Une bonne surprise : les batteries actuelles des véhicules électriques pourraient durer jusqu'à 40 % plus longtemps que prévu
"Nous n'avons pas testé les batteries des véhicules électriques de la bonne manière
Les batteries des véhicules électriques soumis à l'utilisation normale des conducteurs du monde réel - trafic intense, longs trajets sur autoroute, courts trajets en ville et stationnement prolongé - pourraient durer environ un tiers de plus que ce que les chercheurs ont généralement prévu, selon une nouvelle étude réalisée par des scientifiques travaillant au SLAC-Stanford Battery Center, un centre commun à l'Institut Precourt pour l'énergie de l'université de Stanford et au SLAC National Accelerator Laboratory. Cela suggère que le propriétaire d'un véhicule électrique typique pourrait ne pas avoir besoin de remplacer la batterie coûteuse ou d'acheter une nouvelle voiture pendant plusieurs années supplémentaires.
De gauche à droite, Simona Onori, Devi Ganapathi, Alexis Geslin, Le Xu et William Chueh au SLAC-Stanford Battery Center.
Jim Gensheimer / SLAC National Accelerator Laboratory
Presque toujours, les scientifiques et les ingénieurs spécialisés dans les batteries ont testé en laboratoire la durée de vie des nouvelles conceptions de batteries en utilisant un taux de décharge constant suivi d'une recharge. Ils répètent ce cycle rapidement à de nombreuses reprises pour savoir rapidement si une nouvelle conception est bonne ou non en termes d'espérance de vie, entre autres qualités.
Selon l'étude publiée le 9 décembre dans Nature Energy, il ne s'agit pas d'un bon moyen de prédire l'espérance de vie des batteries de VE, en particulier pour les personnes qui possèdent des VE pour leurs déplacements quotidiens. Bien que le prix des batteries ait chuté d'environ 90 % au cours des 15 dernières années, les batteries représentent encore près d'un tiers du prix d'un nouveau véhicule électrique. Les navetteurs actuels et futurs peuvent donc se réjouir d'une telle baisse de prix.
"Nous n'avons pas testé les batteries des VE de la bonne manière", a déclaré Simona Onori, auteur principal et professeur agrégé de science et d'ingénierie de l'énergie à la Stanford Doerr School of Sustainability. "À notre grande surprise, une conduite réelle avec des accélérations fréquentes, des freinages qui rechargent un peu les batteries, des arrêts pour faire un tour dans un magasin et des heures de repos permettent aux batteries de durer plus longtemps que ce que nous pensions en nous basant sur les tests de laboratoire standard de l'industrie.
Une agréable surprise
Les chercheurs ont conçu quatre types de profils de décharge pour les VE, de la décharge constante standard à la décharge dynamique basée sur des données de conduite réelles. L'équipe de recherche a testé 92 batteries lithium-ion commerciales pendant plus de deux ans en fonction des profils de décharge. Au final, plus les profils reflétaient de manière réaliste le comportement de conduite réel, plus l'espérance de vie des VE grimpait.
Plusieurs facteurs contribuent à cette longévité inattendue, selon l'étude. Un algorithme d'apprentissage automatique formé sur toutes les données collectées par l'équipe a permis d'identifier les impacts des profils de décharge dynamiques sur la dégradation de la batterie.
Par exemple, l'étude a montré une corrélation entre les accélérations brèves et brutales des véhicules électriques et une dégradation plus lente. Ce résultat va à l'encontre des hypothèses de longue date des chercheurs sur les batteries, y compris l'équipe de cette étude, selon lesquelles les pics d'accélération sont néfastes pour les batteries des VE.
Le fait d'appuyer fortement sur la pédale n'accélère pas le vieillissement. Au contraire, cela le ralentit, explique Alexis Geslin, l'un des trois auteurs principaux de l'étude et doctorant en science et ingénierie des matériaux et en informatique à l'école d'ingénierie de Stanford.
Deux façons de vieillir
L'équipe de recherche a également étudié les différences entre le vieillissement des piles dû à de nombreux cycles de charge-décharge et le vieillissement des piles qui survient simplement avec le temps. Les piles que vous avez chez vous et qui sont restées inutilisées dans un tiroir pendant des années ne fonctionneront pas aussi bien que lorsque vous les avez achetées, si tant est qu'elles fonctionnent.
"Nous, ingénieurs en batteries, sommes partis du principe que le vieillissement dû au cycle était beaucoup plus important que le vieillissement dû au temps. C'est surtout vrai pour les VE commerciaux tels que les bus et les camionnettes de livraison qui sont presque toujours utilisés ou rechargés", a déclaré M. Geslin. "Pour les consommateurs qui utilisent leur VE pour aller au travail, chercher leurs enfants, aller à l'épicerie, mais qui ne l'utilisent pas ou ne le rechargent même pas, le temps devient la cause prédominante du vieillissement par rapport au cyclisme.
L'étude identifie un taux de décharge moyen idéal pour équilibrer le vieillissement par le temps et le vieillissement par le cycle, du moins pour la batterie commerciale testée. Heureusement, cette fenêtre se situe dans la plage de conduite réaliste des véhicules électriques grand public. Les constructeurs automobiles pourraient mettre à jour leur logiciel de gestion des batteries de VE afin de tirer parti de ces nouvelles conclusions et de maximiser la longévité des batteries dans des conditions réelles.
Perspectives d'avenir
"À l'avenir, il sera très important d'évaluer les nouvelles chimies et conceptions de batteries avec des profils de demande réalistes", a déclaré Le Xu, chercheur postdoctoral en sciences et ingénierie de l'énergie. "Les chercheurs peuvent désormais réexaminer les mécanismes de vieillissement présumés au niveau de la chimie, des matériaux et des cellules afin d'approfondir leur compréhension. Cela facilitera le développement d'algorithmes de contrôle avancés qui optimiseront l'utilisation des architectures de batteries commerciales existantes".
L'étude suggère que les implications vont au-delà des batteries. Les scientifiques et les ingénieurs pourraient appliquer ces principes à d'autres applications de stockage de l'énergie, ainsi qu'à d'autres matériaux et dispositifs des sciences physiques pour lesquels le vieillissement est crucial, comme les plastiques, les verres, les cellules solaires et certains biomatériaux utilisés dans les implants.
"Ce travail met en évidence la puissance de l'intégration de multiples domaines d'expertise - de la science des matériaux, du contrôle et de la modélisation à l'apprentissage automatique - pour faire progresser l'innovation", a déclaré M. Onori.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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