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Dossiers-Conseils > Fonctionnement d'une auto > Batterie lihtium ion de voiture électrique : principe 28/01/2015

Comment fonctionne une batterie de voiture électrique au lithium ion?

Après avoir vu dans un autre article le fonctionnement d'une batterie au plomb qui équipe toutes les voitures, voyons maintenant le principe d'une voiture électrique et surtout sa batterie au lithium ...


Principe

Comme dans tout type de batterie, le principe reste similaire : à savoir générer de l'énergie (ici de l'électricité) à partir d'une réaction chimique voire même électrique car la chimie n'est jamais bien loin de l'électricité. En effet, les atomes eux-mêmes sont constitués d'électricité : ce sont les électrons qui gravitent autour du noyau et qui forment en quelque sorte la "coquille" de l'atome, ou même sa "peau". Sachant aussi que les électrons libres sont des morceaux de peau volatiles qui passent leur temps à aller d'un atome à l'autre (sans s'y fixer).
On va alors ici prendre un "morceau de la peau" des atomes (donc une partie de son électricité) par réaction chimique afin d'obtenir de l'électricité.

Elements de base

Tout d'abord il y a deux pôles (les électrodes) que l'on nomme cathode (borne + : en oxyde de cobalt de lithium) et anode (borne - : en carbone). Chacun de ces pôles est constitué d'une matière qui va soit rejeter des électrons (-) soit en attirer (+). Le tout baigne dans de l'électrolyte qui va permettre la réaction chimique (un transfert de matière de l'anode à la cathode) résultant de la génération de l'électricité. Une barrière est insérée entre ces deux électrodes (anode et cathode) afin d'éviter le court circuit.

Notez que la batteries est composée de plusieurs cellules, dont chacune est formée par ce que l'on peut voir sur les schémas. Si par exemple je cumule 2 cellules de 2 volts, j'ai un total de 4 volts en sortie de batterie. Pour propulser une voiture de plusieurs centaines de kg, imaginez un peu le nombre de cellules qu'il faut ...

Que se passe-t-il à la décharge ?


A droite, ce sont les atomes de lithium. Il sont représentés en détail : le coeur en jaune représente les protons et les ronds verts les électrons qui tournent autour.

Quand la batterie est pleine, tous les atomes de lithium sont du côté de l'anode (-). Ces atomes sont constitués d'un coeur (lui-même constitué de plusieurs protons) ayant une force électrique positive de 3, et les électrons sont 3 à avoir une force électrique négative de 1 (soit un total de 3 aussi car 3 X 1 = 3). L'atome est donc stable avec 3 positifs et 3 négatifs (il n'attire ni ne rejette les électrons).


On arrache un électron au lithium, qui se retrouve alors avec seulement deux en sa possession : il est alors attiré vers le + et passera par la cloison

Quand je vais mettre le contact entre les bornes + et - (quand j'utilise la batterie donc), des électrons vont être propulsés de la borne - vers la borne + par le fil électrique externe à la batterie. Cependant, ces électrons proviennent de la "chevelure" des atomes de lithium ! En gros, sur les 3 électrons qui tournent autour, 1 est arraché, n'en laissant alors que 2 pour l'atome. Du coup, sa force électrique n'est plus équilibrée, ce qui va aussi donner lieu à la réaction chimique. Notez aussi que l'atome de lithium devient un ion lithuim+ car il est désormais positif (3 - 2 = 1 / Le coeur vaut 3 et les électrons 2 depuis que l'on en a perdu un. L'addition résultant à 1 et non 0 comme avant. Il n'est plus neutre donc).

La réaction chimique résultante du déséquilibre (suite à l'arrachage des électrons pour avoir du courant) va avoir comme conséquence d'envoyer les ion lithium+ vers la cathode (borne +) en traversant la paroi destinée à isoler le tout. Au final les électrons et les ions+ se retrouvent du côté +.



Quand la réaction est terminée la batterie est à plat. Il y a désormais un équilibre entre les bornes + et - ce qui empêche alors maintenant d'avoir de l'électricité. En gros, le principe consiste à provoquer une dépression au niveau chimique / électrique pour pouvoir créer un courant électrique. On peu voir la chose comme un fleuve, plus il est pentu plus l'intensité de l'eau qui coule sera importante. En revanche, si le fleuve est sur du plat, il ne s'écoulera plus, ce qui représente alors une batterie vidée.

Recharge ?


La recharge consiste a renverser le processus en injectant des électrons vers le - et en enlevant du plus par aspiration (un peu comme on ferait remonter l'eau du fleuve pour de nouveau exploiter sa coulée). En faisant cela, tout se reforme dans la batterie comme cela l'était avant de la décharger.
En gros, quand on décharge on exploite la réaction chimique, et quand on la recharge on remet les choses d'origine (mais il faut pour cela de l'énergie, et donc une borne de recharge).


Usure ?

