Une nouvelle étude du SLAC-Stanford University Battery Center montre que les batteries des véhicules électriques (VE) peuvent durer beaucoup plus longtemps dans des conditions réelles qu'on ne le pensait auparavant. En testant les batteries via des profils de décharge dynamiques simulant des scénarios de conduite réels, les chercheurs ont découvert que ces conditions peuvent prolonger la durée de vie de la batterie, renversant ainsi certaines hypothèses de longue date sur la dégradation des batteries des véhicules électriques.
Les batteries de véhicules électriques (VE) utilisées dans des conditions de conduite typiques, telles que la conduite dans une circulation dense, les longs trajets sur l'autoroute, les courts trajets en ville et les longues périodes de stationnement, peuvent durer jusqu'à 30 % plus longtemps que prévu. La découverte provient d'une nouvelle étude menée par des chercheurs du SLAC-Stanford Battery Center, une collaboration entre l'Institut Precourt pour la recherche énergétique de l'Université de Stanford et le Laboratoire national des accélérateurs du SLAC. Les résultats suggèrent que les propriétaires de véhicules électriques n’auront peut-être pas besoin de remplacer des batteries coûteuses ou d’acheter de nouveaux véhicules aussi rapidement qu’ils le pensent.
Traditionnellement, lorsque les scientifiques et les ingénieurs spécialisés dans les batteries testent de nouvelles conceptions de batteries en laboratoire, ils effectuent des cycles de charge et de décharge à plusieurs reprises à un rythme constant. Cette approche permet aux chercheurs d’évaluer rapidement la durée de vie de la batterie et d’autres caractéristiques de performances. Cependant, ces tests peuvent ne pas refléter avec précision les conditions de conduite réelles, ce qui entraîne des estimations trop prudentes de la durée de vie de la batterie.
Selon une étude publiée le 9 décembre dans Nature Energy, ce n'est pas un bon moyen de prédire la durée de vie de la batterie d'un véhicule électrique, en particulier pour ceux qui possèdent un véhicule électrique pour leurs déplacements quotidiens. Même si les prix des batteries ont chuté d’environ 90 % au cours des 15 dernières années, les batteries représentent encore près d’un tiers du prix des véhicules électriques neufs. Les passagers actuels et futurs des véhicules électriques pourraient donc être heureux d’entendre cette nouvelle.
"Nous n'avons pas testé les batteries des véhicules électriques de la bonne manière", a déclaré l'auteur principal Simona Onori, professeur agrégé au Département des sciences et de l'ingénierie énergétiques de la Dole School of Sustainability de Stanford. "À notre grande surprise, pendant la conduite réelle, des accélérations fréquentes, des freinages pour recharger la batterie, des arrêts pour faire du shopping dans les magasins et des repos de la batterie pendant quelques heures ont tous contribué à prolonger la durée de vie de la batterie, ce qui n'est pas ce que nous pensions sur la base des tests de laboratoire standards de l'industrie."
Les chercheurs ont conçu quatre courbes de décharge pour les véhicules électriques, allant de la décharge continue standard à la décharge dynamique, basées sur des données de conduite réelles. L’équipe de recherche a effectué des tests de courbe de décharge sur 92 batteries lithium-ion commerciales pendant plus de deux ans. En fin de compte, plus la courbe de décharge reflète le comportement de conduite réel, plus la durée de vie attendue du véhicule électrique est longue.
L’étude a révélé que plusieurs facteurs contribuent à la durée de vie étonnamment longue. Les algorithmes d'apprentissage automatique formés sur toutes les données collectées par l'équipe de recherche aident à comprendre l'impact des courbes de décharge dynamiques sur la dégradation de la batterie.
Par exemple, la recherche montre une corrélation entre une accélération brusque et brève du véhicule électrique et une décroissance plus lente. Cela va à l’encontre d’une hypothèse de longue date des chercheurs en batteries, y compris notre équipe, selon laquelle l’accélération maximale est mauvaise pour les batteries des véhicules électriques.
Appuyer plus fort sur la pédale n’accélérera pas le vieillissement. Alexis Geslin, l'un des trois auteurs principaux de l'étude et doctorant en science et ingénierie des matériaux et en informatique à la School of Engineering de Stanford, explique.
L’équipe a également étudié la différence entre le vieillissement de la batterie dû à de multiples cycles de charge et de décharge et le vieillissement de la batterie au fil du temps. Si une batterie à la maison reste inutilisée dans un tiroir pendant de nombreuses années, même si elle fonctionne, elle ne fonctionnera pas aussi bien que lorsque vous l'avez achetée.
"Nos ingénieurs en batteries estiment que le vieillissement cyclique est bien plus important que le vieillissement induit par le temps. Cela s'applique principalement aux véhicules électriques commerciaux, tels que les bus et les camionnettes de livraison, qui sont presque toujours utilisés ou en charge", a déclaré Geslin. "Pour les consommateurs qui utilisent des véhicules électriques pour se rendre au travail, récupérer leurs enfants, aller à l'épicerie, mais qui pour la plupart ne les utilisent pas ou même laissent leur voiture et leurs batteries complètement inutilisées, le temps devient une cause de vieillissement plus importante que la circulation."
Cette étude a identifié un point idéal de taux de décharge moyen qui équilibre le vieillissement temporel et le vieillissement cyclique, au moins pour les cellules commerciales testées. Heureusement, cette fenêtre s’inscrit dans la gamme des consommateurs qui conduisent réellement des véhicules électriques. Les constructeurs automobiles peuvent mettre à jour leur logiciel de gestion de batterie de véhicule électrique pour tirer parti des nouvelles recherches visant à maximiser la durée de vie de la batterie dans des conditions réelles.
"À l'avenir, il sera important d'évaluer de nouvelles compositions chimiques et conceptions de batteries avec des courbes de demande réalistes", a déclaré LeXu, chercheur postdoctoral en sciences et ingénierie de l'énergie. "Les chercheurs peuvent désormais revisiter les mécanismes présumés du vieillissement au niveau des produits chimiques, des matériaux et des batteries pour mieux comprendre. Cela facilitera le développement d'algorithmes de contrôle avancés pour optimiser l'utilisation des architectures de batteries commerciales existantes." "
Cette étude montre que les implications ne se limitent pas aux batteries. Les scientifiques et les ingénieurs peuvent appliquer ces principes à d’autres applications de stockage d’énergie, ainsi qu’à d’autres matériaux et dispositifs dans les domaines des sciences physiques où le vieillissement est critique, comme les plastiques, le verre, les cellules solaires et certains biomatériaux utilisés dans les implants.
"Ce travail met en évidence la puissance de l'intégration de plusieurs domaines d'expertise, de la science des matériaux aux contrôles et à la modélisation en passant par l'apprentissage automatique, pour stimuler l'innovation", a déclaré Onori.
Compilé à partir de /ScitechDaily