèle (55 quattro), 3 dans le cas de la version 50 quattro.

La tension de la batterie est donc de 396 V (36 x 3 x 3,67) et la capacité de 95 kWh (55 quattro) ou 71,2 kWh (50 quattro). La version 55 compte 432 cellules pouch contre 324 pour la version 50.

Audi e-tron 55 sportback quattro devant un téléphérique

Cathode

Pour les véhicules électriques, trois types de cathodes sont généralement utilisées :

  • les cathodes NMC (Nickel-Manganèse-Cobalt) utilisées par tous les constructeurs sauf Tesla
  • les cathodes NCA (Nickel-Cobalt-Aluminium) utilisées dans toutes les Tesla sauf la Model 3 Autonomie Standard Plus 2021 produite en Chine
  • les cathodes LFP (Lithium-Fer-Phosphate) utilisées dans les Tesla Model 3 Autonomie Standard Plus 2021 produites en Chine

Vue des moteurs et de la batterie - Mercedes EQC

Les cathodes NMC sont utilisées dans la plupart des véhicules car elles offrent le meilleur compromis possible entre coût, densité énergétique et sécurite. Les cathodes NCA utilisées par Tesla sont moins coûteuses (car elles utilisent moins de cobalt) et ont une meilleure densité énergétique. Toutefois, les cathodes NCA demandent une gestion de la température plus fine de la batterie car les cathodes NCA se dégradent à partir d'une température plus faible que les cathodes NMC.

Les cathodes LFP permettent de se passer complètement de cobalt, mais c'est au prix d'une densité énergétique plus faible. Le prix des cellulles LFP reste comparable aux autres types de cellule. Parmi les autres avantages, la dégradation de la capacité est moindre et les cellules LFP sont moins sensibles aux phénomènes de surtension.

En revanche, le taux d'auto-décharge est un peu plus marqué dans le cas des cellules LFP, ce qui peut générer, à terme, des déséquilibres importants de cellule à cellule. Pour éviter cela, il convient de charger plus régulièrement son véhicule à 100% afin que le système de gestion de la batterie procède régulièrement à un équilibrage des cellules.

Tesla Model 3 restylée rouge

Utilisation du cobalt

Les constructeurs cherchent à minimiser l'emploi de cobalt dans les batteries, voire à le supprimer. Outre son prix élevé et volatile, l'extraction du cobalt, majoritairement issu de la République Démocratique du Congo (60% environ de la production mondiale) est largement contreversée. Le nickel, deux fois moins cher, se substitue généralement au cobalt.

Les premières cellules Li-ion utilisaient des cathodes NMC 111 (chaque chiffre représentant la proportion de chacun des 3 métaux) composées de 33% de nickel, 33% de manganèse et 33% de cobalt. La norme se base désormais sur des cathodes NMC 622 (60% de nickel, 20% de manganèse et 20% de cobalt).

A court terme, la part de cobalt devrait encore être réduite pour se limiter à 10% du contenu de la cathode (NMC 811), voire inexistante (cathode LFP). Concernant la cathode NCA utilisée par Tesla, cette dernière contient environ 15% de cobalt.

Peugeot e-208 en train de charger sa batterie

Anode

L'anode, généralement en graphite, a pour rôle d'accueillir les ions de lithium lorsque la batterie est chargée. Lorsque le circuit électrique nécessite de la puissance, un électron se sépare d'un ion lithium tandis que l'ion lithium va trouver refuge dans la cathode. 

Dans un futur proche, les anodes pourraient faire appel au silicium et/ou au graphène. Ces 2 matériaux ont d'excellentes qualités de stockage, ce qui permet d'augmenter la densité énergétique des cellules. De plus, le silicium est un matériau très présent sur terre et peu onéreux. En revanche, une fois chargé en lithium, il se dilate fortement, ce qui génère de fortes pressions au sein de la cellule au point de mettre en péril sa durabilité : c'est pour cette raison que le silicium n'est pas encore utilisé sur un véhicule de série.

