Batteries Lithium ion pour véhicules Mohamed CHAKIR

Batteries Lithium ion pour véhicules
électriques
Mohamed CHAKIR
Pilote Innovation Batteries et Chimie du Solide
Renault
M. Chakir
RENAULT
– M.
Chakir
UET Batteries
Avancées
PROPRIETE RENAULT
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02/04/2015
SUMMARY
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02
03
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M. Chakir
UET Batteries Avancées
Introduction
Les batteries Li-ion
La ZE Renault
Les batteries Lithium ion du future
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M. Chakir
UET Batteries Avancées
Introduction
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Un peu d’histoire…
Véhicules électriques
Production série
Flottes et prototypes
Li-ion
1000 vehicles
500 vehicles
Ni-Cd
Ni-Cd
Li-ion
Li-ion
5 vehicles
Dauphine 1960
Li-ion
Li-ion
Express 19961999(500)
Plomb
Parc automobile:
Véhicules hybrides
1/3 Electrique
1/3 Essence
1/3 Vapeur
1900
M. Chakir
UET Batteries Avancées
(production série)
Ni-MH
Prédominance du
moteur thermique
1997
2011
2000
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Li-ion
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2014
Comparaison des technologies majeures de batteries
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Version
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Du micro hybride au Véhicule électrique : différents niveaux
d’électrification
Puissance
Plug-in Hybrid (PHEV)
Pure EV (Li-ion)
(boost, freinage récupératif,
20-50Km en mode électrique)
80kW
-100%
Toyota Prius (2012)
Full Hybrid HEV (Li-ion/NiMH)
Toyota Auris
(boost, freinage récupératif,2-5 Km
en mode électrique)
10kW
Mild Hybrid
(boost, freinage récupératif)
42V system
Honda Civic
- 5%
1kW
HV system
Stop&Start
14V system
Véhicule
conventionnel
R9M
100 Wh
1 kWh
10 kWh
20 kWh
Gain CO2
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Énergie
Utilisable/
Autonomie
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UET Batteries Avancées
Les batteries Li-ion
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Composition d’une batterie Li-ion
Séparateur
Collecteur du courant: Cu
Collecteur du courant Al
Li +
Electrolyte
Anode
Cathode
Matériaux actifs: Anode, Cathode, Electrolyte,
Autres matériaux: Séparateur, Liant, Packaging, Collecteur
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Composition d’une batterie Li-ion: La cathode
En charge : capable de recevoir 1
ou plusieurs ions Li+ (oxydation)
En décharge: phénomène inverse
Grandes Familles des matériaux d’électrode positive:




Lamellaire (LCO, 5V, NMC, NCA,…)
Spinelle (LMO, LNMO,…)
Polyanionique: Olivine LiMPO4, LiMSO4
Autres.
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Les matériaux d’électrodes négatives: L’anode
 Graphite et carbones non graphitiques (le plus utilisé)
 Oxydes d’éléments de transition
CoO, Co3O4, NiO, CuxO, MnO, Cr2O3, FeO,…
MxO + 2Li+ + 2e- Li2O + Mx0 nano,
600-800 mAh.g-1 potentiel de
Charge entre 1 et 1.5 V vs. Li+/Li.
=> Conversion et non insertion
 Titanates : Li4Ti5O12, TiO2, …
 Métaux formant des alliages binaires avec le lithium
=> Al, Si, Sn, Ge, Pb, Sb, Bi
Sn-Co-C
Sn (993 mAh/g)
Silicium (2800mAh/g)
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UET Batteries Avancées
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General: Batteries Lithium  design
cylindrical
Prismatic
Coin cell
Prismatic tin
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Structure d’un pack batterie : exemple de la Zoé
Raw materials : Chemistry
Electrode design
Battery System
Cooling
system
Cell design
Upper case
BMS
Service
plug
Modules
Module design
Connection box
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Lower case
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UET Batteries Avancées
La gamme ZE Renault
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La gamme ZE Renault
Fluence ZE
Kangoo ZE
ZOE
Twizy
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UET Batteries Avancées
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KANGOO Z.E.
Energie utile
22kWh
Puissance max
54kW
Tension nominale
360V
Poids pack
260kg
Pack batterie
2 stacks
1. Prise de charge
2. Junction Box / boitier d’interconnection
et chargeur
3. Electronique de puissance
4. Moteur électronique 44kW
5. Réducteur
6. Battterie Li-ion
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UET Batteries Avancées
48 modules
(2S2P)
192 cellules
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PROPRIETE
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Fluence Z.E.
Energie utile
22kWh
Puissance max
88kW
Tension nominale
360V
Poids pack
280kg
3 stacks de 16 modules
1- prise de charge
2- boitier d’interconnexion et chargeur
3- Onduleur et convertisseur de puissance DC/DC
4- Moteur électrique
5- Réducteur
6- pack batterie
7- Tableau de bord VE
8- Compresseur de climatisation
9- Module de chauffage
10- Pompe à vide freinage
11- Batterie 14V
12- refroidissement batterie
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UET Batteries Avancées
48 modules-192 cellules
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ZOE
Energie utile
22kWh
Puissance max
80kW
Tension nominale
360V
Poids pack
280kg
Système de refroidissement
(par air)
1- prise de charge
2- boitier d’interconnexion et chargeur
3- Onduleur et convertisseur de puissance DC/DC
4- Moteur électrique
5- Réducteur
6- pack batterie
12 modules (8S2P)
7- Tableau de bord VE
8- Compresseur de climatisation
9- Module de chauffage
10- Pompe à vide freinage
192 cellules
11- Batterie 14V
12- refroidissement batterie
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UET Batteries Avancées
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PROPRIETE
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Système de stockage d’Energie : Architecture
Electrical energy storage
system
Hosted
functions in
other ECUs
Structural components (casing,
modules, crash protections …)
BMS
Thermal
circuit
Cells
Thermal
manageme
nt system
(air/water)
12V
system
Vehicle
mechanical
structure
HV circuit (relays,
busbars, SDSW, ground …)
Other HV systems (epowertrain, DC/DC, charge,
heating, cooling…)
M. Chakir
UET Batteries Avancées
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PROPRIETE
RENAULT
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Enjeux des batteries VE
 Introduire et développer pour l’automobile les
meilleures chimies Li-ion
 Développement de BMS
 Faciliter l’intégration dans nos plateformes
(compacité, crash, thermique …)
 La sécurité est prise en compte à toutes les étapes
du cycle de vie de la batterie
M. Chakir
UET Batteries Avancées
PROPRIETE
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Les batteries Lithium ion du future
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Batteries Lithium pour EV: Next-generation technologies
Next-generation technologies delivering higher specific energy
M. Chakir
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Merci de votre attention
M. Chakir
UET Batteries Avancées
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