Când vine vorba de mașina electrică, durata de viață a bateriei este cu siguranță cel mai discutat subiect - după autonomie, desigur. Trebuie spus că această piesă nu este doar esențială, ci este și obiectul tuturor fanteziilor.
Dacă acest articol nu este destinat să ofere un răspuns cuantificat și incontestabil, acesta oferă câteva elemente inițiale pentru a estima durata de viață teoretică și reală a bateriilor. Acestea sunt elemente esențiale pentru demitizarea vehiculelor electrice și adoptarea unui comportament bun de utilizare.
Cum funcționează bateria unei mașini electrice?
Toată lumea vorbește despre bateriile electrice ale mașinilor. Uneori sunt poluante, alteori nu sunt suficient de puternice. Dincolo de aceste considerații, este mai presus de toate necesară înțelegerea funcționării lor pentru a putea înțelege durata lor de viață. O încercăm, încercând să fim cât mai pedagogi.»Citește și» Sunt vehiculele electrice într-adevăr mai poluante decât mașinile pe benzină?
În centrul bateriei litiu-ion
Înainte de a privi durata de viață a bateriei unei mașini electrice, primul pas este să înțelegeți cum funcționează. După ce s-au bazat pe tehnologiile Nickel Cadmium (NiCd) și Nickel Metal-Hydride (Ni-MH), vehiculele electrice transportă acum - în cea mai mare parte - o baterie litiu-ion. Comercializat din anii 1990, se bazează pe o operațiune similară cu cea a bateriei plumb-acid, tehnologia esențială a vehiculelor cu combustie.Principiul său? Circulați electronii pentru a crea o diferență de potențial între doi electrozi: unul pozitiv (catodul) și unul negativ (anodul), primul fiind compus în general dintr-un oxid de metal, al doilea din grafit. Această reacție este posibilă datorită unui lichid conductiv, numit electrolit și care asigură transferul ionilor de litiu (ioni Li +), în care sunt cufundați electrozii. Când bateria funcționează, ionii Li + sunt respinși de la electrodul negativ cu care nu au afinitate și sunt atrași de electrodul pozitiv: aceasta este faza de descărcare. În schimb, ionul Li + este eliberat de anod în faza de reîncărcare, înainte de a fi introdus la catod.
Un număr de celule care este important
Bateriile litiu-ion sunt formate dintr-un număr de celule, fiecare dintre acestea reproducând reacția descrisă mai sus pentru a crea o diferență de potențial. Acestea sunt interconectate și conduse de un circuit electronic care le coordonează producția de energie electrică. Performanța bateriei va depinde în principal de numărul de celule de la bord, de dimensiunea acestora și de modul în care sunt distribuite. Aceste trei elemente vor determina în principal:- capacitatea bateriei, exprimată în kWh în automobil, care corespunde cantității de energie electrică pe care o poate stoca;
- și intensitatea sa, exprimată în amperi ai simbolului A, care corespunde sarcinii electrice pe care este posibil să o livreze în decurs de o secundă.
Densitate mare de energie, rezistență scăzută la cicluri complete
Dacă bateriile litiu-ion au devenit normă în mașinile electrice - cel puțin în prezent - se datorează în principal faptului că au o densitate mare de energie. Aceasta înseamnă că raportul dintre capacitatea de stocare și greutate (sau amprentă) este foarte mare, esențial pentru sistemele de la bord. Această energie specifică este de ordinul 300 până la 500 Wh / kg pe o baterie litiu-ion, adică de până la 10 ori mai mult decât pe o baterie plumb-acid (1). Cu alte cuvinte, bateria va fi mai ușoară sau mai puțin voluminoasă pentru o capacitate echivalentă. Pe lângă faptul că nu necesită întreținere, această tehnologie are avantajul că are o descărcare automată redusă, și anume o reducere treptată a nivelului de încărcare atunci când vehiculul nu este utilizat.În cele din urmă, trebuie remarcat faptul că bateriile litiu-ion se disting, de asemenea, printr-un efect de memorie limitat, permițându-le să fie reîncărcate - în timp ce descărcarea nu este completă - fără a le deteriora.Cu toate acestea, bateriile litiu-ion din vehiculele electrice nu sunt lipsite de vina. Pe lângă faptul că sunt relativ scumpe de fabricat, în principal din cauza lipsei de litiu, acestea nu rezistă ciclurilor complete de încărcare și descărcare. Cu alte cuvinte, o descărcare profundă - corespunzătoare unei capacități totale mai mici de aproximativ 5% - se va dovedi distructivă și îi va afecta iremediabil performanța. Trebuie remarcate și alte dezavantaje (sensibilitatea la temperatură, pericolul electrolitului etc.), dar sunt împărtășite în general de celelalte tehnologii principale utilizate în lumea automobilelor.