Actuellement, certaines anodes sont légèrement enrichies en silicium (Tesla Model 3) : un bon compromis qui permet d'améliorer sensiblement la densité énergique sans remettre en cause la fiabilité de la cellule.

Production de la batterie de l'Audi e-tron 55 quattro

Electrolyte

L'anode et la cathode baignent dans l'électrolyte, un liquide (ou un gel) qui facilite le transport des ions d'une électrode à l'autre (haute conductivité ionique). L'électrolyte est constitué de sels de lithium et de solvants. Les cristaux de sels permettent de transporter les ions. Les solvants permettent de dissoudre le sel au sein de l'électrolyte dans une solution homogène. La composition de l'électrolyte est essentielle pour assurer un transport rapide des ions de l'anode vers la cathode et vice-versa. La viscosité doit rester suffisamment stable sur l'ensemble de la plage de température de fonctionnement de la batterie.

Séparateur

Le séparateur est une barrière physique entre l'anode et la cathode. Il ne laisse passer que les ions et bloque les électrons. Il s'agit généralement d'un film plastique fin microperforé (les trous étant d'un diamètre de l'ordre de 0,1 micron).

Honda e 2020

Masse et emplacement de la batterie

Pour une batterie de 50 kWh, la masse totale des cellules (hors systèmes de gestion de la batterie et protection contre les chocs) est de l'ordre de 230 kg, la masse de lithium est de l'ordre de 8 kg, la masse de nickel est de l'ordre de 18 kg, la masse de manganèse représente environ 6 kg tandis que la masse de cobalt est d'environ 6 kg (considérant une cathode de type NMC 622).

La batterie étant un élement très lourd, il est indispensable de la positionner au plus bas dans le véhicule et le plus au centre possible : sa place logique se trouve donc entre les 4 roues du véhicule sous les passagers. Néamoins, cela suppose de repenser le châssis du véhicule pour trouver le bon compromis entre capacité de la batterie et espace disponible.

Emplacement de la batterie - dégagement pour les pieds des passagers arrière - Audi e-tron GT quattro

Pour les premières générations de véhicules électriques (comme l'e-Golf), les véhicules étaient pensés pour des moteurs à combustion : les batteries étaient positionnées dans le tunnel de transmission et dans le coffre. Toutefois, l'espace disponible est limité et nécessite généralement de rogner sur le volume du coffre : la capacité des batteries reste limitée et la forme complexe de la batterie complique le refroidissement homogène de cette dernière.

Les générations actuelles des véhicules électriques ont été conçues dès le départ pour tenir compte des spécificités du mode de propulsion électrique (à l'exception notable de la Peugeot e-208 dont la plateforme a été conçue pour accueillir aussi bien des moteurs à combustion que des moteurs électriques).

Comparaison emplacement batterie entre Volkswagen e-Golf et ID.3

Ainsi, la Volkswagen ID.3, qui a succédé à l'e-Golf dans la gamme électrique du constructeur allemand, s'appuie sur une plateforme spécifique (dénommée MEB) et propose, sensiblement dans le même encombrement que la e-Golf, une bien meilleure capacité (doublée dans le cas de la batterie de 77 kWh), une bien meilleure habitabilité (notamment pour les passagers arrière), tout en proposant un coffre de taille similaire à celle d'une Golf à moteur thermique.

Gestion de la charge

Les batteries Li-ion sont rechargées selon la stragégie CC-CV et cette méthode comporte 3 phases :

  • Pré-charge
  • CC (Constant Current)
  • CV (Constant Voltage)

Illustration stratégie de charge CC-CV batterie Li-ion véhicules électriques

La phase de pré-charge consiste à charger la batterie à faible intensité pour la préchauffer (si la température des cellules est trop faible) ou abaisser la température des cellules (après une forte sollicitation du véhicule).  Dans certains véhicules, lorsque le conducteur programme son itinéraire à l'aide de son système de navigation et que l'itinéraire prévoit un arrêt-recharge, le véhicule déclenche automatiquement le conditionnement de la batterie quelques kilomètres avant d'atteindre la borne, ceci afin de réduire la durée de la phase de pré-charge.

