Dans l'article précédent, nous avons comparé la densité énergétique de nombreuses batteries utilisées par les voitures électriques populaires. La plupart des batteries étaient NCM 523 ou NCM 622 et avaient en moyenne une densité d'énergie gravimétrique entre 140 et 150 Wh/kg, ce qui est décevant étant donné que c'est beaucoup moins que ce que nous obtenons au niveau de la cellule (230-250 Wh/kg).
La faible densité d'énergie gravimétrique des batteries EV actuelles peut s'expliquer par une complexité inutile et dans cet article, nous verrons une solution simple pour rendre les batteries plus simples, plus sûres, moins chères et plus denses en énergie.
Tout d'abord, pour vous donner un peu de contexte, nous allons voir où nous en sommes maintenant.
Actuellement, les batteries sont comme des poupées matriochkas, à l'intérieur, nous avons des modules et à l'intérieur des modules, nous avons les éléments importants qui stockent l'énergie, les cellules de la batterie. Cela signifie que le poids des cellules de batterie ne représente qu'une partie du poids total des batteries.
Voyons quelques exemples de GCTPR (rapport cellule/pack gravimétrique) pour mieux comprendre à quel point les batteries actuelles sont inefficaces en termes de poids.
Renault ZOE (ancienne batterie ZE 40)
Cette batterie pèse 305 kg, dont 185 kg (61 %) proviennent des cellules. Les 120 kg restants (39 %) du poids proviennent des boîtiers métalliques, du câblage, du BMS (Battery Management System) et du TMS (Thermal Management System).
Renault ZOE (nouvelle batterie ZE 50)
Cette batterie pèse 326 kg, dont 206 kg (63 %) proviennent des cellules. Les 120 kg restants (37 %) du poids proviennent des boîtiers métalliques, du câblage, du BMS (Battery Management System) et du TMS (Thermal Management System).
Nissan LEAF (batterie 40 kWh)
Cette batterie pèse 303 kg, dont 175 kg (58 %) proviennent des cellules. Les 128 kg restants (42 %) du poids proviennent des boîtiers métalliques, du câblage, du BMS (Battery Management System) et du TMS (Thermal Management System).
Nissan LEAF (batterie 62 kWh)
Cette batterie pèse 410 kg (estimation) dont 263 kg (64 %) proviennent des cellules. Les 147 kg restants (36 %) du poids proviennent des boîtiers métalliques, du câblage, du BMS (Battery Management System) et du TMS (Thermal Management System).
BMW i3 (batterie 94 Ah)
Cette batterie pèse 256 kg, dont 193 kg (75 %) proviennent des cellules. Les 63 kg restants (25 %) du poids proviennent des boîtiers métalliques, du câblage, du BMS (Battery Management System) et du TMS (Thermal Management System).
BMW i3 (batterie 120 Ah)
Cette batterie pèse 278 kg, dont 215 kg (77 %) proviennent des cellules. Les 63 kg restants (23 %) du poids proviennent des boîtiers métalliques, du câblage, du BMS (Battery Management System) et du TMS (Thermal Management System).
Comme je l'ai déjà mentionné à plusieurs reprises, la batterie de la BMW i3 est de loin ma batterie EV préférée.
Voici pourquoi :
Intérieur de la batterie de la BMW i3
Le bloc-batterie de la BMW i3 a le GCTPR (rapport gravimétrique cellule-bloc) le plus élevé des batteries EV grand public en raison de sa simplicité. Peu de grosses cellules prismatiques, toutes connectées en série nécessitent moins de câblage et de boîtiers pour les modules.
Un GCTPR de 77 % est très bon pour une batterie conventionnelle, mais il pourrait être encore meilleur avec la technologie CTP (cell-to-pack).
Avec la technologie CTP, au lieu d'avoir des cellules de batterie à l'intérieur des modules, puis des modules à l'intérieur des batteries, nous supprimons complètement les modules. Nous nous retrouvons avec de longues cellules de batterie prismatiques connectées en série qui sont placées dans un réseau puis insérées dans un bloc-batterie, ce qui le rend aussi simple que possible.
Divers fabricants chinois de cellules de batterie tels que BYD, CATL et SVOLT ont déjà leurs propres versions de batteries CTP.
BYD
Batterie BYD Blade avec technologie CTP
La simplicité de la batterie BYD Blade est visible dans l'image ci-dessus. Imaginez à quel point il est simple d'assembler ou de remplacer les cellules de cette batterie. BYD dit que cette batterie a au moins 100 cellules (toutes connectées en série).
De plus, avec la technologie CTP, les batteries fabriquées avec des cellules LFP/LFMP sans cobalt atteignent des niveaux de densité d'énergie d'environ 140-160 Wh/kg, ce qui équivaut à ce que nous obtenons actuellement avec des batteries EV fabriquées avec des NCM 523 et NCM 523 plus chers et moins sûrs. Cellules NCM 622.
Le CTP n'est qu'une autre percée technologique qui aide au retour des cellules de batterie LFP dans les voitures électriques. Je pense qu'il ne fait désormais aucun doute que les cellules de batterie LFP/LFMP joueront un rôle important dans la massification des voitures électriques.