Care este durata de viață a bateriei unei mașini electrice?
Acum că știm - aproximativ - cum funcționează o baterie litiu-ion, este timpul pentru subiectul care ne interesează cu adevărat, durata sa de viață. Longevitate teoretică, feedback-ul experienței și factori de degradare: vă oferim principalele răspunsuri la întrebare.1.000 - 1.500 de cicluri: durata de viață teoretică a unei baterii de mașini electrice
În medie, se estimează că durata de viață a unei baterii plumb-acid este de 4 până la 5 ani. Dar cum rămâne cu bateria litiu-ion dintr-o mașină electrică? În primul rând, ar trebui să știți că este dificil să o estimați în ani - ceea ce, într-o măsură mai mică, se aplică și vehiculelor termice - deoarece intră în joc mulți parametri. abordați întrebarea din unghiul numărului de cicluri de descărcare-reîncărcare. Deși aceste numere sunt discutabile și variază de la model la model, se acceptă faptul că durata de viață a bateriei unei mașini electrice este în prezent cuprinsă între 1.000 și 1.500 de cicluri. Dincolo de acest prag, producătorii consideră că capacitatea de stocare este de numai 70% până la 80% din ceea ce era laorigine. Un procent care nu mai este suficient, în măsura în care limitează autonomia vehiculului și care necesită înlocuirea bateriei.Apare încă o altă întrebare: câți ani este nevoie pentru a finaliza aceste 1.000 până la 1.500 de cicluri? Potrivit producătorilor, durata medie se va transforma în jur de 10 ani în condiții de utilizare „clasică”. Pentru a încerca să răspundem singuri, să luăm exemplul noului Renault Zoé cu o baterie cu o capacitate de 52 kWh, al cărei consum teoretic este de aproximativ 17 kWh / 100 km și care nu este reîncărcat. decât într-un interval cuprins între 20 și 80% din capacitatea bateriei pentru a limita ciclurile complete de descărcare-reîncărcare (care sunt dăunătoare, așa cum am discutat deja). Rețineți că Renault recomandă chiar cicluri de reîncărcare-descărcare între 30 și 80%, permițând astfel utilizarea a doar jumătate din capacitatea bateriei.Pentru a reveni la exemplul nostru, automobilistul va folosi zilnic 31,2 kWh (60% din 52 kWh), ceea ce îi permite - teoretic încă o dată - să parcurgă aproximativ 184 de kilometri pe ciclu. Presupunând că parcurge 20.000 de kilometri pe an, va efectua aproximativ 109 cicluri anuale pentru a atinge acest kilometraj. Dacă durata de viață este de 1.250 de cicluri, de exemplu, bateria poate fi utilizată mai mult de 11 ani înainte de a depăși pragul de caducitate (între 70 și 80% din capacitatea inițială a bateriei), adică aproape de 230.000 de kilometri. O cifră care ar trebui să-i liniștească pe potențialii cumpărători, în ciuda condițiilor mai stricte pentru acordarea bonusului ecologic începând cu 2020.ceea ce îi permite - teoretic încă o dată - să parcurgă aproximativ 184 de kilometri în fiecare ciclu. Presupunând că parcurge 20.000 de kilometri pe an, va efectua aproximativ 109 cicluri anuale pentru a atinge acest kilometraj. Dacă durata de viață este de 1.250 de cicluri, de exemplu, bateria ar putea fi utilizată mai mult de 11 ani înainte de a depăși pragul de caducitate (între 70 și 80% din capacitatea inițială a bateriei), adică aproape de 230.000 de kilometri. O cifră care ar trebui să-i liniștească pe potențialii cumpărători, în ciuda condițiilor mai stricte pentru acordarea bonusului ecologic începând cu 2020.ceea ce îi permite - teoretic încă o dată - să parcurgă aproximativ 184 de kilometri în fiecare ciclu. Presupunând că parcurge 20.000 de kilometri pe an, va efectua aproximativ 109 cicluri anuale pentru a atinge acest kilometraj. Dacă durata de viață este de 1.250 de cicluri, de exemplu, bateria ar putea fi utilizată mai mult de 11 ani înainte de a depăși pragul de caducitate (între 70 și 80% din capacitatea inițială a bateriei), adică aproape de 230.000 de kilometri. O cifră care ar trebui să-i liniștească pe potențialii cumpărători, în ciuda condițiilor mai stricte pentru acordarea bonusului ecologic începând cu 2020.va realiza aproximativ 109 cicluri anuale pentru a atinge acest kilometraj. Dacă durata de viață este de 1.250 de cicluri, de exemplu, bateria poate fi utilizată mai mult de 11 ani înainte de a depăși pragul de caducitate (între 70 și 80% din capacitatea inițială a bateriei), adică aproape de 230.000 de kilometri. O cifră care ar trebui să-i liniștească pe potențialii cumpărători, în ciuda condițiilor mai stricte pentru acordarea bonusului ecologic începând cu 2020.va realiza aproximativ 109 cicluri anuale pentru a atinge acest kilometraj. Dacă durata de viață este de 1.250 de cicluri, de exemplu, bateria poate fi utilizată mai mult de 11 ani înainte de a depăși pragul de caducitate (între 70 și 80% din capacitatea inițială a bateriei), adică aproape de 230.000 de kilometri. O cifră care ar trebui să-i liniștească pe potențialii cumpărători, în ciuda condițiilor mai stricte pentru acordarea bonusului ecologic începând cu 2020.alocare de bonusuri ecologice mai strictă din 2020.alocare mai strictă a bonusului ecologic din 2020.
