Batterie


Assemblage d'un pack de batteries Tesla.

L'augmentation de la densité énergétique entraine une augmentation de l'autonomie
L'augmentation de la densité énergétique implique l'augmentation de l'autonomie.

Le pack de batteries du Roadster Tesla est le fruit de la mise au point de systèmes innovants et de 20 ans d'avancée technologiques de la cellule au lithium-ion. L'architecture ingénieuse du pack de batteries permet une accélération, une sécurité, une puissance et une fiabilité reconnue internationalement. Le pack non toxique est fabriqué au siège de Tesla, dans le nord de la Californie.

Le packde batteries pèse 450 kg, emmagasine 56 kWh d'énergie électrique et fournit jusqu'à 215 kW de puissance électrique. Les packs de batteries Tesla possèdent la densité énergétique la plus élevée de l'industrie. Pour atteindre cette densité énergétique, Tesla sélectionne d'abord des milliers de cellules au Ion-lithium, parmi les meilleures de l'industrie, et les assemble dans un pack de batteries à refroidissement liquide et enrobé dans une solide enveloppe métallique. La batterie est optimisée pour de meilleures performances, sécurité, longévité et coût.

LES PACKS LES PLUS DENSES EN ÉNERGIE DE L'INDUSTRIE

Les cellules utilisées dans un Roadster possèdent une chimie idéale pour les véhicules électriques.

Les batteries à hydrure métallique de Nickel (NiMH) sont généralement utilisées dans les véhicules hybrides. Toutefois, un pack-batterie de 56 kWh NiMH pèserait plus de deux fois le poids d'une batterie du Roadster. Tesla préfère utiliser des cellules de batterie au lithium-ion, qui réduisent considérablement le poids du pack du Roadster et améliorent l'accélération, la maniabilité et l’autonomie.

Grâce à la technologie au lithium-ion, plus besoin de vider la batterie avant de la recharger ; il n'y a plus d'effet de mémoire. Les propriétaires de véhicules Roadsters « complètent » simplement la charge de la batterie chaque nuit.

COMMENCER AVEC LES MEILLEURES CELLULES

Les cellules utilisées dans le pack de batteries du Roadster se dénomment « 18650 form-factor » du fait de leurs mesures : 18 mm de diamètre et 65 mm de longueur. Le form factor est un produit du marché électronique: plus d'un milliard de cellules 18650 sont produites chaque année. Tesla choisit des versions modifiées de ce form factor et les utilise dans des véhicules électriques.

Pour garantir le plus haut niveau de fiabilité et de sécurité du pack de batteries, Tesla utilise les cellules des meilleurs producteurs mondiaux. Ces sociétés disposent non seulement de la plus longue expérience de fabrication de cellules, mais elles se sont également montrées productives, en prenant des orientations qui ont permis de concevoir un pack sûr et fiable. Même si Tesla n'annonce pas quelles cellules sont utilisées dans tel ou tel véhicule, certaines relations entre fournisseurs de batterie et Tesla ont été publiées.

La petite taille de la cellule facilite le transfert de chaleur, permettant une gestion précise de la recharge, et améliorant la fiabilité et la durée de vie du pack de batteries. Chaque cellule est enveloppée dans un tube d'acier qui transfère efficacement la chaleur hors de la cellule. La petite taille de la cellule la rend isothermique et sa surface large lui permet de répandre sa chaleur dans l'environnement ambiant.

ARCHITECTURE INTELLIGENTE ET SÛRE D'UN PACK DE BATTERIES

Soixante-neuf cellules sont connectées en parallèle sous forme de briques. Quatre-vingt-dix-neuf briques sont connectées en série afin de créer des feuilles, et 11 feuilles sont insérées dans le boîtier du pack. Au total, un pack est constitué de 6 831 cellules. Des niveaux de température appropriés sont maintenus dans les cellules grâce à un système de refroidissement liquide breveté, qui comprend des capteurs situés à l'intérieur du pack et surveillés par le micrologiciel de la voiture. Le liquide de refroidissement circule à travers le pack afin de permettre un transfert efficace de la chaleur des cellules. Le système de refroidissement est tellement efficace que les cellules situées aux extrémités du pack-batterie n'ont qu'une très faible différence de degré de chaleur. C'est très important si l'on veut maximiser la vie de la batterie tout en optimisant ses performance et garantissant sa sécurité.

