Comparaison des caractéristiques et des applications des types de batteries automobiles
Le rôle des batteries de voiture et les types de batteries de voiture
Dans les véhicules électriques, la batterie d'alimentation sert de source d'énergie pour l'ensemble du véhicule et fournit de l'énergie au véhicule. Les performances de la Types de batteries de voiture détermine directement la valeur réelle de la voiture. La fonction de la batterie d'alimentation est de recevoir et de stocker le courant continu haute tension fourni par le chargeur embarqué, le générateur, le dispositif de récupération de l'énergie de freinage ou le dispositif de charge externe, et de fournir un courant continu haute tension aux véhicules électriques.
Les principaux types de batteries de voiture comprennent les batteries au plomb, les batteries à hydrure métallique de nickel, les batteries au lithium-ion, les piles à combustible et les supercondensateurs. Voici les caractéristiques et les applications comparées des différents types de batteries de voiture :
| Les types | Caractéristiques | Application |
|---|---|---|
| Accumulateurs au plomb | Faible coût, technologie mature, faible consommation d'énergie, encombrant, haut degré de commercialisation | Voitures ordinaires, batteries basse tension pour véhicules à énergie nouvelle, batteries haute tension pour bicyclettes électriques |
| Piles au nickel métal hydrure | Meilleure sécurité, durée de vie plus longue, coût élevé, degré élevé de commercialisation | Voiture hybride Toyota |
| Batteries au lithium-ion | Densité énergétique élevée, faible taux d'autodécharge, longue durée de vie, coût élevé, haut degré de commercialisation | La plupart des véhicules électriques |
| Piles à combustible | Densité énergétique élevée, grande marge d'amélioration, coût élevé, faible degré de commercialisation | Véhicule utilitaire électrique |
| Supercondensateurs | Vitesse de charge rapide, haute efficacité, efficacité de décharge rapide et charge durable | Aide à l'énergie pour les véhicules électriques |
Accumulateurs au plomb
Parmi les types de batteries automobiles, les batteries plomb-acide sont largement utilisées comme source d'énergie de démarrage pour les véhicules à moteur à combustion interne. Il s'agit également d'une batterie mature pour véhicules électriques qui présente une bonne fiabilité, un accès facile aux matières premières et un faible prix ; sa puissance spécifique peut en principe répondre aux exigences de puissance des véhicules électriques.
Mais elle présente deux inconvénients majeurs : d'une part, une faible énergie spécifique, la masse et le volume occupés sont trop importants, et le kilométrage d'une charge est court ; d'autre part, une durée de vie courte et un coût d'utilisation élevé. À l'heure actuelle, les batteries plomb-acide ne sont plus utilisées comme batteries d'alimentation.
Piles au nickel métal hydrure
Dans les types de batteries de voiture, les batteries nickel-métal hydrure sont synthétisées par des ions d'hydrogène et le métal nickel.
● Avantages : Grande réserve d'énergie de la batterie, poids plus léger, durée de vie plus longue et aucune pollution de l'environnement.
● Inconvénients : Le coût de fabrication est trop élevé et les performances sont moins bonnes que celles des batteries au lithium.
Les modèles représentatifs sont : Toyota Prius, Ford Escape, etc.
Batteries au lithium-ion
La batterie au lithium-ion désigne un type de batterie qui utilise l'élément lithium comme principale matière active dans le matériau de l'électrode, comprenant principalement la batterie au lithium métal et la batterie au lithium-ion. Les batteries au lithium mentionnées dans cet article sont principalement des batteries lithium-ion.
En tant que meilleures piles rechargeables Avec une tension et une densité énergétique élevées, la batterie secondaire lithium-ion présente les caractéristiques exceptionnelles suivantes dans les types de batteries automobiles : légèreté, grande capacité de stockage d'énergie, absence de pollution, absence d'effet de mémoire et longue durée de vie.
À volume et poids égaux, dans les types de batteries automobiles, la capacité de stockage des batteries au lithium est 1,6 fois supérieure à celle des batteries nickel-hydrure métallique, et les êtres humains n'ont développé et utilisé que 20% à 30% de sa puissance théorique, ce qui laisse entrevoir de très belles perspectives de développement. En même temps, il s'agit d'une véritable batterie verte qui ne pollue pas l'environnement, et c'est actuellement la meilleure batterie qui puisse être utilisée dans les véhicules électriques.
