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Kratus

La recharge rapide en 800 Volts

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(suite)

Faisons la même chose pour 2 batteries de capacités différentes :

batterie 1 en 800V : (c'est le même exemple que toi @alfniev)

- 1900 cellules assemblées en 190 modules montés en série (190*4,2=798V), chaque module étant composé de 10 cellules en parallèle

- capacité de 100 kWh

 

batterie 2 en 400 V :

- de capacité 2 fois plus faible soit 50 kWh

- utilisant le même type de cellules

- soit 950 cellules, assemblées en 95 modules assemblés en série (95*4,2=399V), chaque module étant composé de 10 cellules en parallèle

 

On fait une charge à 250A dans les 2 cas,

donc une puissance de 200 kW en 800V

et une puissance de 100 kW en 400V

 

batterie 1 :  100 kWh, charge à 200 kW

 

  • pack 800V chargé en 800V  donne  4.2V par cellule
  • Charge à 250A donne une intensité de 250A dans chaque module, et 250/10=25A dans chaque cellule (rappel:10 cellules en parallèle dans chaque module)
  • batterie chargée complètement en 30 minutes

batterie 2 : 50 kWh, charge à 100 kW

 

  • pack 400V chargé en 400V  donne  4.2V par cellule
  • Charge à 250A donne une intensité de 250A dans chaque module, et 250/10=25A dans chaque cellule (rappel:10 cellules en parallèle dans chaque module)module
  • batterie chargée complètement en 30 minutes

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(SUITE)

Conclusion :

- dans ces 2 charges, chaque cellule est chargée exactement de la même façon > il n'y a aucun stress complémentaire dans la charge 800V

- la durée de charge est la même : on a chargé globalement à 2C dans les 2 cas.

 

Comme @alfnieva montré qu'à puissance égale on constatait aussi que les cellules étaient chargées individuellement de la même façon, au final pourquoi ne pas continuer à charger en 400V ? La nuit porte conseil...

 

Modifié par e-Lionel

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Le 28/09/2021 à 18:53, e-Lionel a dit :

Je parlais d'une seule et même batterie 400V 100 kWh

- tu peux la charger à 100 kW en 400V

- ou à 200 kW sous 400V

- peut-être à 300 kW sous 400V avec un refroidissement actif

- mais certainement pas à 400kW, 500kW ou plus... 

parce que, en restant dans cette unique configuration 400V figée où modules et cellules sont assemblés d'une certaine façon non modifiables (même si quelqu'un répond à ce message en changeant mon hypothèse de départ mais je ne vise personne😉), alors l'intensité maximum admissible par CHAQUE CELLULE, sans être détruite, implique que l'on ne peut pas augmenter l'intensité globale de charge, et donc la puissance, en restant à 400V.

(Bon je crois que j'ai bien blindé ma réponse là, non ?)

Et du coup, que fait-on quand on veut augmenter la puissance de charge malgré tout ? On passe sur une architecture 800V qui permet de doubler la puissance à intensité égale, puisque c'est la tension qui est doublée !

On ne peut pas "passer à 800V" et résoudre ce problème. Si tu as 100kWh de cellules, à 200kW elles vont charger à 2C (par définition) qqsoit la façon dont tu les configures

 

Le 28/09/2021 à 19:31, alfniev a dit :

euuuhhhhh , la réponse n'est pas "de passer a 800V" , mais plutôt de "doubler la capacité du pack".

Mets 2 packs de 400V en parallèle , et tu peux lui faire encaisser une intensité x2.

La tension du pack , n'est pas le point bloquant.

 

Pourquoi on doit passer a 800V pour charger a 400kW ?  Car le point bloquant est la prise CCS qui a un courant maxi.

Effectivement

Modifié par MrFurieux

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Le 28/09/2021 à 19:31, alfniev a dit :

Pourquoi on doit passer a 800V pour charger a 400kW ?  Car le point bloquant est la prise CCS qui a un courant maxi.

le câble a une intensité maxi ! Et du coup ce n'est plus que l'application bête et méchante de la formule Puissance (P) en W = tension t en V x intensité I en A.

 

Si le câble ne supporte pas plus de 500A sans devoir nécessiter un automate pour le manœuvrer, ni surchauffer, à une tension de 400V, il pourra fournir 500A x 400V = 200kW. Si maintenant on élève la tension à 800V, on peut obtenir 500A x 800V = 400kW avec le même câble.

