La recharge rapide en 800 Volts

[zeta]

Le 07/10/2021 à 16:30, hashh a dit :

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.

 

C'est toujours contre-intuitif mais je te rassure, on n'a pas cassé la loi d’Ohm. J'avais essayé de rester simple donc je n'avais pas pris en compte la résistance interne (ou un modèle plus complexe) dans l’explication au dessus.

 

Si on l'applique, il faut voir que bien que l'impédance change, le courant aussi et les 2 se compensent.

 

Exemple :

* La cellule seule à une résistance R

* 4 cellules en séries ont une résistance interne de 4*R

* 4 cellules en parallèle ont une résistance interne de R/4

Donc Il y a bien 16 fois moins de résistance interne pour le montage parallèle !

 

Les pertes sont P=R*I², donc:

* en série : P = 4*R*I²

* en parallèle : P = 1/4*R*I²

 

Donc en parallèle, les pertes sont 16 fois moins grandes ?

Et bien non... car le courant n'est pas le même pour être dans les mêmes conditions de puissance.

 

En prenant en compte le courant:

* La cellule seule à un courant maxi I

* 4 cellules en séries ont un courant maxi I

* 4 cellules en parallèle ont un courant maxi 4*I

 

Pour une cellule les pertes sont Pcell=R*I

 

Donc les pertes pour une même puissance avec 4 cellules :

* en série : P = (4*R)*(I)² =4*R*I² = 4*Pcell => 4 fois plus qu'une cellule simple

* en parallèle : P=(R/4)*(4*I)²=R/4*16*I²=4R*I²=4*Pcell => 4 fois plus qu'une cellule simple

 

CQFD

Modifié octobre 7, 2021 par zeta

[e-Lionel]

Le 07/10/2021 à 21:24, zeta a dit :

 

Modifié octobre 7, 2021 par e-Lionel

[e-Lionel]

Certes , mais pourquoi s'obstiner à comparer 2 batteries comportant le même nombre de cellules , avec 2 architectures différentes ? L'intérêt du 800 V n'est pas là, mais dans la possibilité de charger une batterie avec 2 fois plus de cellules (donc double capacité) dans la même durée qu'une batterie 400V, et sans impact sur les cellules (même tension et même intensité de charge pour chaque cellule, mais tension globale doublée, et donc puissance doublée aussi).

[zeta]

Le 08/10/2021 à 00:39, e-Lionel a dit :

Certes , mais pourquoi s'obstiner à comparer 2 batteries comportant le même nombre de cellules , avec 2 architectures différentes ? L'intérêt du 800 V n'est pas là, mais dans la possibilité de charger une batterie avec 2 fois plus de cellules (donc double capacité) dans la même durée qu'une batterie 400V, et sans impact sur les cellules (même tension et même intensité de charge pour chaque cellule, mais tension globale doublée, et donc puissance doublée aussi).

Si tu veux...

 

D'un côté, le principal reproche fait aux VE et que ça ne charge pas assez vite, pas forcement que la batterie n'est pas assez grande. On entends dire partout qu'en 800V par miracle on peut charger plus vite et réduire l'échauffement de la batterie. Comme prouvé au dessus ça ne change rien sur une batterie donnée.

 

Après on peux doubler la taille de la batterie comme tu le proposes. Donc le double d'autonomie et de puissance pour le véhicule, mais aussi le double de poids, le double de coût, le double de volume, le double de contrôle thermique (fluide, radiateur, plus risque de concentration de la température car moins de surface avec l’extérieur). Mais dans le même temps si on prends une batterie de Kona 64kWh, limitée à 70kW en charge rapide, même en la doublant (128kW, plus gros que celle d'une Lucid Air) on arrive à 140kW, ce qui passe large dans un système 400V.

 

La bonne solution semble d'abord de travailler l'efficience des VE pour avoir besoin de moins d'énergie (donc une vitesse de charge plus rapide en km/h pour les mêmes kW), et ensuite la chimie & le contrôle thermique de la batterie pour permettre des vitesses de recharges rapides même sur des packs de taille raisonnables (50/60kWh par ex). Quand les puissances en jeu seront suffisamment grandes pour que les courants maxi des bornes 400V aujourd'hui répandues soit atteintes, alors le passage à 800V (ou des intermédiaires comme 650V sur la Ioniq5) sont la solution, avec une complexité supplémentaire pour conserver la compatibilité avec les bornes 400V seules, comme vu sur la Porsche Taycan.

 

Si on prends l'exemple du pickup lourd Altis XT, avec ses 250kWh de batterie et une puissance de recharge visée de 1,5MW, ils ont choisi un pack reconfigurable en 1600V pour supporter ces charges ultra-rapides, car 800V ne suffit pas.

Si on prends l'exemple d'une model 3 SR+ avec ses 54kWh à 170kW maxi, le 400V est largement suffisant, passer à 800V n'y changerai rien.

 

Au final, la tension choisie pour le pack n'est qu'un paramètre d'ajustement parmi d'autres que chaque constructeur fixe en fonction de son véhicule et la disponibilité des bornes de recharge, mais ça n'a pas d'impact sur le fonctionnement intrinsèque de la batterie.

[e-Lionel]

Tout à fait exact, expliquer l'intérêt du 800V comme je l'ai fait ne veux pas dire que je cautionne l'utilisation de grosses batteries dans toutes les situations...

