Les batteries cinétiques, la solution de recharge rapide pour les voitures électriques

Les batteries cinétiques, la solution de recharge rapide pour les voitures électriques ?

La question de la recharge des véhicules électriques est essentielle pour le déploiement de cette technologie. La création d’un réseau dense et puissant est une des conditions pour faire émerger les voitures électriques, qui représentent aujourd’hui moins de 2 % du parc roulant. Les réseaux de bornes se développent et les avancées technologiques permettent désormais de recharger plus vite. Une course à la puissance est lancée, avec les batteries cinétiques comme nouvelle tendance. Explications.

La course à la puissance sur le réseau de recharge

Actuellement, pour recharger un véhicule électrique, il est possible d’utiliser une recharge classique, à domicile ou sur une borne, ou de se tourner vers un système de recharge rapide. Ces bornes rapides ou « ultra-rapides », selon leur dénomination, délivrent une puissance supérieure à 100 kW qui peut atteindre 350 kW, dans le cas des chargeurs les plus puissants.

Problème, ces bornes ont une puissance bien supérieure à l’alimentation électrique que nous retrouvons dans nos logements (de 6 à 9 kW). Surtout, l’appel sur le réseau électrique déclenché lorsqu’une voiture vient se brancher est important, pouvant entraîner un déséquilibre. Sans parler des travaux importants et coûteux nécessaires pour implanter ces fameuses bornes de puissance.

C’est ce qui explique qu’on les retrouve aujourd’hui majoritairement sur autoroute, et que les constructeurs aient une vision mitigée du sujet. Certains se sont lancés dans le projet d’installer ou de financer, à travers de nouvelles sociétés, de véritables corridors de chargeurs à haute puissance, soit l’équivalent de nos stations-service actuelles. Il s’agit là d’un investissement opportuniste, afin d’arriver les premiers sur cette technologie de la haute puissance tout en profitant d’un foncier disponible. Ionity, le consortium créé par BMW, Daimler, Ford et Volkswagen, a déjà commencé à équiper le réseau Vinci Autoroutes de solutions de charge rapide. L’objectif fixé est de 400 points de charge dans toute l’Europe avant la fin de l’année 2020.

Mais certains constructeurs refusent de se lancer dans cette course à la puissance. Ils ne voient pas le modèle économique viable de ces infrastructures surdimensionnées.

Les batteries tampons, une solution complète

Afin de contourner le problème du pic local de consommation créé lorsque plusieurs véhicules électriques viennent utiliser un chargeur rapide, les batteries tampons apparaissent comme une solution.

Plutôt que de consommer directement l’électricité nécessaire à sa recharge, la voiture va aller puiser dans une batterie tampon. Cette dernière est alimentée en permanence par le réseau électrique grâce à une puissance moyenne. Son chargement s’effectue de manière lente, en plusieurs heures, mais la batterie peut délivrer sa puissance à un véhicule qui vient se charger de manière rapide. Ce rôle de « tampon » permet de ne pas solliciter le réseau électrique directement et assure une vraie stabilité.

Mais cette solution entraîne plusieurs problèmes. Tout d’abord, il est indispensable de devoir dimensionner le tampon nécessaire pour pouvoir offrir une recharge rapide à un certain nombre de véhicules pendant un temps donné. En clair, si les utilisateurs ne peuvent pas compter sur une recharge rapide car plusieurs utilisateurs sont passés avant, le système n’est pas viable. Tout le défi consiste donc à trouver le bon équilibre entre la demande attendue et le temps de recharge plus lent au travers du réseau électrique.

Autre frein majeur : le prix. Les batteries li-ion, LiFePO4 (Lithium Fer Phosphate) coûtent cher. Il convient enfin de prendre en compte leur durée de vie car elles n’apportent pas un nombre de cycles de charge illimité. Il peut donc s’agir d’une solution à court ou moyen terme, mais qui ne pourra pas assurer son rôle pendant plusieurs années.

La batterie cinétique (roue à inertie) solution de recharge rapide

Puisque la recharge directe auprès du réseau électrique implique plusieurs limites techniques, et puisque les batteries tampons ne constituent pas une solution durable, quelles réponses apporter ? Il semble que les roues à inertie, également appelées volants à inertie, émergent comme la meilleure solution.

Le principe du volant à inertie est simple. Dans un environnement qui ne présente pas de frottements, une pièce entre en rotation et conserve l’énergie emmagasinée avant de la restituer à la demande.

On peut citer plusieurs utilisations de batteries cinétiques dans le monde du sport automobile. La Formule 1, discipline connue pour être à la pointe de la technologie, a utilisé à une certaine époque le KERS (Kinetic Energy Recovery System), fonctionnant sur le principe de l’énergie cinétique. Porsche a développé une voiture d’endurance – la Porsche 911 GT3 R Hybrid – qui était dotée d’un volant à inertie développé par Williams Hybrid Power Ltd. Ce système était capable de tourner à 40 000 tr/min pendant les phases de freinage. En 2011, cette voiture a remporté une course (championnat VLN) devenant la première voiture hybride à s’imposer en compétition.