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J'ai l'impression qu'on tourne en rond ici. Si j'ai bien suivi les arguments de chacun, il y a en fait deux visions qui s'affrontent ici:

 

D'un côté, ceux qui indiquent que la prise CCS2 étant limitée à 500A, donc 200kW à 400V, on ne peux faire des charges à très forte puissance qu'en passant à des tensions plus élevées, comme 800V.

 

De l'autre, ceux qui indiquent que les chimies de batteries étant ce qu'elles sont, et que beaucoup de batteries ne permettent pas aujourd'hui d'atteindre 200kW, que passer à 800V n'y changerait rien sauf à doubler la taille du pack (donc double du poids/coût/place), avec l'effet non intuitif qu'on chargerait 2 fois plus vite un même nombre de kWh mais que la charge du pack complet durerait le même temps.

 

Les 2 arguments sont justes...

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le câble a une intensité maxi ! Et du coup ce n'est plus que l'application bête et méchante de la formule Puissance (P) en W = tension t en V x intensité I en A.
 
Si le câble ne supporte pas plus de 500A sans devoir nécessiter un automate pour le manœuvrer, ni surchauffer, à une tension de 400V, il pourra fournir 500A x 400V = 200kW. Si maintenant on élève la tension à 800V, on peut obtenir 500A x 800V = 400kW avec le même câble.
Pas exactement le même câble, il faut que l'isolant tienne 800v.

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Le 28/09/2021 à 23:11, jpp59 a dit :

Pas exactement le même câble, il faut que l'isolant tienne 800v.

Exact, mais certaines bornes sont déjà prévues pour des tensions jusqu'à 1 kV (bornes Tesla, bornes THP Ionity...) et donc les câbles/connecteurs CCS aussi.

Pour moi, le 800V apporte un vrai plus en terme de durée de recharge, mais pour des batteries de forte capacité.

 

Pour des batteries de 60 kWh ou moins, on peut déjà les charger à 2C sous 400V, ou un peu plus (jusqu'à 3C ?) avec un refroidissement efficace,

mais le 800V pour cette capacité n'apporterait aucun gain en durée de charge.

 

À noter : la Ioniq5 promet une charge à 220 kW (en 800V)  y compris pour la version 58 kWh > on est à 3,8C mais attention c'est une puissance "crête", sur une charge 0-100%, on est à 36 minutes (d'après le simulateur AP), et donc sous 2C pour la puissance moyenne...

 

Modifié par e-Lionel

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Bon , finalement le CCS va être porté a 500kW.

Avec 500A maxi , cela donne une tension de 1000V ,

Et si on veux un pack qui charge a 500kW quand il est a 20% , a la louche ça fait un pack a 1300V

 

Donc finalement le 800V ne serait que l'étape intermédiaire avant le palier final ?

https://www.automobile-propre.com/vehicule-electrique-vers-un-mega-standard-de-charge-a-3-75-mw/

Modifié par alfniev

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Le 29/09/2021 à 22:33, alfniev a dit :

Bon , finalement le CCS va être porté a 500kW.

Avec 500A maxi , cela donne une tension de 1000V ,

Et si on veux un pack qui charge a 500kW quand il est a 20% , a la louche ça fait un pack a 1300V

 

Donc finalement le 800V ne serait que l'étape intermédiaire avant le palier final ?

https://www.automobile-propre.com/vehicule-electrique-vers-un-mega-standard-de-charge-a-3-75-mw/

L'article indique (pour le maxi à 3,75MW):

Citation

Les câbles et le connecteur devront résister à une intensité en crête de 3 000 A sous une tension de 1 250 V.

Donc on retrouve le 1300V de ton calcul, mais surtout on voit que la limite des 500A est purement arbitraire. Rien n’empêche de faire un câble/prise/bornes/... supportant plus, il n'y a pas que la tension sur laquelle on peut jouer. Ici ils parlent de 3000A, qui est énorme, le câble risque de ne pas se manœuvrer facilement, mais c'est possible.

Le plus gros risque dans cette histoire, c'est que dès qu'un nouveau standard sera posé pour ces puissances, un nouveau connecteur soit nécessaire, la prise combo CCS2 étant limitée à 500A/1000V a priori (j'ai pas lu la norme pour vérifier si c'est une limite des fabricants ou de la norme elle même).

Il pourrait y avoir 2 prises sur ces bornes : la CCS2 limitée à 500A pour les voitures et une autre pour les camions, ou alors il vont nous inventer ça:  😅

image.thumb.png.ee4482a95f2d6fafde67c6349539d04f.png

 

Pour remettre en place le chiffre de 3,75MW : une motrice de TGV, c'est environ 9MW, permettant d'envoyer 400 tonnes à 300km/h...