Să ne reamintim încă o dată: acest calcul nu este absolut adevărat. Tinde doar să ofere o idee despre durata de viață teoretică a unei baterii litiu-ion, permițându-vă totuși să faceți calculele pe cont propriu. Suntem conștienți de faptul că mulți factori nu pot fi respectați în realitate (kilometraj zilnic, procentul de reîncărcare și descărcare etc.) și că anumite elemente vor avea impact asupra performanței bateriei (condițiile meteorologice, stilul de conducere, viteza medie etc.) etc.). Cu toate acestea, acest exercițiu ne învață o lecție: durata de viață a bateriei va fi în general mai mare decât cea a mașinii electrice. O observație care ar trebui să devină rapid mai democratică,în măsura în care producătorii speră să atingă rapid un număr teoretic de cicluri de aproximativ 2.000.
O baterie litiu-ion ar pierde 2,3% din capacitatea sa în fiecare an
Pentru a spera să avem rezultate mai concrete în ceea ce privește durata de viață a bateriei, să mergem în Canada. Aici se află Geotab, o companie specializată în gestionarea flotelor de automobile. De ce ne interesează? Pur și simplu pentru că tocmai a dezvoltat un instrument care analizează degradarea bateriilor litiu-ion, grație informațiilor colectate despre mai mult de 6.300 de mașini electrice aparținând flotelor, adică echivalentul a 1,8 milioane de zile de date. . Au fost analizate un total de 21 de modele separate din ani diferiți, variind de la Tesla Model S 2017 până la Kia Soul EV 2018 până la Renault Kangoo ZE 2014 (2).Datorită acestui instrument, numit Instrumentul de Comparare a Degradării Bateriei EV, este posibil să aveți feedback despre starea bateriei după o anumită perioadă de utilizare efectivă - și nu mai este teoretic ca anterior. . Prima lecție: la diferitele vehicule analizate, capacitatea bateriei scade în medie cu 2,3% pe an. Cu toate acestea, această cifră ar trebui luată cu un bob de sare, deoarece timpul de analiză nu a depășit niciodată 5 ani. Astfel, nimic nu ne spune că după 7 până la 8 ani, de exemplu, capacitatea de stocare nu scade dramatic. Pe de altă parte, acest lucru face posibilă estimarea că capacitatea bateriei se rotește în medie în jur de 90% după 5 ani.Atât de multe rezultate care par să confirme că durata de viață a bateriei unei mașini electrice ar putea fi într-adevăr în medie de 10 ani, perioada necesară pentru ca capacitatea să fie de numai 70 până la 80% din ceea ce este. ea a fost inițial. Geotab confirmă, de asemenea, că majoritatea bateriilor vor putea supraviețui vehiculelor care le transportă.
Cu toate acestea, ar fi prea ușor să propunem această cifră fără a lua în considerare toate excepțiile menționate de Geotab. De exemplu, 5 modele se remarcă datorită degradării foarte reduse a bateriei după 2 ani:
- Kia Soul EV 2017 (capacitatea bateriei sale este încă de 99,1% după 2 ani de utilizare);
- Renault Kango ZE din 2014 (98,3%);
- Volkswagen e-Golf 2017 (97,7%);
- și Tesla Model X 2017 și Model S 2017 (97,6%, respectiv 97,4%).
Pe de altă parte, alte vehicule sunt departe de a fi exemplare, cum ar fi BMW i3 din 2017 care pierde 5,9% din capacitatea de stocare după doar un an. Cu toate acestea, versiunea 2018 merge mai bine, cu o scădere de doar 1,6% în aceeași perioadă (3). O dovadă suplimentară că nu toate bateriile par egale în acest domeniu.
