La batterie, cette inconnue : par Fabio FERRARI

Chérie, tu as bien déchargé ton portable avant de le charger ?

Certaines habitudes ont la vie dure. L’effet mémoire qui réduisait la capacité des batteries NiCd (Nickel Cadmium) n’existe plus depuis que cette technologie polluante a été quasiment interdite (directive 2006/66/CE) ! Pour mémoire, si ces batteries n’étaient pas utilisées à 100% périodiquement, elles « mémorisaient » le pourcentage d’utilisation et ne permettaient plus l’utilisation du pourcentage restant.

La décharge profonde

L’effet mémoire n’existe plus en NiMH (Nickel-Metal Hydride) et Lithium. Au contraire, la technologie NiMH qui a remplacé le NiCd n’aime pas les « décharges profondes », c'est-à-dire, l’utilisation de la batterie à 100%. La décharge profonde réduit la durée de vie de la batterie. Pire encore, le stockage déchargé peut détruire la batterie. Cette durée de vie s’exprime en nombre de cycles de charge/décharge profonde, et on considère qu’une batterie est « morte », une fois qu’elle stocke moins de 80% de sa charge initiale. A titre de comparaison, une batterie au plomb admet 200 à 300 cycles, une batterie NiCd 1500, NiMH 300 à 500 cycles, et les meilleures batteries lithium 2000 cycles. Lorsque l’on recharge sa batterie alors qu’elle n’est pas complètement déchargée, on augmente considérablement le nombre de cycles et donc, sa durée de vie. Cette astuce permet à Toyota d’annoncer 600 000 km pour sa batterie NiMH, soit largement plus que les 300 000 km généralement retenus pour la durée de vie des composants automobiles, et de la garantir 160 000km. Revers de la médaille, une batterie de 8kWh n’aura plus qu’une « capacité réelle » de 2,4kWh si on ne l’utilise qu’à 30%[1], mais elle fera ses 600 000 km. On imagine facilement l’impact de ce pourcentage sur le poids et sur les coûts.

 Le prix du réservoir ?

Passer d’une voiture à essence à une voiture électrique nécessite d’être capable de stocker du courant, la batterie est une des solutions. Mais pour que la comparaison soit juste entre les deux vecteurs d’énergie, il faut intégrer le coût du « réservoir »[2]. En effet, stocker de l’essence dans un réservoir en acier ne coûte pas cher alors que le prix du « réservoir batterie » est loin d’être négligeable ! Quel rapport avec le nombre de cycles ? L’amortissement du coût de la batterie se fait sur sa durée de vie, qui s’exprime en nombre de cycles… encore faut-il transformer « cycle » en kilomètres pour que la comparaison soit possible, ce que nous allons tenter de faire.

De l’essence aux kilos de batterie…

Un litre de gazole ≈ 3.3kWh ≈ 33kg de batterie Lithium de dernière génération si l’on considère que :

• Le rendement d’une motorisation diesel est de 30% en cycle mixte[3],
• Le rendement du moteur électrique et de l’électronique de puissance est de 90%,
• 1kWh de batterie lithium moderne pèse 10kg
• 1 litre de gazole contient environ 10 kWh[4]

Ces 33 kg sont à comparer aux 0.85kg de l’équivalent gazole… Mais il ne s’agit pas de refaire le débat sur la voiture électrique.

Du kilo de batterie au prix au km…

Le prix du kWh est d’environ 400€. Les grosses batteries sont encore chères si on les compare aux batteries de portable qui sont quasiment moitié moins chers au kWh. Il n’y a pas aujourd’hui de grandes séries pour les batteries de traction qui permettent d’abaisser leurs coûts. Donc en considérant qu’une Scenic a besoin de 16kWh au 100km en cycle mixte, nos 3.3 kWh consommés avec un rendement de 90% nous permettent de faire 18.6km, et cela, 2000 fois. Le coût de la batterie au km est donc de 400 * 3.3 / (2000 * 18.6) = 0.035 €/km. Si on n’utilise pas 100% de la capacité, par exemple, 80%, la batterie devrait tenir 5000 cycles[5]. Le coût devient alors : 400 * 3.3/80% / (5000 * 18.6) = 0.018 €/km. Si on ajoute à ce prix, le coût électrique de 0.16*3.3/18.6 = 0.028€/km[6], on obtient 0.046 €/km. A comparer au 0.07 €/km de gazole[7].

La voiture électrique coûte donc moins cher !

Non seulement elle pollue moins, mais elle est plus efficace et coûte moins cher à l’usage. La chaine de traction électrique est plus simple donc nécessairement moins couteuse qu’un moteur thermique, une boite de vitesse, des cardans etc.

Il y a fort à parier que les fournisseurs de batteries qui seront, ou sont déjà pour certains, choisis pour être les fournisseurs des constructeurs, devraient connaître des croissances fortes en terme de volume. C’est le cas de Johnson Controls-Saft choisi par Mercedes, A123 par GM etc.

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[1] Ce pourcentage s’appelle aussi DOD, Depth Of Discharge ou profondeur de décharge.

[2] Vision simplificatrice qui ne fait pas entrer en ligne de compte la chaîne de traction, mais qui facilite les comparaisons.

[3] Le carburant est transformé par le moteur et la transmission en déplacement du véhicule. Lorsque l’on brûle de l’essence ou du gazole, ils dégagent une certaine quantité d’énergie. Le rapport entre cette quantité d’énergie contenue dans un litre de carburant et la quantité d’énergie réellement transmise aux roues pour déplacer le véhicule est de 20 à 40%. La loi de Carnot est passée par là.

[4] 1litre de gazole = 10kWh. 10kWh * 30% / 90%=3,3kWh. 3.3kWh * 10kg=33kg avec un DOD de 100%, mais 33/60%=55kg avec un DOD de 60%.

[5] On ne peut pas augmenter exagérément : le poids de la batterie devient trop important.

[6] 0,16€/kWh, moyenne européenne

[7] La Scenic consomme 5.2l/100 en cycle mixte, avec un gazole à 1.37€/l, cela donne 5.2*1.37/100=0.07€/km

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Par Fabio FERRARI,  fondateur de Symbiocars (site encore en construction).

Symbiocars est une société qui a pour objectif d’aider au développement des jeunes pousses

travaillant sur les transports renouvelables.