La phase CC est la phase où la puissance de charge est la plus élevée. La tension des cellules monte graduellement et l'intensité du courant est maximum (elle est fonction de la capacité des batteries et de la température).

Cette première phase prend fin lorsque les cellules atteignent leur tension nominale. A cet instant, le processus de charge bascule en mode CV : l'intensité est fortement réduite pour que la tension de la cellule n'augmente plus. La charge s'interrompt lorsque l'intensité devient très faible (environ 5% de l'intensité nominale).

Puissance et durée de charge en fonction du niveau de charge de la batterie

Au fur et à mesure de la charge, les ions lithium s'accumulent dans l'anode et plus le niveau de charge de la batterie est élevé, moins il y a de sites d'insertion disponibles pour l'intercalation du lithium avec le graphite et les électrons. Aussi, ce phénomène augmente la résistance interne de la cellule et, à courant constant, la tension de la cellule augmente.

Circulation des ions lithium entre la cathode et l'anode durant la charge et la décharge - batterie Li-ion pour véhicule électrique

Il faut veiller à ne pas dépasser la tension nominale de la cellule car, lorsque la tension est légèrement plus élevée que cette tension nominale (de l'ordre de 0,1 V environ), le lithium aura plus d'affinité à se recombiner avec un électron plutôt qu'avec le graphite de l'anode. Dans ce cas, le lithium prend une forme métallique et génère une couche autour de l'anode (lithium plating), empêchant les ions lithium d'atteindre les pores de l'anode.

D'autre part, en s'accumulant dans l'électrolyte sous forme métallique, le lithium peut former des dendrites suffisamment épaisses pouvant endommager le séparateur. Dans ce cas de figure, l'anode et la cathode sont en contact direct (court-circuit), ce qui amène à l'emballement thermique de la cellule et à un risque d'incendie.

Dacia Spring en charge

Equilibrage des cellules

Les caractéristiques (impédance et niveau de charge en particulier) varient légèrement de cellule à cellule et il se peut que la charge soit considérée complète parce qu'un groupe de cellule a déjà atteint son niveau de charge maximum tandis que les autres groupes de cellules n'ont pas été complètement rechargés. Pour éviter cela, le système de gestion de la batterie initie un équilibrage des cellules en augmentant la résistance des cellules complètement rechargées pour favoriser la circulation du courant dans les cellules ayant un niveau de charge plus faible.

Cet équilibrage a lieu lorsque le niveau de charge est de l'ordre de 95 % et se déclenche lorsque tous les consommateurs électriques sont éteints (système multimédia éteint et climatisation coupée, par exemple).

Renault Twingo électrique en charge

Estimation du niveau de charge

La tension aux bornes de la batterie étant relativement stable dans la zone de fonctionnement de la batterie (entre 5% de niveau de charge et 95%), l'estimation du niveau de charge s'appuyant sur la tension de la batterie serait très approximatif.

Aussi, pour mesurer le niveau de charge de la batterie, la méthode la plus couramment utilisée est le comptage de Coulomb. Cette méthode consiste à mesurer la quantité d'électricité qui entre et qui sort de la batterie. La mesure du niveau de charge de la batterie est ainsi beaucoup plus fiable. Néanmoins, il peut y avoir des dérives et utilisée telle quelle, le niveau de charge peut être erronné après quelques semaines avec une différence pouvant dépasser 10%, notamment du fait de l'auto-décharge.