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J'ai quand même de sérieux doutes sur une transition PL principalement en BEV. Vu l'encombrement et le poids, il serait plus pertinent d'aller sur de l'hydrogène rapidement, même gris (oui je sais que ça fait hurler, mais en terme de transition, ça me paraît le plus adapté rapidement)

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Le 30/09/2021 à 09:08, Pahtath a dit :

J'ai quand même de sérieux doutes sur une transition PL principalement en BEV. Vu l'encombrement et le poids, il serait plus pertinent d'aller sur de l'hydrogène rapidement, même gris (oui je sais que ça fait hurler, mais en terme de transition, ça me paraît le plus adapté rapidement)

A ton avis, pour quelles raisons les principaux constructeurs de poids lourds abandonnent-ils l'H2 ?

De plus le problème du rendement de la production du transport et du stockage est bien réel, car les lois de la physique demeurent....même si on utilise  de l'élec renouvelable.

Bref à l'exception de Hundai et Toyota, concrètement y'a plus grand monde, malgré les subventions...

Enfin, un regard sur les US confirme la sortie massive d'utilitaires jusqu'aux pl en élec, alors que Nikola à fait long feu avec l'H2...

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Le 30/09/2021 à 09:08, Pahtath a dit :

J'ai quand même de sérieux doutes sur une transition PL principalement en BEV. Vu l'encombrement et le poids, il serait plus pertinent d'aller sur de l'hydrogène rapidement, même gris (oui je sais que ça fait hurler, mais en terme de transition, ça me paraît le plus adapté rapidement)

IVECO a une gamme complète de camion au GPL. Une techno connue et maitrisée.

Sachant que H2 gris est fait a partir de Gaz , on évite une conversion couteuse ( argent et énergie ) 

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@raoul @alfniev Ouais, désolé j'ai pas voulu dire "il faut de l'H2 gris" (en mode c'est la solution à tous nos problèmes), mais j'ai plutôt voulu expliquer que je ne pense pas qu'un camion avec une batterie énorme soit pertinent, vu les challenges associés (vitesse de recharge, poids supplémentaire, taille de la batterie et prix)

 

Bon, allez, stop le HS et restons sur le 800V.

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Le 30/09/2021 à 10:03, Pahtath a dit :

mais j'ai plutôt voulu expliquer que je ne pense pas qu'un camion avec une batterie énorme soit pertinent, vu les challenges associés

Le H2 n'a rien à faire dans le transport au sol, c'est une techno absolument pas adaptée.

 

Pour les camions, ça viendra, rapidement.

Un conducteur de PL doit s’arrêter toutes le 4h30 max, donc à peu près 400km max.

Cela représente, à 90kWh/100km, 360 kWh, c'est à dire moins de 2T de batteries, tendance à la baisse.

ce n'est pas tellement, même raisonnable en poids et en volume pour un tracteur de semi-remorque.

 

Les obstacles sont plustot le réseau de recharge, les véhicule, et l'adaptation de la chaîne logistique, tous à construire.

Modifié par f4eru

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Le 30/09/2021 à 22:46, f4eru a dit :

Le H2 n'a rien à faire dans le transport au sol, c'est une techno absolument pas adaptée.

 

Pour les camions, ça viendra, rapidement.

Un conducteur de PL doit s’arrêter toutes le 4h30 max, donc à peu près 400km max.

Cela représente, à 90kWh/100km, 360 kWh, c'est à dire moins de 2T de batteries, tendance à la baisse.

ce n'est pas tellement, même raisonnable en poids et en volume pour un tracteur de semi-remorque.

 

Les obstacles sont plustot le réseau de recharge, les véhicule, et l'adaptation de la chaîne logistique, tous à construire.

On peut effectivement prendre les paris pour les camions...

Mais à la vue de sorties de modèles élec  de polgds lourds et du coût énorme de l'infra H2 ( et je ne parle même pas de la production industrielle et du rendement lamentable) je mettrais bien une pièce sur la victoire de l'élec sur l'H2 !

Si en plus on oblige la traversée de la France( plaque tournante en Europe) des camions sur le rail, les distances précédents ou suivant la traversée du territoire Français, seront possible sans recharge du porteur.

Et pour les trajets internes, une charge rapide pendant la pause légale suffira.

