Audi couvre chaque domaine clé dans le développement des batteries haute tension pour ses modèles hybrides plug-in et électriques. Son expertise s’étend du développement des cellules, de leur organisation en modules, des stratégies de fonctionnement durant la conduite de l’utilisation de la batterie au terme de sa durée vie. La priorité est accordée aux systèmes de batteries lithium-ion, qui fonctionnent ensemble en module en faisant appel à un concept flexible et modulaire.
L’accent est mis sur les systèmes de batteries lithium-ion formant un concept modulaire flexible.
Au centre de compétences dédié à la technologie des batteries haute tension à Gaimersheim, à l’extérieur de l’usine principale d’Ingolstadt, les spécialistes Audi travaillent sur les batteries de la mobilité électrique de demain. Qu’il s’agisse d’une voiture hybride plug-in (PHEV, véhicule électrique rechargeable) ou d’une voiture purement électrique, la structure de la batterie suit un concept modulaire uniforme. Cela permet à la société de répondre rapidement et avec réactivité aux exigences futures du marché. La stratégie modulaire signifie aussi que les batteries peuvent être utilisées sur tous les modèles et marques, au sein de l’ensemble du Groupe Volkswagen.
Le module comme élément central
Le critère décisif pour Audi est le module de batterie – un carter solide en alu ayant la forme d’un cube légèrement plus petit qu’une boîte de chaussures. Le module pèse environ 13 kilogrammes et est monté sur une plaque de refroidissement à travers laquelle circule un liquide de refroidissement. Il peut loger trois types de cellules: cellules rondes telles que celles utilisées dans l’Audi R8 e-tron 2.0, cellules prismatiques – chacune d’elles étant environ de la taille d’un livre de poche – ou des cellules en forme de poches longues et plates.
Les cellules prismatiques ont des carters alu distincts, elles sont donc plus robustes que les cellules en forme de poche. Leur revêtement extérieur est en polymère revêtu d’aluminium, ce qui, en outre est un avantage en termes de poids. Concernant les performances du système de batteries, les atouts et les inconvénients des deux concepts se neutralisent. Les deux fournisseurs avec lesquels Audi travaille ont mis au point un design particulier.
Le point fort que partagent les cellules prismatiques et les cellules en forme de poche constituent un pack dense. Elles utilisent toutes deux 75% du volume disponible, un chiffre bien plus élevé que les cellules rondes (50%), qui ont besoin d’un contact plus complexe.
Les cellules rondes ne conviennent généralement que pour les véhicules tout électriques; tandis qu’elles stockent une grande quantité d’énergie par rapport aux autres, leur puissance est relativement faible.
Les cellules en forme de poche et les cellules prismatiques sont plus polyvalentes. En apportant des changements mineurs à leurs dimensions extérieures, elles peuvent être configurées spécifiquement pour une puissance maximale, une énergie maximale ou une combinaison des deux, ce qui les rend idéales pour un véhicule hybride plug-in. Le critère clé est l’épaisseur du revêtement des électrodes – plus le revêtement est fin, plus grande est la surface de contact entre l’électrolyte et le matériau actif; le transfert de charge élevé qui en résulte assure une densité de performance correspondante. Inversement, une épaisseur importante pour les électrodes produit une densité énergétique élevée.
Dans le monde entier, le développement de la technologie des batteries lithium-ion progresse très rapidement. Au cours des trois dernières années, Audi a réussi à augmenter la capacité actuelle des cellules prismatiques de 50% – de 25 ampères heure par cellule à 37 Ah. La densité énergétique a augmenté d’un degré similaire. Les cellules à forme de poche atteignent maintenant jusqu’à 550 watt heure par litre, et Audi s’attend à ce qu’elles atteignent 750 Wh/l d’ici 2025. Résultat important, les coûts des batteries ont diminué environ de moitié au cours des cinq dernières années. Cela rend la mobilité électrique plus abordable pour un nombre croissant de clients.
Développement au centre de compétences
Audi contribue à intensifier les développements, en apportant une attention méticuleuse au détail. Avec la Recherche du Groupe Volkswagen, la marque est impliquée dans des projets à long terme sur la chimie cellulaire innovante. Au centre de compétences dédié à la haute tension près d’Ingolstadt, la priorité est placée sur le développement de systèmes complets: emballage, refroidissement, validation et en partenariat avec le développement de la carrosserie, l’intégration dans la voiture. Il s’agit essentiellement de travailler sur la rigidité du système de batterie et son comportement en situation d’accident – Audi teste des charges allant jusqu’à 150 fois la force de gravité.
Le design offre de vastes possibilités, notamment pour les futures voitures électriques. Audi en a donné un avant-goût lors du Salon Automobile de Francfort 2015. Dans le concept Audi e-tron quattro, la batterie de 95 kWh prend la forme d’un gros bloc plat situé en dessous du compartiment passagers, idéalement positionné entre les essieux pour un meilleur centre de gravité. Il n’y a plus de tunnel central dans la carrosserie. Ce modèle préfigure l’avenir – comme précurseur du SUV sport tout électrique Audi.
Nouvelle vie pour les batteries usées
Audi conçoit ses batteries pour des durées d’utilisation prolongées, de plus de 150 000 kilomètres et au moins huit années de fonctionnement. Même à l’issue de ce délai, ces batteries possèdent encore une grande capacité- trop élevée pour qu’elles soient recyclées. Dans le cadre d’un projet dénommé « From Road to Grid » (de la route au réseau électrique), la société travaille actuellement à un concept visant à convertir les anciennes batteries en réserves énergétiques stationnaires.
Un premier essai de fourniture de courant a récemment commencé près d’Ingolstadt. Un conteneur pour quatre batteries de différentes tailles fonctionne avec un système photovoltaïque capable de fournir jusqu’à 20 kW d’électricité les jours ensoleillés. Un deuxième conteneur abrite la connexion et la technologie de commande: son électronique convertit le courant direct des batteries en courant alternatif à une tension standard de 400 V. Lorsque les batteries sont à 10% de leur capacité, elles sont recyclées.
Les plateformes de stockage innovantes Audi conviennent comme source d’électricité pour station de charge rapide, avec une puissance de plus de 250 kW. Alternativement, elles peuvent servir de source tampons pour les énergies renouvelables, telles que l’éolien et le solaire – que ce soit dans le cadre du réseau électrique ou sous forme d’installations domestiques. Audi a déjà établi des plans pour des systèmes plus importants, d’une capacité d’environ 500 kWh.