Pour éviter cela, l'algorithme d'estimation du niveau de charge est donc bien plus complexe et diffère selon les constructeurs. En règle générale, une fonction d'auto-apprentissage (basée sur le kilométrage parcouru et la quantité d'énergie consommée ainsi que sur le temps de charge) permet d'éviter les dérives de l'estimation du niveau de charge. L'équilibrage des cellules aide aussi à l'amélioration de cette estimation.

Ecran central - niveau de charge - Porsche Taycan

Système de gestion de la batterie

Le BMS (Battery Management System) joue un rôle capital de manière à éviter une usure précoce des cellules et un disfonctionnement sévère de la batterie (risque d'incendie). A cet effet, le système de gestion de la batterie tient compte d'une multitude de paramètres tels que :

  • la quantité d'énergie reçue
  • la quantité d'énergie distribuée
  • la température des cellules / groupes / modules
  • la température extérieure
  • la température du liquide de refroidissement (le cas échéant)
  • la tension des cellules / groupes / modules

En règle générale, il y a un BMS maître et plusieurs BMS esclaves (un par groupe ou par module gestion décentralisée). Dans certains cas, la batterie est gérée par un seul BMS (gestion centralisée).

Vue éclatée batterie Audi e-tron Sportback 55 quattro

Boîtier de raccordement

Le boîtier de raccordement (autrement appelé Battery Junction Box - BJB) a pour fonction de relier la batterie aux autres composants électriques. Le boîtier de raccordement reçoit de l'énergie des organes suivants :

  • chargeur intégré (lorsque le véhicule est chargé en courant alternatif)
  • alimentation directe (lorsque le véhicule est alimenté en courant continu - charge rapides)

D'autre part, il va distribuer l'énergie :

  • au(x) moteur(s)
  • au convertisseur de courant DC/DC (courant continu / courant continu) de manière à alimenter la batterie 12V (servant à l'alimentation des accessoires du véhicules - systèmes multimédia, essuie-glaces, éclairage, etc.)

Vue détaillée batterie Audi e-tron GT quattro

En interne, le boîtier de raccordement va diriger l'énergie vers le BMS qui va ensuite distribuer cette dernière vers les modules / groupes de cellules / cellules.

Gestion de la température

La gestion de la température au sein des batteries Li-ion est primordiale, à la fois pour recharger la batterie à forte puissance et pour délivrer la quantité d'énergie nécessaire pour alimenter le moteur. La température idéale de fonctionnement d'une cellule est de l'ordre de 25 °C. Dans une fenêtre de plus ou moins 15 °C par rapport à la température optimale, les cellules conservent d'excellentes performances.

Risques liés à la température des cellules li-ion pour les batteries des véhicules électriques

Lorsque la température à l'intérieur des cellule est faible, la diffusion des ions lithium à travers l'électrolyte est lente (la résistance de la cellule est élevée) : le risque de surtension est donc élevé, ce qui favorise la formation de lithium métallique et de dendrites. Si un courant de forte intensité est maintenu dans ces conditions, paradoxalement, la température au sein de la cellule va aussi s'élever significativement.

Lorsque la température de la cellule augmente au-delà de 70 °C, le revêtement de l'anode (SEI - Solid Electrode Interphase) grossit significativement, devient plus poreux et instable. Le revêtement peut alors piéger du lithium et ne plus le relâcher, ce qui est la cause principale de la perte de capacité d'une cellule.

Enfin, lorsque la température augmente de manière incontrôlée au-dela de 150 °C environ, l'électrolyte se décompose jusqu'à relâcher des gaz nocifs et l'expansion significative de l'anode conduit à une pression importante au sein de la cellule. Ces phénomènes conduisent à l'incendie de la batterie.

Emballement thermique d'une cellule Li-ion - risque d'incendie batterie véhicule électrique

Le refroidissement de la batterie peut se faire par circulation d'air ou par circulation de liquide de refroidissement. Les batteries refroidies par air sont la solution la plus simple et la plus légère. C'est d'ailleurs pour cette raison que Volkswagen, pour établir son record de la course de côte de Pikes Peak avec l'I.D. R en moins de 8 minutes, a choisi cette technique. Parmi les véhicules de production, la Renault Zoé et la Nissan Leaf font appel à cette technologie.