Points forts de la batterie BYD Blade :
Cela signifie que dans la BYD Blade Battery, les cellules de la batterie représentent 62,4 % du volume et 84,5 % du poids. Les batteries grand public fabriquées avec des modules ont en moyenne un VCTPR de 40 % et un GCTPR de 60 %.
BYD dévoile le rapport volumétrique et gravimétrique cellule/pack des nouveaux packs de batteries
Néanmoins, la batterie BYD Blade ne consiste pas seulement à augmenter la densité énergétique des batteries. En ce qui concerne la sécurité, cette batterie est difficile à battre. Non seulement les chimies LFP/LFMP sont extrêmement sûres en elles-mêmes, mais la longue forme rectangulaire des cellules offre une grande zone de refroidissement et réduit la capacité à générer de la chaleur lors d'un court-circuit.
Test de pénétration des clous par BYD de différentes cellules de batterie
De plus, ce qui est vraiment intéressant, c'est que nous n'aurons pas à attendre des années pour voir cette technologie mise en œuvre. La prochaine voiture électrique BYD Han EV arrivera en juin et sera équipée d'une batterie BYD Blade.
La Han EV, le modèle de berline phare de BYD dont le lancement est prévu en juin, sera équipée de la batterie Blade. Le nouveau modèle sera à la tête de la famille Dynasty de la marque, avec une autonomie de 605 kilomètres et une accélération de 0 à 100 km/h en seulement 3,9 secondes.
La BYD Han EV est une voiture électrique vraiment intéressante, l'autonomie de 605 km en NEDC devrait se traduire par environ 450 km (280 miles) dans le cycle de test WLTP plus réaliste.
BYD Han EV avec technologie de batterie CTP
Alors que les voitures électriques de BYD ne sont pas encore très populaires en dehors de son marché intérieur chinois, les bus électriques de BYD sont déjà extrêmement populaires dans le monde entier et ces véhicules électriques recevront probablement des batteries CTP sur la route.
Objectifs de densité énergétique de BYD :140-160 Wh/kg pour les chimies LFP/LFMP sans cobalt
CATL
Technologie CATL CTP
Alors que BYD se concentre davantage sur les batteries LFP/LFMP sans cobalt, CATL travaille sur deux fronts et souhaite appliquer la technologie CTP non seulement aux batteries LFP/LFMP sans cobalt, mais également aux batteries NCM plus denses en énergie.
CATL produit déjà des batteries CTP pour le constructeur automobile chinois BAIC.
BAIC EU5 EV avec technologie de batterie CTP de CATL
Objectifs de densité énergétique de CATL :145-160 Wh/kg pour les chimies LFP/LFMP sans cobalt et 200 Wh/kg pour les chimies NCM
SVOLT
Technologie SVOLT CTP
SVOLT se concentre sur l'application de la technologie CTP à des batteries NCMA plus denses en énergie. Malheureusement, il n'y a pas beaucoup d'informations disponibles à ce sujet.
Objectifs de densité énergétique de SVOLT :supérieur à 200 Wh/kg pour les chimies NCMA
En résumé.
Ce n'est qu'une question de temps avant que le CTP ne devienne la technologie dominante pour construire des batteries plus simples, plus sûres, moins chères et plus denses en énergie. De plus, nous n'avons pas à attendre des années pour obtenir des batteries sans cobalt avec une densité d'énergie décente, extrêmement sûres et bon marché. BYD Blade Battery est vraiment impressionnant. Warren Buffett a des raisons d'être vraiment heureux de son pari sur BYD il y a des années.
De plus, le coût du kWh des batteries LFP/LFMP sans cobalt est environ 20 % moins cher que celui des batteries à haute teneur en nickel comme le NCM 811. Néanmoins, même sans les cellules de batterie LFP/LFMP, Volkswagen a déjà un coût du kWh inférieur à 100 euros, ce qui prouve que Les constructeurs automobiles pourraient rendre les voitures électriques avec une autonomie décente abordables dès maintenant s'ils étaient intéressés à les vendre.
Feuille de route des coûts de la batterie par Volkswagen
Quoi qu'il en soit, je suis vraiment intéressé d'en savoir plus sur les implémentations de la technologie CTP par SVOLT et CATL. Pour le moment, nous avons plus de détails sur la propre version de BYD de CTP.
De plus, je me demande aussi combien de temps les fabricants coréens de cellules de batterie prendront-ils pour réaliser l'importance des batteries sans cobalt et commencer à les produire. À l'heure actuelle, des entreprises chinoises telles que BYD et CATL sont les experts incontestés de ces produits chimiques. Cependant, ce serait formidable de voir LG Chem et Samsung SDI travailler pour améliorer la chimie LFMP.
Enfin, je suis très optimiste et je m'attends à ce que dans un avenir proche (un ou deux ans), la plupart des voitures électriques soient disponibles avec des batteries LFMP (optimisées pour le coût) et NCMA (optimisées pour l'autonomie) fabriquées avec une technologie CTP simple.
