L'évolution de l'architecture des batteries, des modules au cell-to-body

Des éléments intermédiaires aux cellules fixées directement sur la coque : voici comment augmenter la densité énergétique des batteries

Par: Francesco Barontini

Traduit par: Aurélien Attard

8 Déc 2023 à 17:00

Pour les voitures à essence, l'histoire est simple : plus le réservoir est grand, plus il contient d'essence. Pour les voitures électriques, c'est plus compliqué. L'énergie stockée dans la batterie ne dépend pas seulement de sa taille. D'autres facteurs entrent en jeu, des facteurs qui affectent la densité énergétique.

Cela signifie que deux batteries ayant les mêmes dimensions extérieures peuvent contenir des quantités d'énergie très différentes. Mais qu'est-ce qui influence la densité énergétique d'une batterie de voiture électrique ? Principalement deux choses : la chimie des cellules et l'architecture interne. Concentrons-nous sur la seconde et voyons ce qui se passe.

Avantages et inconvénients des modules intermédiaires

Avec la généralisation des batteries lithium-ion, le schéma "standard" a longtemps envisagé la présence de cellules, de modules et d'un pack batterie. En bref, en ouvrant le boîtier, on voyait des cellules regroupées en modules (de véritables éléments "intermédiaires" placés à l'intérieur du pack batterie) et des modules placés côte à côte, chacun avec ses propres connexions électriques et systèmes de support, placés à leur tour à l'intérieur du pack batterie.

Cette solution, qui est encore aujourd'hui la plus répandue sur le marché, présente l'avantage d'un contrôle plus simple du fonctionnement de la batterie et de la gestion de la température. En revanche, elle comporte de nombreux éléments "non actifs", c'est-à-dire des éléments qui prennent de la place mais ne sont pas capables de stocker de l'énergie.

Une batterie ouverte avec un module manquant à l'intérieur

Ce type de batterie offre un deuxième avantage aux constructeurs. Il permet de modifier très facilement la capacité totale de la batterie par simple ajout ou retrait de modules. C'est le cas de Volkswagen, pour n'en citer qu'un, qui propose sur ses voitures électriques de la famille ID (celles sur la plateforme MEB) différentes tailles de batterie en utilisant le même pack sur toutes les voitures mais en changeant le nombre de modules à l'intérieur.

Le cell-to-pack

Les constructeurs automobiles ont toutefois mis au point une architecture plus moderne. Il existe aujourd'hui sur le marché des batteries sans modules, dans lesquelles les cellules sont placées directement à l'intérieur du boîtier et apparaissent comme une seule étendue uniforme et ininterrompue.

La batterie cell-to-pack de Tesla avec des cellules 4680

Ce mode de construction des batteries a permis de créer des batteries dont le pourcentage de matière active est plus élevé que celui des batteries avec modules. Cela signifie qu'une batterie de même taille peut stocker plus d'énergie. Cependant, les batteries cell-to-pack (des cellules au pack batterie, en somme) restent des éléments indépendants du reste de la voiture et sont fixées à la carrosserie pendant la phase de construction. Récemment, il a été possible de faire encore mieux.

Quand la batterie est logée dans le châssis

La dernière frontière dans l'architecture des batteries est ce que l'on appelle le cell-to-body. Certains constructeurs – on pense notamment à BYD, dont la berline Seal présentait précisément cette solution – créent une coque qui comprend déjà un compartiment pour les cellules sur la face inférieure. Les cellules ne sont donc pas montées sur un élément séparé qui est ensuite fixé au châssis, mais directement sur le châssis.

La disposition des cellules dans la batterie Blade de BYD, qui se passe de modules

Cela n'augmente pas le pourcentage de matière active à l'intérieur de la batterie (la solution à cet égard est similaire à celle du cell-to-pack), mais cela permet d'économiser des composants et de l'espace au niveau du boîtier externe, ce qui se traduit par une réduction significative du poids de la batterie, qui est intégrée dans le plancher de la voiture et qui est en quelque sorte "fusionnée" avec lui.

Dans ce cas, la batterie remplit donc une véritable fonction structurelle, contribuant à la rigidité torsionnelle de la coque et jouant le rôle de lien entre les différentes parties du châssis.