La majeure partie des véhicules électriques fait plutôt confiance à un refroidissement par liquide, le liquide circulant à travers les cellules et les groupes de cellules pour évacuer plus efficacement la chaleur.

Enfin, pour limiter l'augmentation de température, il peut être intéressant de réduire l'intensité du courant en augmentant la tension de la batterie, comme pour la Porsche Taycan (et sa cousine Audi e-tron GT quattro) dont la tension de la batterie atteint 800 V.

Les 10 derniers commentaires sur le sujet (voir les 25 commentaires):

pjmdur

15 août 2021 à 08h45

re Bonjour,

J'ai une question complémentaire a propos du système de climatisation de l'habitacle chaud et froid des PHEV HY 225 Peugeot.

Tout n'est il pas lié avec la régulation de température de tout le système onduleur, eEAT8, etc...

Il y a une interrogation l'hiver par exemple si le chauffage est en relation avec d'autres éléments qui produisent de la chaleur, et idem l'été avec la PAC qui sert à plusieurs éléments.

Il est intéressant pour des questions d'autonomie, forcément réduite sur les PHEV, de bien comprendre comment tout cet ensemble fonctionne

Je n'ai trouvé aucune info sur la gestion de la température de l'ensemble des éléments incluant l'habitacle.
Guillaume Darding [administrateur]

16 août 2021 à 00h21

Bonjour pjmdur,

à ma connaissance, tout l'ensemble de la chaîne de traction électrique est refroidie par eau, ce qui inclus le(s) moteur(s) électrique(s), la batterie et l'électronique de puissance.
Je ne connais pas la stratégie de Peugeot dans les détails, mais je peux estimer qu'il y a 3 circuits de refroidissements distincts : un pour gérer la température du moteur thermique, un deuxième pour gérer la température du moteur électrique / boîte de vitesses (+ la température du moteur électrique à l'arrière dans le cas des versions hybrid 4) et un troisième pour contrôler la température de la batterie et de l'électronique de puissance.

Le déclenchement du ventilateur permet de favoriser les échanges de calories (et donc la baisse de température du liquide de refroidissement) entre l'air et le liquide de refroidissement dans les radiateurs situés à l'avant du véhicule. Il est attendu que les ventilateurs se déclenchent plus souvent par temps très chaud car la température optimale du liquide gérant la batterie est de l'ordre de 25 °C (contre 90 °C dans le cas du liquide de refroidissement dédié au moteur thermique).

Concernant la climatisation et le chauffage, tout est alimenté par la batterie. Je n'en ai pas confirmation, mais le liquide de refroidissement gérant le moteur thermique, lorsque celui-ci est en fonction, pourrait venir suppléer le système pour diminuer la puissance du chauffage électrique et limiter la consommation électrique.
pjmdur

17 août 2021 à 08h48

Merci Guillaume,

C'est juste une petite requête si c'était possible, un article décrivant le fonctionnement détaillé du système de gestion des températures des différents éléments pourrait être très intéressant.
La configuration moteur PSA PHEV HY225 se retrouve sur plusieurs modèles, 3008, C5 Aircross, Opel, DS7 et maintenant les nouvelles 308.
C'est de très loin la configuration la plus vendue en France(30% des 3008 par exemple), les utilisateurs sont à chaque fois un peu perdus avec les variations d'autonomie.