Temperatura și ciclul de funcționare: doi factori importanți de degradare
Acum avem două elemente care ne permit să estimăm mai bine durata de viață a unei baterii litiu-ion: aceasta poate fi utilizată pentru 1.000 până la 1.500 de cicluri și pierde în medie 2,3% din capacitatea sa în fiecare an. Dar în cazul în care pantofii se ciupesc, mulți factori vor avea impact asupra acestor două figuri. Unele, pe care le bănuiam deja, au fost confirmate și de Geotab prin studiul său.- Temperatura de funcționare : la fel ca în cazul bateriilor cu plumb-acid, căldura va tinde să determine capacitatea bateriei litiu-ion să scadă definitiv. De aici și importanța de a nu parca vehiculul în lumina directă a soarelui. Pe lângă validarea acestei observații, Geotab ne spune că bateriile care încorporează un sistem eficient de reglare termică prezintă o degradare mai lentă. Pe de altă parte, frigul va afecta pur și simplu autonomia imediată, dar nu va avea niciun efect asupra duratei de viață a bateriei.
- Încărcare și descărcare: După cum am discutat deja, ciclurile complete de încărcare și descărcare accelerează considerabil uzura bateriei litiu-ion. În plus față de recomandarea de a nu depăși anumite praguri (între 20 și 80% ca regulă generală), constructorii tind să păstreze adesea un anumit procent care nu poate fi utilizat pentru a evita sarcinile extreme. De exemplu, Tesla Model S are o baterie de 102 kWh, a cărei capacitate este limitată la 98 kWh. De asemenea, se recomandă evitarea încărcărilor rapide, ceea ce confirmă Geotab, deoarece acestea tind să accelereze degradarea bateriei, la fel ca reîncărcările imediate după utilizarea intensivă a vehiculului. Prin urmare, atunci când alegeți cum să vă încărcați mașina electrică, este mai bineoptează pentru o priză de casă întărită.
- Vârsta vehiculului : dacă degradarea capacității poate fi liniară în anumite cazuri, în general urmează un alt model. Foarte des, există o scădere inițială semnificativă, înainte ca ritmul să încetinească. În sfârșit, la sfârșitul vieții sale, se constată o scădere semnificativă suplimentară. Pe de altă parte, utilizarea intensivă a mașinii electrice nu pare să aibă un impact asupra duratei de viață a bateriei. Potrivit Geotab, diferența de degradare ar fi minimă între un vehicul folosit mai puțin de 8.000 km pe an și altul mai mare de 20.000 km pe an (4). Cu condiția, încă o dată, să respecte un interval de reîncărcare-descărcare între 20 și 80% în medie.
Acesta este motivul pentru care cumpărarea unei mașini electrice uzate rămâne atât de incertă, deoarece este imposibil să știm cum a folosit proprietarul anterior vehiculul lor. Din fericire, SOH (State of Health) poate oferi indicații cu privire la starea de sănătate a bateriei.
Ce viitor pentru bateria unei mașini electrice?
Cu toate acestea, durata de viață a unei baterii litiu-ion nu se încheie după aceste 1000 până la 1500 de cicluri de reîncărcare-descărcare. Dacă reciclarea este un subiect dezbătut, este mai ales reutilizarea care pare să poată oferi o a doua viață bateriilor litiu-ion. O a doua viață de care ar trebui să se bucure, deoarece ar putea fi împinși rapid spre ieșire.Aceste inițiative care prelungesc durata de viață a bateriilor
Odată ce capacitatea sa nu mai este suficientă pentru nevoile mașinii electrice, bateria litiu-ion are acum din ce în ce mai mult o a doua viață. Dacă reciclarea pentru refolosirea materialelor este o posibilă soluție, nu este încă atât de democratizată din cauza costului său. Acesta este motivul pentru care producătorii transformă bateriile mai mult în soluții de stocare a energiei electrice inițial, pe principiul economiei circulare. În acest domeniu, mai multe inițiative - dacă nu filantropice - merită remarcate pentru ingeniozitatea lor.- UEX236 : în spatele acestui nume de cod se ascunde un demonstrator industrial administrat de SNAM (Société Nouvelle d'Affinage des Métaux) care este capabil să diagnosticheze starea bateriilor pentru a le reutiliza pe cele mai bune pentru o a doua viață.