En fonction des différents matériaux, les batteries au lithium utilisées comme batteries de voiture peuvent être divisées en batteries au phosphate de fer lithié, batteries à l'oxyde de cobalt lithié, et batteries à l'oxyde de fer lithié, batteries à l'oxyde de cobalt lithié. pile ternaire au lithium. En ce qui concerne la situation de charge actuelle sur le marché, les nouveaux modèles courants utilisent essentiellement des batteries ternaires au lithium et des batteries au phosphate de fer lithié. Les paragraphes suivants comparent les caractéristiques, les avantages et les inconvénients de ces deux types de batteries.
| Pile ternaire au lithium | Batterie au lithium fer phosphate | |
| Matériau de composition | Li(NiCoMn)O2 (Li(NiCoAl)O2 | LiFePO4 |
| Densité énergétique | Élevé (environ 240WH/kg) | Faible (environ 140WH/kg) |
| Volume / Poids | Petit/Léger | Large/lourd |
| Résistance à la température | Résistant aux basses températures, mais pas aux hautes températures | Résistant aux hautes températures, mais pas aux basses températures |
| Résistance aux basses températures : La limite inférieure de l'utilisation à basse température est de moins 30 degrés, et l'atténuation de la puissance est d'environ 15% en hiver. | Ne résiste pas aux basses températures : La limite inférieure d'utilisation à basse température est de moins 20 degrés, et la puissance est atténuée d'environ 30% en hiver. | |
| Ne résiste pas aux températures élevées : La température d'emballement thermique est d'environ 200°C~300°C, et le risque de combustion spontanée est élevé. | Résistance aux températures élevées : température d'emballement thermique supérieure à 500°C, faible risque de combustion spontanée. | |
| Sécurité | Pauvre | Mieux |
| Coût | Haut | Faible |
| Durée de vie | Faible durée de vie (La charge et la décharge commencent à se dégrader après environ 2000 fois) | Durée de vie élevée (Charge et décharge environ 3500 fois et commence à se dégrader) |
Pile ternaire au lithium
Une batterie au lithium ternaire est une batterie qui utilise comme matériau de cathode le lithium nickel cobalt oxyde de manganèse (Li(NiCoMn)O2) ou le lithium nickel cobalt aluminium (Li(NiCoAl)O2) ternaire. Actuellement, le premier est couramment utilisé dans les véhicules électriques.
Le matériau cathodique composite ternaire est composé de sel de nickel, de sel de cobalt et de sel de manganèse. Le rapport entre le nickel, le cobalt et le manganèse peut être ajusté en fonction des besoins réels. La batterie à cathode ternaire est plus sûre que la batterie à oxyde de cobalt et de lithium.
Parmi eux, les avantages des batteries ternaires au lithium résident dans la densité de stockage de l'énergie et la résistance aux basses températures. Tout d'abord, en termes de densité de stockage d'énergie, grâce à la tension élevée de la batterie ternaire au lithium, sa densité énergétique peut atteindre 240 WH/kg, soit près de 1,7 fois celle de la batterie au phosphate de fer lithié, qui est de 140 WH/kg.
Parallèlement, si l'on compare les batteries NCA et NCM, la NCA a de meilleures performances, mais en raison de sa température d'emballement thermique plus basse, elle nécessite un processus de fabrication et un coût élevés, et la technologie est entre les mains des entreprises automobiles japonaises et coréennes.
Par conséquent, la Chine développe principalement des batteries NCM dans les types de batteries automobiles, qui sont actuellement divisées en quatre types en fonction de la proportion de matériaux ternaires : 111, 523, 622 et 811. Parmi eux, les batteries 881 à haute teneur en nickel sont devenues l'orientation clé de la percée, car elles constituent la clé de l'amélioration de l'efficacité énergétique des batteries à haute teneur en nickel.
La deuxième est la résistance aux basses températures. La limite inférieure d'utilisation à basse température des batteries ternaires au lithium est de moins 30 degrés, ce qui est plus avantageux que la limite inférieure de moins 20 degrés pour les batteries au phosphate de fer lithié. Par rapport aux batteries à l'oxyde de cobalt et de lithium, les batteries ternaires au lithium sont plus sûres et mieux adaptées à la tendance de développement des batteries pour véhicules électriques à l'avenir.