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Le 02/10/2021 à 18:18, raoul a dit :

Si en plus on oblige la traversée de la France( plaque tournante en Europe) des camions sur le rail,

Bah, ça fait bien 30 ans que le sujet est sur la table, ça reste extrêmement marginal. Mais avec des tracteurs qui seraient longs a charger, et avec une autonomie inférieur a celle des diesel, ça prendra ptet son envol. Restera la qualité de la prestation sur transport ferré. La priorité est donné au TGV; les autres voie, niveau maintenance, ben... Cf Brétigny

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Le 03/10/2021 à 10:38, Spif a dit :

Bah, ça fait bien 30 ans que le sujet est sur la table, ça reste extrêmement marginal. Mais avec des tracteurs qui seraient longs a charger, et avec une autonomie inférieur a celle des diesel, ça prendra ptet son envol. Restera la qualité de la prestation sur transport ferré. La priorité est donné au TGV; les autres voie, niveau maintenance, ben... Cf Brétigny

Cela risque au contraire d'être plus rapide avec des navettes électrifiées, malgré le temps d'embarquement et de débarquement, que sur la route avec les temps de pauses légales.

De plus avec la pénurie de chauffeurs, on peut combiner des distances " courtes" à chaque bout, avec retour à domicile, et il y aura plus de volontaires...

Enfin la fin du réseau TGV jusqu'à l'Espagne va libérer les sillons ferroviaires sur la voie classique, et il ne manquera plus que la mise au gabarit de 6 tunnels et la " déviation ferroviaire " de Paris, ainsi que les gares d' embarquement.

En plus nos routiers n'étant pas concernés...( seuls les étrangers qui traversent totalement le pays),  on a peut- être une chance, qu'ils ne bloquent pas le pays...pour une fois!

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Le 03/10/2021 à 10:38, Spif a dit :

Bah, ça fait bien 30 ans que le sujet est sur la table

Et tu sais pourquoi ça traine ? Parce que la SNCF c'est le premier transporteur routier en France (via ses filiales genre Geodis) Ils veulent pas se faire concurrence à eux même ! (surtout que les transporteurs routiers c'est pas des cheminots, pas de problèmes de gréves ! mais vu qu'il y a de moins en moins de cheminots et que c'est pratiquement plus que des contractuels qui font tourner la boutique, ça pourrait changer)

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Le 03/10/2021 à 15:11, raoul a dit :

En plus nos routiers n'étant pas concernés...( seuls les étrangers qui traversent totalement le pays),  on a peut- être une chance, qu'ils ne bloquent pas le pays...pour une fois!

Mouais, si ça fait comme pour l'ecotaxe, que nos petits transporteurs routiers se font mener par le bout du nez par les grosses boites de transport routier basées à l'étranger, j'en mettrais pas ma main à couper...

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(suite)
Faisons la même chose pour 2 batteries de capacités différentes :
batterie 1 en 800V : (c'est le même exemple que toi @alfniev)
- 1900 cellules assemblées en 190 modules montés en série (190*4,2=798V), chaque module étant composé de 10 cellules en parallèle
- capacité de 100 kWh
 
batterie 2 en 400 V :
- de capacité 2 fois plus faible soit 50 kWh
- utilisant le même type de cellules
- soit 950 cellules, assemblées en 95 modules assemblés en série (95*4,2=399V), chaque module étant composé de 10 cellules en parallèle
 
On fait une charge à 250A dans les 2 cas,
donc une puissance de 200 kW en 800V
et une puissance de 100 kW en 400V
 
batterie 1 :  100 kWh, charge à 200 kW
 
  • pack 800V chargé en 800V  donne  4.2V par cellule
  • Charge à 250A donne une intensité de 250A dans chaque module, et 250/10=25A dans chaque cellule (rappel:10 cellules en parallèle dans chaque module)
  • batterie chargée complètement en 30 minutes
batterie 2 : 50 kWh, charge à 100 kW
 
  • pack 400V chargé en 400V  donne  4.2V par cellule
  • Charge à 250A donne une intensité de 250A dans chaque module, et 250/10=25A dans chaque cellule (rappel:10 cellules en parallèle dans chaque module)module
  • batterie chargée complètement en 30 minutes
Il n'y pas que la tension et l'intensité qui rentrent en ligne, il y a aussi (et surtout) la résistance interne de chaque cellule qui provoque son échauffement au fur et à mesure qu'elle augmente avec la charge.
Si on met beaucoup de cellules en parallèles, la résistance globale chute mais il faut une forte intensité (selon la tension) et si les cellules sont en séries, les résistances internes s'ajoutent d'où un échauffement conséquent.

Le 800 V permet une forte charge tout en limitant l'échauffement des packs, ce qui permet d'avoir une vitesse de charge beaucoup plus rapide tout en protégeant la batterie.



