Batteries : une expertise de l’IVI qui tombe « pile » sur vos besoins!

Les batteries sont le nerf de la guerre de l’électrification. Bien que leurs composantes de base n’aient pas changé depuis plus de 200 ans, la technologie, le matériel et les applications qui les entourent évoluent constamment. 

Par exemple, le chercheur Karim Zaghib et son équipe, travaillent à développer une batterie solide lithium-mécanique qui aura deux fois plus d'autonomie que celle actuelle. Ainsi, les batteries deviennent de plus en plus performantes, augmentant les possibilités d’électrification dans les différents types de transports.
 
Cependant, ne s’invente pas spécialiste en électrification qui veut ! Derrière les batteries qui alimentent les différents projets de l’IVI, se cache une grande expertise.
​
 Concevoir des batteries sur mesure
Selon l’IVI, l’un des facteurs de réussite de l’électrification d’un véhicule réside dans la conception personnalisée de la batterie. Effectivement, cette dernière est intimement liée à la mission du véhicule. Cela signifie qu’il est primordial de déterminer préalablement les besoins du véhicule avant d’entamer la conception de la batterie. Plusieurs questions doivent être soulevées. Est-ce que le véhicule aura besoin d’une grande autonomie, ou plutôt d’une forte puissance ? Sera-t-il utilisé le jour, la nuit, sous terre, ou bien à basse température ? Quand les besoins sont bien cernés, la conception peut commencer !
 
Tout d’abord, il faut sélectionner le format et la chimie des cellules qui composent la batterie. Il existe trois formats de cellule : cylindrique, pochette et prismatique. Chacun d’entre eux a des caractéristiques différentes permettant de s’adapter aux fonctions du véhicule. Par exemple, le format pochette est conçu pour faciliter les échanges thermiques. C’est d’ailleurs ce format qui a été sélectionné par nos ingénieurs dans la conception de la batterie destinée au prototype de l’autobus scolaire Lion. 
 
Ensuite, il faut choisir entre un système de contrôle des batteries d’accumulateurs (BMS) autogéré (intelligent) ou non autogéré. Pour un véhicule simple, sans grande capacité de gestion à bord, comme un chariot élévateur, le système autogéré est habituellement privilégié.

Aussi, l’enceinte mécanique qui contient entre autres le système de gestion thermique doit être bien réfléchie. En effet, il est important de déterminer si la batterie doit résister à de fortes vibrations ou à des chocs, afin d’optimiser son niveau de résistance. Le poids peut également être un enjeu important, car certains types de véhicules doivent rester légers, comme les avions. Dans un autre ordre d’idées, comme le système de gestion thermique a pour rôle de refroidir ou de chauffer la batterie, il doit être bien adapté aux besoins du véhicule. Par exemple, une batterie ayant un système de refroidissement performant sera favorisée si le véhicule opère proche d’une source de chaleur. Celle d’un avion devra quant à elle être très rapide dans ses variations entre le chaud et le froid, car la température externe peut changer de dizaines de degrés Celsius lors d’un décollage.

Bref, la conception de la batterie est une étape cruciale dans l'électrification d'un véhicule. En effet, comme l'explique Frederick Prigge ing., directeur R&D de l'IVI, « Le coût pour concevoir une batterie est substantiel et souvent même plus élevé que celui de la conception de tout le reste du véhicule. Il est donc essentiel d'y mettre l'énergie nécessaire pour s'assurer que la batterie rencontre non seulement les performances désirées, mais qu'elle soit viable en production pour les années à venir ».

Mon pays ce n’est pas un pays, c’est l’hiver !
C’est connu, les véhicules opérant au Québec ont des besoins en énergie bien particuliers en raison des conditions hivernales. Savez-vous pourquoi le froid est un enjeu quand il est question de batteries ? C’est parce que généralement les cellules n’acceptent pas de se recharger en bas de 0 °C et de se décharger en bas de – 20 °C. Ainsi, il faut hiverniser les batteries afin de compenser les caprices des cellules !​

​Il existe plusieurs stratégies pour hiverniser une batterie, comme l'ajout de matériaux isolants ou l'ajout de sources de chaleur à l'enceinte externe. L'objectif est de contrôler correctement les échanges thermiques avec l'ambiant pour garder une température optimale. Les méthodes utilisées sont multiples et doivent être adaptées à chaque système. Comme le mentionne Pierre-Luc Lapointe, ing. « Le défi est d'arriver à optimiser la conception de la batterie afin d'obtenir la meilleure densité énergétique, et ce, sans cannibaliser l'énergie de celle-ci. Par exemple, l'ajout de plusieurs sources de chaleur servira à augmenter la température des cellules pour permettre la recharge en hiver, mais au coût d'une consommation d'énergie parasite. Aussi, un ajout trop important d'isolant permettra de limiter les échanges avec l'ambiant pendant les journées froides, mais nuira au refroidissement pendant les chaudes journées d'été ».

  De l’expertise et un laboratoire à la fine pointe de la technologie
À l’IVI, les ingénieurs peuvent compter sur une infrastructure de qualité leur permettant d’effectuer tous les tests nécessaires. Des équipements permettant de souder les cellules, à la source de puissance DC bidirectionnelle qui permet de simuler le cycle de vie d’une batterie ou de la chambre climatique qui est utilisée pour tester les batteries sous différentes températures, tout y est pour concevoir des batteries performantes.
​
Il va sans dire que les ingénieurs de l'IVI sont des experts en électrification, c’est à croire qu'ils sont tombés dans les batteries quand ils étaient petits !  

David Ménard, ing., Francis Gendron, ing., Pierre-Luc Lapointe, ing., et Pascal Blouin, ing. MBA, lors du dernier Battery Show au Michigan.
​
Institut du Véhicule Innovant