Sécurité des batteries des véhicules électriques : le compromis entre densité et charge rapide.
La série d'incidents impliquant les Xiaomi SU7 Ultra, NIO ET7, Li Auto MEGA, Mercedes-Benz EQE et Porsche Taycan révèle le côté sombre de la course à la haute densité énergétique, aux grandes cellules et à la charge 800V-10C.
Une série d'incendies de véhicules électriques survenus en octobre, notamment des modèles haut de gamme comme le Xiaomi SU7 Ultra, le NIO ET7, le Li Auto MEGA, le Mercedes-Benz EQE et le Porsche Taycan, a une fois de plus mis en lumière l'importance cruciale de la sécurité des batteries. Les données et les éléments recueillis indiquent que la course à l'efficacité – de la haute densité énergétique à la recharge ultra-rapide – se fait au détriment de la stabilité thermique et exige une gestion des risques plus rigoureuse (d'après 36kr.com).
Haute densité énergétique : avantages en termes de portée et de stabilité thermique de la pression.
Le passage des électrodes positives en phosphate de fer lithié (LFP) aux électrodes positives en lithium tricomposant (NCM/NCA) augmente la densité énergétique et étend la plage de fonctionnement. Cependant, contrairement au LFP, qui possède une structure cristalline stable et une faible propension à libérer de l'oxygène, le matériau à haute teneur en nickel présente une stabilité thermique réduite.
L'expérience du marché a contraint l'industrie à s'adapter : suite aux incidents impliquant les batteries NCM 811 (GAC Aion S en 2020 ; General Motors rappelant près de 70 000 véhicules en 2021 en raison des risques élevés liés aux batteries au nickel, LG Chem versant 1 milliard de dollars d'indemnités), le ratio NCM courant a évolué vers 5-2-3/6-2-2 afin d'optimiser les performances et la sécurité. Les batteries LFP restent largement répandues sur le segment des véhicules de moins de 200 000 yuans en raison de leur coût, tandis que les batteries tri-composants sont utilisées pour les véhicules de milieu et haut de gamme (par exemple, Tesla utilise des batteries tri-composants pour ses modèles à grande autonomie et des batteries LFP pour ses modèles standard).
De 18650 à 4680, puis CTP/CTC : efficacité de volume élevée et risque cellulaire élevé.
Parallèlement aux améliorations des matériaux, les progrès architecturaux permettent de concentrer davantage d'énergie dans un même volume. La Tesla Model S de première génération utilisait une structure de type « cellule-module-pack » : chaque module contenait environ 444 cellules 18650, équipées de leur propre système de gestion de batterie (BMS) et de refroidissement ; un pack pouvait comporter jusqu'à 16 modules, ainsi que des matériaux ignifuges. La tendance suivante a consisté à réduire, puis à éliminer les modules (CTP – Cell to Pack – cellule-pack) et à parvenir à une intégration poussée (CTC – cellule-châssis).
La taille des cellules cylindriques a augmenté, passant de 18650 à 21700 puis 4680. Concernant les batteries cubiques, BYD a optimisé la Blade afin d'accroître le taux d'utilisation du volume d'environ 50 %, portant ainsi la capacité des cellules de 135 Ah à plus de 200 Ah. CATL, en collaboration avec Qilin, a porté ce taux à 72 %, dépassant ainsi le seuil de 63 % atteint par la batterie 4680. Les solutions CTC ont été produites en série entre 2022 et 2023.
L'inconvénient : les cellules de grande capacité, en cas de court-circuit interne, peuvent dissiper rapidement la chaleur, créant des points chauds et déclenchant une réaction thermique en chaîne plus intense et incontrôlée. Le délai entre l'apparition de fumée et l'inflammation est donc très court et difficile à maîtriser. Outre les cellules elles-mêmes, le processus d'assemblage des packs constitue également un facteur de risque : NIO a rappelé 4 803 véhicules ES8 en 2019 en raison d'un câblage haute tension défectueux à l'intérieur des packs.
La course à la recharge rapide 800V–10C : une meilleure expérience, une marge de sécurité plus étroite.
La puissance de charge est égale à la tension multipliée par le courant. La première génération de véhicules 400 V avait un taux de charge inférieur à 1 C. Tesla a progressivement augmenté la puissance de supercharge de 90 kW (V1) à 250 kW (V3), permettant ainsi de gagner environ 250 km d'autonomie après 15 minutes de charge et un taux de 2 à 2,5 C.