Je pense d'ailleurs que la densification du réseau de charge rapide va mettre un bon coup de frein dans la course à la plus grande autonomie, du moins de ce côté de l'Atlantique.

On devrait changer nos habitudes, et ne pas chercher à reproduire ce que l'on a en thermique : "je veux 500 km d'autonomie, et je veux faire le plein en moins de 5 minutes".

 

Pourtant, si un constructeur arrivait à proposer ce genre de produit (Toyota avec la batterie solide par exemple), ce serait à coup sûr le jackpot pour lui !

[alfniev]

Le 08/10/2021 à 00:39, e-Lionel a dit :

L'intérêt du 800 V n'est pas là, mais dans la possibilité de charger une batterie avec 2 fois plus de cellules (donc double capacité) dans la même durée qu'une batterie 400V, et sans impact sur les cellules (même tension et même intensité de charge pour chaque cellule, mais tension globale doublée, et donc puissance doublée aussi).

 

En lisant en diagonale ton commentaire , on a l'impression que le 800 est "meilleur pour la batterie" que le 400.

Ce qui est faux. ( je sais que c'est très clair de ton coté ) 

Et ensuite on obtiens des raisonnements erronés sur des surchauffe du pack batterie possible entre 800 et 400V

 

Le 800V permets simplement d'éviter le goulot d'étranglement de la prise Combo qui limite l'intensité a 500A.

Et donc une limite sur la puissance de recharge,  en 400V => 200kW  , en 800V => 400kW

 

La prise Combo étant normativement limitée a 1000V 500A , on attends la mise a jour pour recharger Bus , Camions , Bateaux a plus de 500kW !!!

[e-Lionel]

Le 08/10/2021 à 09:28, alfniev a dit :

En lisant en diagonale ton commentaire

Essaie de le lire ligne après ligne alors ! 🤪

[alfniev]

Certains pensent déja au 1200V

https://insideevs.com/news/555099/byd-1200v-power-driver-chip/

 

cela confirme que le 800V n'est qu'une étape.

[bethermin]

Le 06/10/2021 à 23:39, zeta a dit :

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).

 

 

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.

 

 

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...).

 

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) :

 

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:

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).

 

Oui mais les pertes dans les câbles et les connexions ?

En series 1 câble 1 A, 4 fois moins de perte dans le câble.

En parallèle 4x4A de perte .

Surtout que sous 400 A la puissance dissipée dans les câbles doit être assez élevée .

D'ailleurs j'ai remarqué que sur mon ev6 la batterie monte moins vite en température que sur le niro pourtant t il charge 3 fois plus vite .

Modifié décembre 17, 2021 par bethermin

[zeta]

Le 17/12/2021 à 19:13, bethermin a dit :

Oui mais les pertes dans les câbles et les connexions ?

Il y a souvent une confusion entre 2 points:

* Les câbles :  les pertes viennent de l'effet joule. Moins de courant implique moins de pertes par effet joule dans les câbles (P=RI²), ce qui laisse le choix au concepteur entre augmenter le courant pour un câble de section donné, ou de réduire la section pour un même courant, on est tous d'accord la dessus.

* La batterie : à batterie de capacité identique et de chimie identique, un changement de configuration ne change pas la puissance maxi qu'elle peut accepter, sinon tous les constructeurs feraient des batteries 10 000 V qu'on chargerai en 3 minutes. (l'objet principal de mon message)

 

Le 17/12/2021 à 19:13, bethermin a dit :

D'ailleurs j'ai remarqué que sur mon ev6 la batterie monte moins vite en température que sur le niro pourtant t il charge 3 fois plus vite .

Sauf que l'ev6 à été conçue pour supporter ces vitesses, et pas le niro : chimie de la batterie, système de refroidissement, etc. adapté pour ces puissances. La différence n'est pas seulement la tension du pack, sinon toutes les batteries 400V chargeraient aussi vite que les Tesla/Audi..., et ça n’augmenterai pas à chaque génération de véhicules.

[bethermin]

Le 17/12/2021 à 19:29, zeta a dit :

Il y a souvent une confusion entre 2 points:

* Les câbles :  les pertes viennent de l'effet joule. Moins de courant implique moins de pertes par effet joule dans les câbles (P=RI²), ce qui laisse le choix au concepteur entre augmenter le courant pour un câble de section donné, ou de réduire la section pour un même courant, on est tous d'accord la dessus.

* La batterie : à batterie de capacité identique et de chimie identique, un changement de configuration ne change pas la puissance maxi qu'elle peut accepter, sinon tous les constructeurs feraient des batteries 10 000 V qu'on chargerai en 3 minutes. (l'objet principal de mon message)

 

Sauf que l'ev6 à été conçue pour supporter ces vitesses, et pas le niro : chimie de la batterie, système de refroidissement, etc. adapté pour ces puissances. La différence n'est pas seulement la tension du pack, sinon toutes les batteries 400V chargeraient aussi vite que les Tesla/Audi..., et ça n’augmenterai pas à chaque génération de véhicules.

On est d'accord au niveau des cellules  400 V ou 800 V aucun changement.

Par contre dans tout le reste la réduction de l'intensité fait baisser l'effet joule .

Au taf on soude en continue à 750 A (3 heures non-stop), et les 2 câbles de 95 mm² montent souvent à plus de 70 degrée .Et comme le cuivre conduit aussi bien la chaleur que les électrons il transmet sa chaleur à la génératrice et à la tete de soudage .