Batterie au lithium fer phosphate
La batterie au phosphate de fer lithié est une batterie au lithium-ion utilisant le LiFePO4 comme matériau de cathode. Le phosphate de fer et de lithium présente trois avantages :
La première est une sécurité élevée, car la température d'emballement thermique des piles au phosphate de fer-lithium est généralement plus élevée que celle des piles au lithium ternaire. En revanche, les batteries au phosphate de fer-lithium présentent un risque moindre de combustion spontanée lors de la conduite à grande vitesse et de la charge rapide. Dans ces types de batteries automobiles, la stabilité de la batterie au phosphate de fer-lithium est actuellement la meilleure parmi les batteries au lithium pour véhicules.
La seconde est une durée de vie plus longue, car les batteries au phosphate de fer-lithium ne commencent à se dégrader que lorsque le nombre de cycles de charge et de décharge est supérieur à 3 500, ce qui signifie que leur durée de vie peut atteindre une dizaine d'années. Toutefois, par rapport aux batterie lfp vs nmcLe nombre de cycles de charge et de décharge de la batterie ternaire au lithium n'est que de 2 000, ce qui signifie que sa durée de vie n'est que de 6 ans, ce qui montre l'écart entre les deux.
La troisième est la réduction des coûts de fabrication, car les batteries au phosphate de fer-lithium ne contiennent pas de métaux précieux, de sorte que les coûts de production sont moindres. D'autre part, comme les batteries ternaires au lithium utilisent du cobalt métal, 70% de leurs réserves se trouvent en République démocratique du Congo, en Afrique, ce qui fait monter en flèche les prix de leurs importations. C'est une autre raison essentielle pour laquelle les fabricants de batteries sont contraints d'opter pour la technologie 811.
Piles à combustible
Une pile à combustible est un dispositif chimique qui convertit directement l'énergie chimique du carburant en énergie électrique, également connu sous le nom de générateur électrochimique. Contrairement aux autres types de batteries de voiture, elle convertit l'énergie chimique stockée dans le carburant et l'oxydant directement en énergie électrique selon le principe électrochimique. Le processus actuel est la réaction d'oxydoréduction. Le produit de la réaction ne pollue pas l'environnement.
Les piles à combustible sont principalement composées de trois parties : les électrodes, les électrolytes et les circuits externes. Le combustible est principalement constitué d'hydrocarbures tels que l'hydrogène et le méthanol. Les piles à combustible couramment utilisées peuvent être divisées en PEMFC à protons, SOFC, MCFC, PAFC et AFC en fonction de leurs différents électrolytes.
Parmi elles, la PEMFC est une pile à combustible relativement mature et largement utilisée en raison de ses divers avantages en termes de performances, notamment la faible température de fonctionnement de la batterie et la vitesse de démarrage rapide, et elle occupe une position dominante dans les livraisons mondiales.
Supercondensateurs
Les supercondensateurs, également connus sous le nom de condensateurs faradiques, sont des composants électrochimiques développés dans les années 1970 et 1980 pour stocker de l'énergie grâce à des électrolytes polarisés. Il s'agit d'une source d'énergie dont les performances se situent entre celles des condensateurs traditionnels et des batteries. Ils utilisent la structure à double couche électrique composée d'électrodes poreuses en carbone activé et d'électrolytes pour obtenir une très grande capacité, et s'appuient sur la double couche électrique et les charges d'oxydoréduction pour stocker l'énergie électrique.
Il n'y a pas de réaction chimique dans le processus de stockage de l'énergie, et ce processus de stockage de l'énergie est réversible, car ce supercondensateur peut être chargé et déchargé des centaines de milliers de fois.
Les avantages exceptionnels des supercondensateurs sont une densité de puissance élevée, des temps de charge et de décharge courts, une longue durée de vie et une large gamme de températures de fonctionnement. Par rapport aux produits traditionnels de type batterie de voiture, les supercondensateurs ne peuvent stocker qu'une petite quantité d'électricité. Par conséquent, sur un véhicule électrique rechargeable à la maison, ce condensateur ne peut pas être utilisé seul comme dispositif d'alimentation électrique, mais doit être utilisé en conjonction avec une batterie d'alimentation en carburant.
D'autre part, les supercondensateurs ont la capacité de décharger rapidement l'énergie électrique stockée. En outre, le temps de charge de ce type de condensateur est également très court, il ne faut que quelques secondes ou quelques minutes pour terminer la charge, et les performances ne seront pas réduites après plusieurs charges.