- Renault : producătorul francez reutilizează anumite pachete de celule pentru stocarea energiei regenerabile, în special din turbine eoliene și panouri fotovoltaice. Scopul? Prelungiți durata de viață a bateriei pentru încă 5-10 ani. Alte utilizări sunt, de asemenea, în curs de desfășurare, în special pentru înlocuirea generatoarelor sau pentru a compensa întreruperile de curent.
- xStorage Home : administrat de Nissan, acest dispozitiv asigură și stocarea energiei solare. Dar bateriile la sfârșitul duratei de viață ale mărcii sunt folosite și pentru a stoca electricitatea în timpul orelor de vârf, înainte de a o elibera în orele de vârf.
În ciuda acestor diverse inițiative, situația este departe de a fi roz. De ce ? După a doua lor viață, vine momentul reciclării. Cu toate acestea, reglementările actuale impun reciclarea a 50% din greutatea bateriei. Restul ? Este distrus, ars sau chiar îngropat. Această situație este cu atât mai îngrijorătoare cu cât - potrivit lui Christel Bories, președintele Comitetului strategic pentru sectorul minier și metalurgic - tonajul bateriilor care vor fi reciclate în Europa ar trebui să fie înmulțit cu trei până în 2027 (5).
Ce se întâmplă dacă bateria litiu-ion era deja la sfârșit?
Cu cât trece mai mult timp, cu atât prețul bateriilor litiu-ion scade datorită efectului de scară. În același timp, capacitatea lor continuă să crească, Tesla Model S chiar cerând 100 kWh. Și totuși, această tehnologie nu a părut niciodată atât de aproape de final. Trebuie spus că mai multe alternative încep să apară și că producătorii cred în ele ca fierul, precum BMW, care a investit 200 de milioane de euro pentru a-și deschide noul centru dedicat bateriilor grupului (6 ). Acestea sunt în special trei tehnologii care ar putea întruchipa viitorul.- Bateria complet solidă : spre deosebire de bateriile tradiționale, atât plumb-acid, cât și litiu-ion, electrolitul nu este o soluție lichidă, ci mai degrabă o placă de sticlă sau gel. În plus față de lipsa metalelor scumpe, inclusiv a cobaltului, această tehnologie ar oferi o densitate energetică mult mai bună și un interval de temperatură de funcționare înmulțit cu până la 6 ori (de la -20 la 100 ° C). Dar, mai presus de toate, bateria complet solidă ar reduce greutatea și prețul vehiculelor electrice (deoarece este mai ieftin de produs), în timp ce ar crește considerabil autonomia. Toyota și Volkswagen au anunțat deja că intenționează să utilizeze acest tip de baterie până în 2025.
- Bateria de sodiu-ion : așa cum sugerează și numele, această baterie își propune să înlocuiască litiul cu sodiu din electrozi. Principalul său avantaj? Reduceți costul de producție cu până la 30%, deoarece sodiul este mult mai abundent pe Pământ. Pe de altă parte, bateria sodiu-ion nu va putea oferi aceeași densitate de energie. Cu alte cuvinte, va trebui să fie mult mai mare sau mai greu decât o baterie litiu-ion pentru a oferi aceeași capacitate de stocare. Acesta este motivul pentru care, după toate probabilitățile, această tehnologie ar trebui utilizată mai mult pentru aplicații staționare sau pentru stocarea energiei.
- Bateria litiu-sulf : pentru a schematiza, o astfel de baterie dizolvă litiu la contactul cu electrodul negativ în timpul descărcării, sulful fiind transformat în diferite materiale. Principalul său avantaj este că folosește ingrediente active foarte ușoare. Consecințe ? Densitatea energiei unei baterii litiu-sulf este de până la 4 ori mai mare decât cea a unei baterii litiu-ion. Astfel, ar fi posibil să se reducă considerabil volumul sau greutatea bateriei, crescând în același timp capacitatea acesteia. Această tehnologie este totuși cea mai incertă, deoarece nu este cea mai investită de producători, în special deoarece rata de degradare a capacității sale pare a fi foarte importantă.
(1) Mașină electrică: cum funcționează bateria litiu-ion? - Easy Electric Life - 2019
(2) Geotab introduce instrumentul de degradare a bateriei EV, oferind evaluarea și compararea duratei de viață a bateriei vehiculelor electrice - Geotab - 2020
(3) Instrument de comparare a degradării bateriei EV - Geotab - 2020
(4) Ce pot spune 6.000 de vehicule electrice despre sănătatea bateriei EV? - Geotab - 2019
(5) Vehicule electrice: 700.000 de tone de baterii care vor fi reciclate în 2035 - Le Parisien - 2019
(6) La München, BMW pregătește bateriile viitorului - Clean Automobile - 2019