Bonne continuation avec vos excellents articles.
pjmdur

19 août 2021 à 10h25

Bonjour,

Dans l'esprit d'une meilleure compréhension de la solution de recharge de la batterie des PHEV 225CV PSA, j'observe que la charge travaille à courant sensiblement constant jusqu'au maxi.
J'ai in Linky triphasé avec une phase dédiée à la charge, il est donc aisé de suivre la puissance débitée sur la phase en question.
Par rapport à d'autres constructeurs comme FORD sur son Kuga PHEV où l'utilisateur peut régler la charge maxi, 85% par exemple, chez PSA, c'est automatique avec ce qu'il me semble être un talon haut limitant le pourcentage de charge.
Le truc bizarre est que ce talon haut est de taille variable avec la température.
Sous température été, ce talon diminue.
Ou vérifie ce comportement avec le mode régénération qui fonctionne d'une façon variable vs température en partant d'une charge à 100%.
Par temps plus froid, il fonctionne immédiatement, alors que par temps plus chaud il faut quelques kilomètres avant qu'il se mette en action.
Tout cela est bien complexe à comprendre.
Guillaume Darding [administrateur]

19 août 2021 à 22h58

Bonjour pjmdur, je prends note de votre suggestion d'article qui est très pertinente. Pour le moment, je ne dispose pas de suffisamment d'éléments pour en faire un article, mais si l'occasion se présente, je ne la manquerai pas.

Concernant la capacité de charge, plus la température de la batterie est plus faible, plus le taux de charge doit être réduit prématurément sur la fin de charge pour éviter un échauffement anormal de la batterie. Or, la charge est stoppée lorsque le taux de charge est en-deça d'un certain seuil : on considère alors que la batterie est pleine. Ce seuil est donc plus rapidement atteint lorsque la batterie est froide.

Aussi, ceci a pour conséquence que la batterie n'est pas rechargée à sa pleine capacité (il reste en réalité quelques pourcents), ce qui permet de recharger directement la batterie via le freinage régénératif, ce qui n'est pas possible lorsque la batterie est "vraiment" pleine.
pjmdur

22 août 2021 à 07h57

Bonjour,

C'est une réponse qui éclaire effectivement le comportement de la batterie bien qu'il y ait une incohérence apparente entre le fait que la température soit plus froide entraine un échauffement supérieur.
Mais effectivement, à la relecture de vos dessins, on observe que la température de formation de lithium métallique arrive très vite à partir de 10°C, ce qui n'est pas très bas.
On a donc si c'est possible intérêt de recharger sous abri dans un garage qui est rarement en dessous de 15°C.

Merci encore, tout finit par s'éclairer.

Cordialement.
pjmdur

22 août 2021 à 08h07

RE Il y a une seconde incohérence apparente sur le fait que le système de régénération fonctionne immédiatement par temps plus froid.
Cela semble anormal puisque cette température limite de niveau de charge.
Est-ce du au fait que la batterie si sollicitée se réchauffe immédiatement ou qu'il y a un système de réchauffement de la batterie qui se met en action immédiatement?
Cela ferait suite à mon questionnement sur la gestion de la température des éléments batterie, etc...
J'ignore si chez PSA il y a un système de réchauffement de la batterie à base de PTC?
Guillaume Darding [administrateur]

29 août 2021 à 18h04

Bonjour pjmdur,

l'échauffement est dû au fait qu'à basse température, il y a plus de resistance pour faire circuler les ions. D'autre part, l'échauffement n'est pas forcément généralisé : certaines cellules vont devenir très (trop) chaude tandis que la température globale de la batterie restera modérée.

Lorsque la voiture est mise en route, la batterie va s'échauffer pour délivrer du courant, suffisamment pour permettre la recharge par le freinage régénératif assez rapidement.

Je n'ai pas tous les détails concernant le groupe hybride Stellantis, mais la logique voudrait qu'il y ait des chauffages PTC pour réchauffer la batterie.
pjmdur

02 septembre 2021 à 09h25

Merci Guillaume pour vos explications.