Envoyé de mon MI 8 en utilisant Tapatalk

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Le 06/10/2021 à 22:29, hashh a dit :

Si on met beaucoup de cellules en parallèles, la résistance globale chute mais il faut une forte intensité (selon la tension) et si les cellules sont en séries, les résistances internes s'ajoutent d'où un échauffement conséquent.

Erreur, comme dit déjà de nombreuses fois dans ce fil.

Si un pack de 1000 cellules est chargé à 100kW, chaque cellule prends 100W. Qu'elles soient en série ou en parallèle.

la disposition du pack n'a pas d'influence sur les cellules individuelles. Mais en regardant le pack dans son ensemble, la tension et le courant évoluent (mais la puissance reste constante).

 

 

Le 06/10/2021 à 22:29, hashh a dit :

Le 800 V permet une forte charge tout en limitant l'échauffement des packs, ce qui permet d'avoir une vitesse de charge beaucoup plus rapide tout en protégeant la batterie.

Comme indiqué au dessus, c'est faux.

 

Une erreur souvent faite est de considérer les cellules comme des résistances pures, hors ce n'est pas le cas. Une cellule est là pour stocker l'énergie (comme un condensateur), avec un peu de pertes d'énergie au passage (du à la chimie + résistances des conducteurs internes).

 

Prenons un exemple illustré, avec une cellule imaginaire de 1Ah sous 4V, soit 4Wh d'énergie.

Le fabricant indique une charge maxi à 1C, soit 1A, ou 4W. A cette puissance de charge, disons que 3,9W vont être stockée sous forme chimique (déplacement des ions lithium entre la cathode et l'anode), et 0,1W sera dissipée sous forme de chaleur.

 

image.png.4149b7eacdb2163c993a579b251f5b46.png

 

Si on met 4 cellules en série, le pack aura 4 fois plus de tension, mais le même courant maxi. Au final on peut y mettre 4 fois plus de puissance que la cellule seule (normal, on a 4 cellules...).

image.png.b2fdc436f0ac09686d8e14d2f806f154.png

 

On peut aussi les mettre en parallèle, là c'est le courant qui augmente, mais pas la tension. La puissance maxi a quand même été multipliée par 4 par rapport à la cellule seule (on retrouve le fait d'avoir 4 cellules) :

image.png.7b14c6bb6b7f01ac52b1abb7851aaea6.png

 

Donc on a la même puissance maxi pour les 4 cellules qu'elles soient en parallèle ou en série, car chaque cellule voit toujours 4V et 1A (les préconisations du fabricant), soit 3,9W stockées sous forme chimique et 0,1W dissipés en chaleur chacune.

 

Un argument que l'on voit beaucoup est qu'en doublant la tension on va doubler la puissance maxi. C'est le cas sous réserve de conserver le même courant lorsqu'on l'on double la tension. Le seul moyen de le faire est de doubler la taille du pack, soit la configuration suivante:

image.png.14e341bc9d6f87d78d2786f5f24a6c70.png

La puissance a bien été doublée par rapport à la configuration précédente (32W au lieu de 16W), car le courant de 4A a été conservé en passant de 4 à 8V.

Mais cela implique que le nombre de cellule a doublé dans le pack, ce qui double le coût du pack et la place/poids qu'il occupe. On recharge 2 fois plus vite une capacité doublée : il faut donc le même temps pour le charger à 100% (mais cela représente le double d'énergie, donc d'autonomie).

 

 

Il faut imaginer ces mêmes schémas de principe avec quelques centaines/milliers de cellules pour un pack de véhicule.

 

J'espère que c'est plus clair avec un dessin, sinon n'hésitez pas à détailler le point sur lequel vous n'êtes pas d'accord et nous pourrons l'illustrer autrement (ou me corriger si j'ai laissé passer une erreur).

 

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@zeta : j'avais expliqué exactement la même chose mais sans de jolis schémas 😉.

L'intérêt du 800V est de pouvoir charger de plus grosses batteries sans augmenter la durée de charge, et sans stress supplémentaire sur les cellules individuellement...

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Je suis étonné quand même, parce que quand on modélise la batterie en physique, on observe bien la partie résistive.
Donc dans le calcul de la mise en série ou en parallèle cela intervient bien sauf à ce que la loi d'ohm ne s'applique pas.
Après, que l'effet soit minime, et ne pèse pas trop dans le résultat final, je veux bien le croire, je n'ai pas fait le calcul. d660229e244bb5496db1487eec18e13e.jpg

Désolé de la qualité, je suis sur mon téléphone.



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