La Porsche Taycan a inauguré la plateforme 800 V avec une capacité de charge rapide de 270 kW : l’augmentation de la tension réduit les pertes de courant et de chaleur, améliorant ainsi la sécurité lors des recharges à haute puissance. Les constructeurs chinois ont rapidement adopté la technologie 800 V, en passant à des batteries 4C ou plus ; des capacités de charge supérieures à 400 kW sont apparues sur le marché. En 2023, Li Auto MEGA annonçait l’utilisation de la technologie CATL Qilin 5C, avec une puissance maximale dépassant 500 kW. BYD revendiquait une capacité de charge à 10C, « 10 minutes pour 600 km » ; cependant, les tests industriels montrent que le courant maximal de 10C n’est maintenu que pendant une très courte durée.
En contrepartie, les exigences en matière d'isolation, de protection et de suppression des arcs électriques augmentent considérablement ; le courant de court-circuit instantané est plus élevé et la réaction thermique peut être plus intense. À courant élevé, l'insertion/séparation rapide des ions lithium génère de la chaleur et favorise la formation de dendrites, réduisant ainsi la durée de vie de la batterie. Selon une déclaration de Li Bin (NIO) datant de septembre, la recherche de la supercharge a un coût, notamment sur la durée de vie de la batterie. NIO utilise une charge lente dans des stations d'échange de batteries, visant une durée de vie de 85 % en 15 ans. « Imaginez qu'après 8 ans d'utilisation de la voiture, vous deviez dépenser 80 000 ou 100 000 yuans (11 000 à 14 000 dollars américains) pour remplacer la batterie… c'est un coût prohibitif. »
Points de référence et niveaux de tension pour la recharge rapide (par source)
| Système/Véhicule | Plateforme/Tension | Puissance maximale | Note |
|---|---|---|---|
| Superchargeur Tesla V1 → V3 | ~400 V | 90 kW → 250 kW | ~250 km/15 minutes ; vitesse 2–2,5 °C |
| Porsche Taycan | 800 V | 270 kW | Réduire le débit et les pertes de chaleur. |
| De nombreuses entreprises chinoises | 800 V | >400 kW | Batterie 4C ou supérieure |
| Li Auto MEGA + CATL Qilin 5C | 800 V | 500 kW | Publié en 2023 |
| Chargeur BYD 10C | — | — | 10 minutes ~600 km ; l'autonomie de la batterie 10C est très courte (selon les tests industriels). |
Solutions techniques actuelles : refroidissement, séparation thermoélectrique, optimisation du système de gestion technique du bâtiment (GTB).
Avant que les batteries à l'état solide n'atteignent une échelle industrielle, l'optimisation des batteries liquides reste la principale voie à suivre :
- CATL Qilin place des coussinets de refroidissement liquide entre les cellules pour augmenter l'échange de chaleur ; une soupape de décharge de pression est positionnée au bas de la cellule, la séparant de l'anode/cathode en haut pour « séparer la chaleur et l'électricité ».
- L'électrode négative revêtue de graphite à grains fins accélère l'incorporation des ions, favorisant une charge rapide et réduisant le risque de « dépôt de lithium ».
- La forme longue et élancée du BYD Blade favorise la dissipation de la chaleur ; sa structure dense assure un soutien structurel optimal, réduisant ainsi le besoin de traverses traditionnelles. Toutefois, des inquiétudes subsistent quant à la déformation des cellules ultra-longues en cas d'impact.
- Le système de gestion technique du bâtiment (GTB) est doté d'une surveillance en temps réel de la tension, du courant et de la température ; il intègre également des disjoncteurs et des alertes en cas d'anomalies. Toutefois, les courts-circuits instantanés peuvent dépasser la fréquence d'échantillonnage/de réponse.
Batteries à semi-conducteurs : fort potentiel, obstacles importants.
La recherche sur les batteries à électrolyte solide est en cours depuis trente ans, mais leur production à l'échelle industrielle n'a pas encore abouti en raison des difficultés liées à la R&D, aux procédés de fabrication et au coût de la transition depuis l'écosystème actuel des batteries liquides. La plupart des constructeurs automobiles et des fabricants de batteries ne sont pas encore prêts à réaliser des investissements importants.
Conclusion : Il n'existe pas de sécurité absolue, seulement une courbe d'apprentissage.
Un pack batterie bien équilibré repose sur une combinaison de matériaux, d'architecture, de procédés et de système de gestion de batterie (BMS). Dans la course à la performance, les investissements en sécurité doivent augmenter proportionnellement, et les informations fournies aux utilisateurs doivent être transparentes, sans dissimulation des différences de risques.
Les constructeurs visent à réduire les taux de défaillance à quelques parties par milliard (ppb). Cependant, pour les consommateurs, un accident « une chance sur un milliard » représente toujours une probabilité de 100 %. Chaque incident sert à la fois d’avertissement et de donnée pour l’optimisation, à l’instar de Tesla qui a amélioré son système de gestion de batterie (BMS) suite à des incidents de combustion spontanée ; les constructeurs automobiles et les fabricants de batteries chinois suivent également une démarche d’apprentissage et d’amélioration similaire.