Sur les PHEV, la gestion de la batterie, modeste par nature, semble plus complexe car le choix de la configuration cinématique électrique/thermique doit être prise en compte.
J'observe que la philosophie de PSA alias Stellantis est de proposer une utilisation la plus simple possible à utiliser, quitte à ce que l'utilisateur comprenne pas toujours les variations d'autonomie puisque l'historique de l'utilisation est aussi prise en compte.
J'observe que certains constructeurs de même type de véhicule proposent de limiter le pourcentage de charge ou le taux de régénération; pas toujours simple à gérer.

Cordialement.
Guillaume Darding [administrateur]

04 septembre 2021 à 23h58

Bonjour pjmdur, c'est effectivement une question de choix selon les constructeurs. On le voit déjà sur un véhicule purement électrique avec le freinage régénératif : selon les cas, il va être puissant, aller jusqu'à l'arrêt du véhicule et immobiliser le véhicule. Pour d'autre, on peut régler la force du freinage, facilement (bouton ou levier de vitesses), pour d'autres, il va falloir aller chercher dans les menus (on ne peut donc pas l'ajuster en cours de trajet).
Pour les PHEV, c'est encore plus compliqué, on peut avoir tellement de modes de fonctionnement possibles et de possibilités de recharge... Il n'y a pas de stratégie parfaite !

Concernant la recharge des PHEV, la logique voudrait quand même de recharger la batterie systématiquement à 100%, ce n'est pas la même logique qu'un VE où il est important de minimiser le niveau de charge de la batterie pour aller chercher les fortes puissance de charge (et diminuer le temps de charge).

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Guillaume Darding à propos de l'article «Dossier: utilisation du superéthanol E85»

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Bonjour à tous, @Purmok oui, c'est possible en théorie de monter un boîtier éthanol sur un véhicule bicarburation essence/GPL. D'ailleurs, un fabricant de boîtier le fait des véhicules (quasi-)neufs : Borel. A titre personnel, je ne suis pas favorable à ce type de configuration car cela à un coût qu'il va être difficile d'amortir (le véhicule fonctionnant déjà au GPL, cela ne sera pas beaucoup plus économique de rouler avec l'E85, d'où un amortissement bien plus long que si on compare par rapport à un véhicule essence). D'autre part, si on roule régulièrement au GPL, on utilisera moins le carburant contenu dans le réservoir d'essence et, dans un cas extrême, on pourrait se retrouver en plein hiver avec de l'E85 en spécification été, ce qui peut compliquer le démarrage du véhicule dans ces conditions. @Medhi Il n'y a pas vraiment de risque de fiabilité. Le plus gros risque, c'est que, si vous avez affaire à un boîtier de mauvaise qualité, le fonctionnement avec de l'E85 pourrait ne pas être optimal (démarrages difficiles, broutages lors des accélérations). Concernant le contrôle technique, il est recommandé, lorsque la carte grise n'est pas modifiée, de passer le contrôle avec un plein d'essence. Parfois, les valeurs de sonde lambda peuvent être faussées, ce qui peut amener à un refus.

Mehdi à propos de l'article «Dossier: utilisation du superéthanol E85»

Hier

Bonsoir. Je m'apprête à faire l'acquisition d'un véhicule d'occasion avec un boîtier éthanol non homologué. C'est une très bonne affaire, mais quel est le risque? Je m'explique : si j'enlève l'étiquette du boîtier (qui vaut 440 euros vérifié sur internet), aucune raison d'être embêté au contrôle technique? Ou faudra-t-il que je fasse un plein de sp98 avant le passage pour le contrôle pollution. C'est un Freelander V6 2.5L. Je ne sais pas quel est le risque et si je serais embêté plus tard. Je me dis qu'au pire je pourrais payer l'installation d'un kit dans 2 ans ou l'enlever pour le prochain CT. Merci d'avance pour vos conseils.

Djabou à propos de l'article «Présentation moteur: Volkswagen 1.5l TSI»

Avant-hier

Bonjour, Merci pour cet article très complet. Après presque 2 ans, qu'en est-il de la fiabilité de ce tsi 150 evo ? Merci

© Guillaume Darding

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