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Les technologies de batteries avancées
Etat de l’art et mise en œuvre
Colloque «Capteurs, Instrumentation pour l'Environnement et les Géosciences »
Polytech Orléans, le 27 septembre 2011
François Barsacq
[email protected]
02 46 65 01 11 / 06 31 80 02 02
Colloque Polytech Orléans, 27/09/11
Tous droits réservés easyLi 2011
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Quelques mots sur easyLi
Jeune entreprise innovante créée par trois spécialistes de
l’industrie des batteries avancées
Conçoit et fabrique des systèmes de stockage d’énergie
clés-en-main pour éco-applications
Entreprise multi-technologies indépendante de tout
fabricant de cellules Lithium-ion
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De la qualification à la fabrication
Etape 3 : Fabrication et
distribution
Etape 2 : Conception système,
prototypage et validation
Etape 1 : Qualification des
technologies/fournisseurs adaptés
•
•
•
•
•
•
Lithium Cobalt
Lithium Nickel
Lithium Manganèse
Lithium NMC
Lithium Fer Phosphate
Titanate de Lithium
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• Battery management
system - BMS
• Structure mécanique
• Refroidissement
• Système de charge
• Test de qualification
électriques,
vibrations, chocs…
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• Fourniture de
cellules par des
sources qualifiées
• Fourniture de BMS
par des soustraitants
• Assemblage en
France et livraisons
partout en Europe
3
Les technologies de batteries avancées
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Cellules électrochimiques
Batterie (d’accumulateurs) : Assemblage de plusieurs cellules en
série/parallèle donnant énergie et puissance
Energie stockée sous forme électrochimique et courant électrique créé
par une réaction d’oxydoréduction
Deux électrodes : positive / cathode, négative / anode
Séparateur isolant électrique
Electrolyte conducteur ionique
Source : BAJ
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Les technologies de batteries
Specific Power, W/kg at Cell Level
100,000
Super
capacitors
10,000
1,000
Lead acid
Li-ion
spirally wound
Very High Power
Ni-MH
Li-ion
Ni-Cd
High Power
Li Metal-Polymer
Na/NiCl2
100
Li-ion
High
Energy
Lead acid
10
1
0
20
40
60
80
100
120
140
Specific Energy, Wh/kg at Cell Level
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160
180
200
Sources: Saft, MES-DEA
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Principaux paramètres
Cyclage - Cycle life : Nombre de cycles de charge et décharge
Durée de vie calendaire : Durée de vie sur étagère sans réalisation de cycle
PDD – DOD - Profondeur de décharge : Energie déchargée lors d’un cycle
(en %)
EDC – SOC - Etat de charge : ratio entre capacité chargée et capacité totale (en %)
Capacité : Quantité maximum d’énergie stockée dans la batterie (en Ah ou Wh)
Autodécharge : Perte de capacité de la batterie lors de son stockage (en %)
Efficacité de Charge : Ratio Ah déchargée / Ah chargée
Densité d'énergie massique : Energie par unité de masse Wh/kg
Densité d'énergie volumique : Energie par unité de volume Wh/l
Densité de puissance massique : Puissance par unité de masse W/kg
Densité de puissance volumique : Energie par unité de volume W/l
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Comparaison des technologies
Plomb
Nickel-Cadmium
Nickel-Métal
Hydrure
Lithium-ion
2,0 V
1,2 V
1,2 V
3,6 à 3,7 V
3.2 V (LFP)
25-50 Wh/kg
30-60 Wh/kg
50-90 Wh/kg
100-230 Wh/kg
200-500
1000-1500
1000
500-2000
Domaine de
Température
0°C à 50°C
-30°C à 50°C
Autodécharge
~5% /mois
~15% /mois
~25% /mois
~2% /mois
Durée de vie
calendaire
5 ans
10 ans
5-10 ans
5-15 ans
Prix kWh (Pb
base 100)
100
300
350
300 à 500
10 hrs
5 hrs
3-5 hrs
3 hrs
Tension cellule
Energie
Spécifique
Cycles
Temps de
charge standard
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-20°C à 50°C
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-20°C à 50°C
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Différentes technologies Li-ion
Electrode positive : Oxydes métalliques vs. Phosphates
Lithium Cobalt
Bonne densité d'énergie MAIS coût élevé et risque d’emballement
Lithium Manganèse
Stabilité thermique, plus économique que le Cobalt MAIS énergie spécifique plus faible
Lithium Nickel (NCA ou Nickel Cobalt Aluminium
Excellentes durée de vie et densité d’énergie/puissance MAIS coût élevé et risque
d’emballement thermique
•
Lithium NMC (ou Nickel Manganèse Cobalt)
Compromis énergie, coût et sécurité
Lithium Phosphate de Fer (LFP, LiFePO4) :
Excellentes stabilité thermique et densité de puissance, bonne durée de vie MAIS faible
densité d’énergie
Electrode négative : Graphite / Carbone (standard) vs. Titanate Li4Ti5O12
Comportement à haute température (autoclavable), excellente cyclabilité
MAIS densité d’énergie médiocre
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Une filière industrielle foisonnante
COREE
AMERIQUE DU
NORD
Saft
A123
Valence
Compact Power (LG)
EnerDel
Dow Kokam
Altairnano
Electrovaya
E One Moli
…
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LG
Samsung
Kokam
SK
EIG
Enertech
EUROPE
Saft
LTC-Gaia
LiTec
Leclanche
SB LiMotiv
CHINE
BYD
Lishen
MGL
ThunderSky
BAK
ATL
SAIC-A123
+ des dizaines de
fabricants moins
connus
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TAIWAN
PHET
LiFeBatt
JAPON
Panasonic
(incl. Sanyo)
GS-Yuasa
Toshiba
Hitachi
Enax
…
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Recommandations de mise en œuvre
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Principes de mise en œuvre
Une batterie « standard » est rarement adaptée à l’application
Forme, encombrement
Autonomie, puissance
Durée de vie
Nécessité d’optimisation voire de développement sur-mesure
Approche pluridisciplinaire : électrochimie, électronique, mécanique,
thermique
Etape préalable et structurante :
Traduire le besoin de l’application en données techniques.
Autonomie,
Poids
Dimensions
Tension / Courant
Temps de charge
Durée de vie…
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Capacité, Technologie,
Format des cellules,
Nombre de cellules,
Puissance
Architecture mécanique…
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Du cahier des charges à la mise en production
Cycle de conception de l’ordre de six mois, fonction de la complexité du
système batterie
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MERCI !
Mobilier urbain
autonome en énergie
Eclairage autonome
en énergie
Bâtiments économes
en énergie
Scooters électriques
Véhicules électriques urbains
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