En 2010, lorsque la première génération de voitures électriques produites en série a commencé à arriver, j'ai eu l'impression que les constructeurs automobiles sapaient exprès les voitures électriques.
À l'époque, la plupart des constructeurs automobiles traditionnels ont décidé d'utiliser des cellules de batterie LMO avec une faible densité d'énergie et une durée de vie courte dans leurs voitures électriques. Le plus grand avantage de ces cellules de batterie sans cobalt était le coût inférieur, néanmoins les voitures électriques étaient vendues à un prix trois fois plus élevé que leurs homologues à essence. Seul Tesla a opté pour des cellules de batterie à haute densité d'énergie, qui à l'époque étaient disponibles sous la forme de cellules cylindriques NCA - principalement conçues pour les ordinateurs portables.
Avance rapide jusqu'à aujourd'hui, les constructeurs automobiles traditionnels produisent en fait des voitures électriques décentes, mais elles pourraient déjà être bien meilleures.
Dans cet article, je vais résumer certaines technologies déjà existantes qui rendront bientôt les véhicules électriques encore meilleurs.
Systèmes 800 volts
BYD e-Plateforme 3.0
Les systèmes 800 V, en particulier lorsqu'ils sont associés à une électronique de puissance à semi-conducteurs en carbure de silicium (SiC), améliorent considérablement les groupes motopropulseurs électriques, les rendant plus efficaces, plus petits, plus légers et moins chers.
Porsche, Hyundai et Kia produisent déjà des voitures électriques avec des systèmes électriques de 800 volts au lieu des 400 volts habituels. Cependant, BYD sera le premier constructeur automobile à proposer cette technologie dans des voitures électriques abordables avec le prochain BYD EA1.
Qu'est-ce qui rend les systèmes de 800 volts meilleurs que les 400 volts habituels ?
Les derniers résultats de la recherche sur les véhicules à batterie de 800 volts montrent que cela pourrait conduire à des moteurs plus petits, plus légers et plus respectueux de l'environnement . Les voitures utilisant ces groupes motopropulseurs pourraient également être rechargées plus rapidement et voyager plus loin avec une seule charge.
L'un de ces avantages est que les systèmes électriques de 800 volts permettent une plus grande rétention d'énergie, qui est normalement perdue par la chaleur générée pendant le processus de charge. Un système à tension plus élevée permet d'utiliser un courant plus faible lors de la charge de la batterie, ce qui réduit la surchauffe et permet une meilleure rétention de puissance dans le système. Cette puissance peut être utilisée pour une autonomie plus longue.
Les systèmes à haute tension offrent également un certain nombre d'avantages clés en matière d'économie de poids et de masse. La réduction du cuivre en fait partie. Les moteurs électriques sont beaucoup plus simples que les moteurs à combustion dans la construction et à leur base, ils ont un rotor, qui tourne en réponse à un champ magnétique rotatif créé par l'électricité de la batterie. Pour y parvenir, les systèmes électriques utilisent souvent jusqu'à quatre fois la quantité de cuivre trouvée dans les moteurs à combustion. L'utilisation de systèmes à haute tension peut entraîner une réduction significative de la quantité de cuivre utilisée dans les moteurs.
En plus de réduire le poids des moteurs, un système de 800 volts a l'avantage supplémentaire de réduire également leur masse. Étant donné que la tension plus élevée permet aux moteurs de fonctionner à des vitesses de 20 000 tr/min, bien plus du double de celles de leurs frères et sœurs de 400 volts, ils ont une meilleure densité de puissance. Cela signifie qu'ils convertissent la puissance électrique en puissance mécanique avec cette vitesse et non un couple élevé. "En général, la taille du moteur est définie par la capacité de couple", explique Bitsche, ce qui signifie que la suppression du couple de l'équation permet aux moteurs d'être beaucoup plus petits. Tellement, en fait, que les petits moteurs à grande vitesse peuvent peser aussi peu que 25 kilogrammes , avec pour résultat qu'ils réduisent le poids total d'un véhicule, lui permettant de voyager beaucoup plus loin avec une seule charge.
Passage aux systèmes 800 volts :pourquoi l'augmentation de la puissance du moteur pourrait être la clé de meilleures voitures électriques
En résumé, avec les systèmes de 800 volts, les voitures électriques bénéficieront de groupes motopropulseurs plus efficaces, plus légers, plus petits et moins chers.
Anodes en silicium
Tableau de charge de la batterie d'anode à dominante silicium d'Enevate
Au cours des dernières années, la technologie des batteries a évolué principalement en introduisant des améliorations aux cathodes, tandis que les anodes sont restées presque les mêmes. Cependant, la prochaine grande évolution de la technologie des batteries se produira avec le remplacement prochain des anodes en graphite par du silicium.
Les cellules de batterie avec des anodes en silicium sont plus denses en énergie et en puissance que leurs homologues en graphite. Cette technologie de batterie va de pair avec les systèmes de 800 volts, car les deux sont nécessaires pour que les voitures électriques atteignent des taux de charge extrêmement rapides.
De plus, les anodes en silicium peuvent également être utilisées dans les cellules de batterie avec des cathodes sans cobalt, telles que LFP (LiFePO4) comme Guoxuan l'a déjà démontré.
En résumé, avec des anodes en silicium, les cellules de batterie augmenteront leurs capacités et réduiront leurs temps de charge.
Piles sans cobalt
Comparaison des chimies des batteries par Tesla
Bientôt, les batteries sans cobalt deviendront la norme dans les voitures électriques, avec des cathodes LFP ou LNMO. Alors que les produits chimiques à haute teneur en nickel plus chers, tels que NCM 90, NCA 91 ou NCMA seront relégués à certaines niches, où il est important d'obtenir la plus grande portée.