Tesla a consacré des efforts considérables à la sécurité du pack-batterie aussi bien à travers ses travaux d'ingénierie que par son implication dans l'industrie. Tesla assiste l'industrie en tant que membre actif de la SAE 2464 et de la SAE 2929, deux grands comités pour la sécurité des packs de batteries. Son implication active dans l'adoption de normes permet non seulement à Tesla de se conformer aux bonnes pratiques, mais elle offre également aux ingénieurs Tesla un forum leur permettant de discuter sur le haut niveau de sécurité qu'ils peuvent attendre des véhicules électriques.

Les systèmes haute tensions du Roadster Tesla sont protégés contre les contacts accidentels grace à leurs boîtiers de protection et leurs câbles gainés. Les composantes hautes tensions ne sont accessibles qu'à l'aide d'outils spéciaux. En cas d'impact significatif ou de tonneau, le système de haute tension est automatiquement déconnecté à l'intérieur du pack, afin de réduire les risques d'exposition haute tension. Le déploiement de l'airbag entraîne l'arrêt immédiat des circuits hautes tensions du véhicule. Les systèmes haute tension sont enveloppés, étiquetés et chromocodés avec des marques que les techniciens de révision et d'intervention en cas d'urgence savent reconnaître.

L'enveloppe du pack est conçue pour résister à une pression importante à l'intérieur du véhicule, tout en préservant l'intégrité des composantes internes. Le pack est un membre du châssis soumis à une contrainte. Il permet de renforcer la rigidité de l'arrière du véhicule. Le Roadster a passé les tests d'impacts frontaux, arrières et latéraux de la FMVSS, tel que spécifié par l'administration nationale des Etats-Unis pour la sécurité du transport routier. Les rapports issus des collisions prouvent que le pack de batteries est bien protégé dans ces éventualités.

PERFORMANCE PROFESSIONNELLE DANS N'IMPORTE QUELLES CONDITIONS

En général, les cellules à lithium-ion ne peuvent être chargées en dessous de 0 degré Celsius, ce qui empêche, en théorie, la recharge dans des environnements froids. Pour surmonter cet obstacle lié à la recharge par temps froid, le Roadster a été conçu avec un générateur de chaleur qui réchauffe les cellules (lorsque la voiture est branchée) jusqu'à ce qu'elles atteignent la température de recharge appropriée. En l'absence de chauffe-batterie, les conducteurs vivant dans des zones froides seraient confrontés à des difficultés de recharge.

De même, les cellules sont conçues pour fonctionner dans des environnements très chauds. Des performances de conduite élevées peuvent être réalisées même dans les zones les plus chaudes du monde. Si la température monte au-dessus d'un seuil fixé, l'unité de climatisation envoie le liquide de refroidissement réfrigéré à travers le pack. A l'instar des voitures thermiques, le liquide de refroidissement réfrigéré continue de circuler après l'arrêt du moteur afin de maintenir la température à un niveau approprié. Le refroidissement du pack permet au conducteur d'effectuer une recharge rapide après avoir roulé sous un climat chaud. En l'absence d'un tel système de refroidissement, la recharge dans des zones chaudes serait retardée après chaque sortie.

RECYCLAGE

Au terme de leur durée de vie, les cellules et le pack pourraient, conformément à la loi, être évacués dans une décharge. Les packs ne contiennent ni métaux lourds, ni matières toxiques. Alors que les composants pourraient être tout simplement jetés, Tesla a mis sur pied une stratégie de recyclage qui réutilise ou recycle plus de 60 % de la batterie. Dès que les volumes de production du pack augmenerontt, des étapes supplémentaires de recyclage deviendront rentables et le pourcentage de recyclage montera à 90 %. Les composantes récupérées au cours du procédé de recyclage sont précieuses, ce qui constitue une incitation financière au recyclage.


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