Rapport CAS Technologies competitives - D'Dline 2020

Le véhicule particulier
La batterie sur laquelle se concentrent la plupart des recherches est la batterie Li-ion.
Celle-ci possède actuellement une énergie massique de 120 à 200 Wh/kg 1 selon la
technologie choisie (cobalt, manganèse, fer-phosphate, etc.). C’est la plus
performante à l’heure actuelle. Sachant qu’un véhicule de gamme moyenne exige de
130 à plus de 200 Wh/km selon les usages, il faut au minimum disposer de 1 à 2 kg
de « pack batteries » pour assurer un kilomètre d’autonomie, soit au moins 200 kg
pour assurer 100 km d’autonomie. Pour l’avenir, les véhicules électriques à batteries
seront donc nécessairement petits et légers 2 (entre 400 et 700 kg) et effectueront des
trajets de type urbain ou périurbain.
L’objectif est d’augmenter l’énergie massique de cette batterie (+ 50 % à horizon
2015, voire davantage 3 ), d’en renforcer la sécurité (diminution des risques d’incendies
par ajout d’additifs) et de doubler l’autonomie de ces véhicules, qui est aujourd’hui de
l’ordre de 100 km (250-300 km à horizon 2015 4 ). Cette batterie devrait également
posséder une durée de vie de huit, voire dix ans : 3 000-4 000 cycles en
charge/décharge profonde (contre 1 000-2 000 actuellement), et coûter 200-
300 euros/kWh (contre 500-1 000 euros/kWh actuellement), à horizon 2015. Pour
développer ces batteries au lithium de seconde génération à haute énergie et haute
tension, il faudra travailler sur l’anode, sur la cathode, ainsi que sur l’électrolyte. Il
faudra également développer le Battery Management System (BMS) qui recouvre
l’électronique de contrôle-commande de chacune des cellules et constitue un élément
clé pour la sûreté de fonctionnement, la durée de vie et l’efficacité de la batterie. Enfin,
il faudra travailler sur l’électronique de puissance associée à la batterie, pour en
réduire le coût (Alstom travaille actuellement sur ces questions).
On notera également que le véhicule électrique devra être intégré dans une approche
Vehicle-to-Grid : le véhicule (en charge) pourra stocker ou fournir de la puissance sur
le réseau électrique, apportant ainsi une certaine flexibilité au réseau 5 (indispensable
dans le cadre de l’utilisation d’énergies renouvelables intermittentes).
Une seconde vie pour les batteries automobiles ?
À horizon 2020-2030, il est possible que les batteries Li-ion, au lieu d’être recyclées ou
jetées après 8 à 10 ans d’utilisation dans un véhicule, connaissent une « seconde vie » en
étant affectées à un usage stationnaire domestique, en « seconde vie ». En effet, à ce
stade, la batterie possède encore 80 % de sa capacité de stockage, ce qui est insuffisant
pour un véhicule particulier mais peut être utile pour un réseau domiciliaire. Cette seconde
vie pourrait être un moyen de rentabiliser sur le long terme le véhicule électrique, encore
trop cher par rapport au véhicule thermique. Cela permettrait également de développer le
(1) Source : Saft (2009).
(2) Source : CEA, IFSTTAR.
(3) Le ministère japonais de l’Industrie (METI) estime que le Japon (leader sur le marché des
batteries de véhicules particulier) sera capable de développer à horizon 2015 une batterie Li-ion
dont le stockage massique sera augmenté de moitié par rapport aux meilleures batteries Li-ion
actuelles. Cet objectif est moins ambitieux que celui du CEA (250-300 Wh/kg à horizon 2015) mais
semble plus réaliste. Il est également important de noter que les améliorations pouvant être
apportée à la batterie lithium-ion ne sont pas infinies : on estime à 400 Wh/kg la limite supérieure de
sa capacité de stockage massique (limite du couple physico-chimique utilisé).
(4) Source : CEA. L’objectif semble difficilement atteignable à si court terme selon le ministère de
l’Industrie japonais.
(5) Pour plus de détails, voir la partie sur le stockage de l’électricité et sur les énergies intermittentes.
Centre d’analyse stratégique - 257 - Août 2012
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