Grâce aux batteries sans cobalt, les véhicules électriques pourront enfin rivaliser avec leurs homologues ICE (Internal Combustion Engine) en termes de prix et de disponibilité.
Batteries CTP
Évolution de la batterie BYD
Les batteries CTP (cell-to-pack) sont sans module et vont de pair avec des cellules de batterie sûres sans cobalt, telles que LFP (LiFePO4).
Alors que dans la plupart des batteries, les modules augmentent leur sécurité en fonctionnant comme des pare-feu métalliques au cas où une ou plusieurs cellules de batterie NCM/NCA brûlent ou explosent, ils ne servent à rien lorsqu'ils sont utilisés avec des cellules de batterie LFP, car ces cellules de batterie super sûres ne seront pas utilisées. ne pas s'enflammer ou exploser même en cas de perforation.
Un exemple d'une bonne batterie CTP est la populaire batterie BYD Blade, qui a des rapports VCTP (Volumetric cell-to-pack) et GCTP (Gravimetric cell-to-pack) élevés. Cela signifie que dans la batterie, le matériau actif - qui stocke réellement l'énergie (cellules de la batterie) - est proportionnellement plus élevé en termes de volume et de poids que le matériau passif, qui ne sert qu'à protéger et assembler les cellules de la batterie.
En se débarrassant des modules, le ratio VCTP d'un pack batterie peut passer de 40 à 60 %. Avec CTP, les batteries deviennent plus simples, plus légères, plus petites et moins chères.
Toits solaires
Hyundai IONIQ 5
Les voitures électriques avec des toits solaires sont une évidence, surtout maintenant que les cellules solaires sont devenues plus efficaces et extrêmement bon marché.
Dans certaines situations, un bon toit de panneaux solaires de 300 W dans une voiture électrique pourrait ajouter environ 2 kWh à la batterie par jour et serait suffisant pour parcourir 10 à 15 km supplémentaires.
V2G et V2L
Kia EV6 avec capacité V2L
Les toits solaires, V2G (vehicle to grid) et V2L (vehicle to load) sont des technologies qui pourraient bientôt devenir la norme dans les véhicules électriques. Est-ce cool de pouvoir utiliser votre voiture électrique comme une grande banque d'alimentation mobile pouvant être chargée à l'énergie solaire ?
L'EV6 est équipé d'une fonction véhicule à charge (V2L) qui fonctionne comme une alimentation électrique portable et pratique pour votre vie quotidienne ou vos activités de loisirs.
Il peut servir de source d'alimentation de secours pour votre maison. En fait, EV6 fournit jusqu'à 3,6 kW d'électricité et peut également fonctionner comme un générateur portable lors des activités de plein air.Première mondiale de la Kia EV6
Quelques exemples où de grandes banques d'alimentation mobiles peuvent être utiles :
Améliorations aérodynamiques
Lightyear One dans la Vallée de la Mort
Nous pouvons augmenter l'autonomie d'une voiture électrique, soit en ajoutant plus de capacité de batterie, soit en augmentant son efficacité.
Par exemple, Tesla a récemment réduit la capacité de la batterie de la Model S et a tout de même réussi à augmenter son autonomie en améliorant l'efficacité globale.
Bien que l'amélioration du groupe motopropulseur ou la réduction du poids du véhicule soient des méthodes valables pour augmenter l'efficacité globale d'une voiture électrique, l'amélioration de l'aérodynamique a le meilleur retour sur investissement (ROI). Les groupes motopropulseurs électriques sont déjà extrêmement efficaces et grâce au freinage régénératif, la réduction du poids n'est pas aussi importante que l'amélioration de l'aérodynamisme d'une voiture électrique.
Toutes les voitures électriques n'ont pas besoin de prendre l'aérodynamique aussi au sérieux que la Lightyear One - que nous voyons dans l'image ci-dessus -, mais il est évident que la plupart des voitures électriques ont encore une grande marge d'amélioration. Il suffit de regarder les voitures électriques Volvo actuelles pour voir ce que je veux dire…
Outre la conception du véhicule lui-même, il existe de nombreux moyens simples et peu coûteux d'améliorer l'aérodynamisme des voitures électriques. Voyons quelques exemples ci-dessous.
Chargement sans fil
Non seulement la recharge sans fil est essentielle pour les véhicules électriques autonomes, mais elle rendra également l'utilisation de l'infrastructure de recharge publique plus sûre et plus pratique. Plus besoin de s'inquiéter de voir le port de charge ou les câbles vandalisés par un homme des cavernes qui déteste les voitures électriques.
Les véhicules électriques autonomes sont l'avenir de la mobilité personnelle, mais sans conducteur, qui branchera le véhicule pour le recharger ? La réponse est claire :pas de prises, pas de fils. Garez-vous et rechargez sans fil et de manière autonome… avec la technologie WiTricity.
— Alex Gruzen, PDG de WiTricity
Nous en avons fini pour aujourd'hui, ce sont des technologies qui existent déjà et qui ont le potentiel de rendre les véhicules électriques encore meilleurs.
Bien qu'il n'y ait pas encore de voiture électrique avec toutes les technologies énumérées ci-dessus, je pense que le prochain BYD EA1 illustre ce à quoi devrait ressembler une voiture électrique de nouvelle génération et a le plus grand potentiel pour changer la donne. Il aura une batterie sans cobalt CTP et un système efficace de 800 volts qui permet des taux de charge rapides et sans compromis.
Photo espion BYD EA1
Est-ce que j'ai oublié quelque chose ? Qu'attendez-vous des voitures électriques de nouvelle génération ? Comment les voitures électriques d'aujourd'hui peuvent-elles devenir encore meilleures ?