Les batteries au lithium s'usent plus rapidement que les bonnes vieilles batteries au plomb qui équipent nos autos depuis des lustres. L'électrolyte a tendance à se dégrader tout comme les électrodes (anode et cathode), mais il faut aussi prendre en compte qu'un dépôt se forme sur les électrodes, ce qui réduit le passage des ions d'un côté vers l'autre ... Des appareils spéciaux permettent de récupérer des batteries usés en les déchargeant de manière très spécifique.

Puissance du moteur et puissance de la batterie ...

Contrairement à une voiture thermique, ce n'est pas le réservoir qui va avoir une incidence sur la puissance. Si vous avez un moteur de 400 ch, avoir un réservoir de 10 litres ne vous empêchera pas d'avoir les 400 ch, même si cela sera pour très peu de temps ... Pour une voiture électrique ce n'est pas du tout la même chose ! Si la batterie n'est pas assez performante, le moteur ne pourra pas être exploité à sa pleine puissance ... Ce qui est le cas sur certains modèles, dont le moteur ne pourra donc jamais être poussé à fond (sauf qi le propriétaire bricole et ajoute une batterie de gros calibre !).

A découvrir maintenant : le fonctionnement d'un MOTEUR électrique

Pour vous les bouchons :

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Par claudius53 (Date : 2017-11-12 14:37:14)

article écrit par "hiero"
Madame ou Monsieur, vous fêtes très fort en matière d'orthographe: fautes de
liaison, fautes d'accord, fautes de vocabulaire......j'en ai compté 27.
Alors commencez par réviser et écrire correctement, et vous serez moins
ridicule.
Sur le fond, vous avez un peu raison, car l'exploitation du lithium est faite
dans des conditions qui génèrent de la pollution avant la phase d'utilisation.
mais à l'usage, il y a beaucoup moins de pollution qu'un moteur thermique,
diesel ou même essence.
Concernant l'après-pétrole dans environ 30 ans, vous verriez quoi comme mode d'énergie, en dehors de l'électricité, l'hydrogène, le bio-gaz, ou l'air
comprimé, pour faire fonctionner voitures, motos, camions, etc...

Il y a 3 réaction(s) sur ce commentaire :

  • Par Wanu1966 TOP CONTRIBUTEUR / MECANO (2017-11-12 21:01:09) : Avant de faire des leçons de moral sur l'orthographe, révisez le vôtre, déjà une faute sur la première ligne ! MDR.
  • Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2017-11-13 07:50:12) : "Mais à l'usage il y a beaucoup moins de pollution". Très vague, vous y mettez quoi dans votre batterie (mode de recharge) ? Du charbon ? Du nucléaire ? ...
    Pour votre réflexion du début vous pouvez vous la garder. Je ne suis pas contre ce genre de remarque mais quand elles sont dites avec un minimum de tact.
    3Alors commencez par réviser et écrire correctement", mais pour qui vous prenez-vous ?
  • Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2017-11-13 08:33:02) : A priori j'ai fait une erreur ... Vous répondiez à un internaute dénommé Hiero ?
    Excusez mon intervention "défensive" si c'est le cas ...

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Derniers commentaires postés (ordre décroissant):


Par hiero (Date : 2016-10-02 20:19:41)


A l heure actuelle rien de plus polluant que les voiture Electrique car l Electricité sont des centrale nucléaire quand il y a un hiver tres froid les centrale n arrive meme pas a fournir asse d electricite.. alors imaginer 10 millions de voiture electrique ?? maintenant quel bon pretexte pour construire d autre nouvelle centrale.. alors les ecolos ,la rigoleront beaucoup moins qaund on leur dira qu il faut d autre centrale pour qu ils puissent prndre leur bagnole et je passe encore pleins de choses...


Il y a 4 réaction(s) sur ce commentaire :

  • Par Wanu1966 TOP CONTRIBUTEUR / MECANO (2016-10-02 21:33:06) : Je ne suis pas un adepte des véhicules électriques car elles sont loin d'être au point, à commencer par l'autonomie !
  • Par daveh6 (2016-11-30 18:14:04) : pas besoin de nucleaire quand ont a l hydro electricite ! personnelemnt je prefere electrique car revien moin chere a rouler 0.057$ le kw/h. emplus tesla s a une meilleur autonomie que mon cayenne a essence
  • Par ms74 (2017-08-11 15:18:12) : Jusqu'à preuve du contraire, l'hydraulique pour la production d'électricité est saturée en France.Par ailleurs, il ne faut pas dire que l'hydraulique est sans dangers.Voir le barrage de Bort-les Orgues dont la rupture provoquerait au moins 300000 morts par effet de cascade et raz de marée dans la vallée de la Dordogne, jusqu'à Bordeaux.A notre époque où les attentats sont courants, il faut y penser.
  • Par Hubert (2017-10-10 14:51:57) : Le solaire et l'éolien peuvent charger une voiture. C'est même un excellent moyens de stockage d'électricité non utilisée. Exemple : un toit fait tourner la machine à laver, le congélateur, la box… mais quand tout cela est éteint le trop plein peut aller dans la voiture.
    Les japonais depuis Fukushima vont même à utiliser le reste d'énergie de la voiture pour l'électricité du soir. Le couple voiture plus panneaux solaire est très largement sous exploité.

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