Comment cette technologie de roue à inertie peut-elle se décliner pour aider au déploiement de chargeurs rapides pour voitures électriques ? Imaginez une roue qui est entraînée à grande vitesse lorsqu’elle n’est pas utilisée. Ce mouvement est entretenu par l’énergie électrique qui est apportée par le réseau. Ensuite, lorsqu’une voiture se présente pour être rechargée, la borne libère l’énergie emmagasinée en ralentissant le mouvement de la roue qui se « décharge ». Une fois le véhicule rechargé et parti, le courant électrique du réseau peut relancer la roue à grande vitesse pour qu’elle se recharge à nouveau.

Maintenant que vous visualisez le concept, il suffit d’imaginer non pas une roue à inertie, mais bien un ensemble de plusieurs dizaines de ces batteries cinétiques.

Cette solution de l’énergie cinétique permet de stocker l’énergie mais aussi de soulager le réseau pendant les heures de pointe. Contrairement aux stations de charge classiques, qui nécessitent d’être reliées au réseau en permanence, une station de charge avec des roues cinétiques dispose d’un stock d’électricité permanent. Tout ceci est purement mécanique et ne nécessite pas de se tourner vers les composants chimiques des batteries classiques.

Demain, une charge électrique sans fil ?

Une société Israélienne, Chakratec, propose d’utiliser des roues inertielles qui ont la capacité de stocker 3 kWh d’énergie sous forme cinétique pour une puissance en pic de 10 kW. Le système permet environ 200 000 cycles (charge et décharge). Selon le fabricant, cela signifie une durée de vie d’environ 20 ans. Une première station de recharge a été installée à Prague et sert de véritable laboratoire d’expérimentation. La borne est alimentée par dix roues d’inertie abritées dans un conteneur, le tout pouvant recharger cinq véhicules par heure.

Rappelons que peu de modèles acceptent déjà une puissance de charge de 100 kW. C’est ce qui explique que, pour le moment, les bornes de recharge rapide jusqu’à 10 kW soient la norme. La recharge ultrarapide au-delà de 100 kW apparaît aujourd’hui comme une obligation pour pouvoir développer la présence des voitures électriques sur nos routes, et leur permettre de longs trajets. Mais en ayant une vision à plus long terme, ces stations de recharge seront obsolètes.

À l’avenir, l’induction permettra au véhicule de se recharger automatiquement en roulant. Il devrait également être possible d’utiliser le principe de la recharge intelligente, en sollicitant le réseau pour recharger les véhicules électriques uniquement pendant les heures creuses, lorsque l’énergie est réellement disponible. Mieux, la configuration de recharge bidirectionnelle ou V2G (vehicle to grid, « véhicule au réseau »), elle aussi encore futuriste aujourd’hui, pourrait permettre des échanges entre le véhicule et un logement. La voiture électrique serait alors la source d’alimentation pour la maison pendant les heures de pointe en début de soirée, avant de récupérer l’énergie pendant la nuit…

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2 commentaires pour “Les batteries cinétiques, la solution de recharge rapide pour les voitures électriques ?

  1. Ce n’est pas demain que ces véhicules électriques pourront , par exemple pour partir en vacances, effectuer 1000 km sans devoir ètre rechargés .
    Invonvénients majeurs :
    – Trouver un chargeur libre et la place pour se garer à quelques centaines de km de la ville de départ alors que vous ètes des milliers a vouloir le faire au mème moment et au mème endroit.
    – Une fois sur place : rebelote sur les lieux de séjour .
    – Attendre des heures pour que ce fichu chargeur ait terminé son travail .
    – Idem si vous effectuer ces trajets pour votre travail .( vos clients risquent de vous attendre quelques peu .)
    Conlusion : Bonjour les utopistes !!!!
    Ces engins s’adressent à des firmes ou entreprises ayant des activitées bien spécifiques .

  2. Il ne faut pas oublier le rendement de ces systèmes, car pour faire tourner les roues inertielles, se trouve un moteur avec son variateur, et à la restitution un alternateur avec son onduleur. Tout cela a un rendement, peut être de 70 à 90 %, ce qui veut dire que 10 à 30 % de l’énergie électrique est perdue.

    Pour le système V2G, qui va accepter de faire des cycles supplémentaires sur sa batterie et donc sérieusement diminuer sa durée de vie ?

    De mon expérience de l’utilisation d’entreprise ayant 3 VE de 40 kWh et 4 thermiques, la moitié des km peut se faire en électrique et sans utiliser les bornes publiques.
    C’est agréable et financièrement économique.

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