Le Battery Show Detroit 2024 ressemblait à un salon professionnel du bon vieux temps – immense et rempli d’ingénieurs, comme l’était chaque salon SAE et comme le LVCC West Hall du CES l’est aujourd’hui. Seulement ici, tout est axé sur les avancées technologiques en matière de batteries et de véhicules électriques. Votre humble scribe ingénieur en mécanique a fait de son mieux pour se frayer un chemin à travers la foule de 19 000 personnes, passant au crible tous les widgets, gadgets et cabines d'essais pour détecter uniquement la technologie la plus cool promettant de rendre votre prochain véhicule électrifié meilleur et plus sûr à conduire.
Pompiers
La triste vérité concernant la plupart des batteries de véhicules électriques sur nos routes aujourd’hui est que les oxydes contenus dans leurs électrolytes liquides sont les pires types d’inflammables, dans le sens où le carburant contient son propre oxygène, ce qui rend les incendies de batterie diablement difficiles à éteindre. C'est pourquoi des normes sont en place pour que les retardateurs de flammes empêchent l'emballement thermique pendant 5 minutes, afin de laisser aux passagers le temps de sortir en toute sécurité. Plusieurs stands du Battery Show Detroit 2024 proposaient des mises à niveau de cette spécification.
Nexeo STAMAX : 5 minutes à 1 200⁰C Cela représente l’état actuel de la technologie, utilisé aujourd’hui sur les produits Lucid. Ce matériau composite thermoplastique de 4 mm d'épaisseur de SABI Petchem dure largement plus longtemps que le boîtier de batterie en aluminium de 1 mm d'épaisseur, qui brûle en 20 à 30 secondes à la même température.
Barrière thermique Nagase : 30 minutes à 1 500⁰C Ce matériau à base de caoutchouc de silicone pèse 1,6 kg/l (les ignifugeants au mica les plus courants pèsent 2,3 kg/l) et est conçu comme une enveloppe pour le boîtier de la batterie. Il est en production en Chine sur certains véhicules GM, SAIC et Geely.
Matériau d'interface thermique NanoTIM : 20 minutes à 2 000 ⁰C Ce matériau en mousse de silicone est destiné à être utilisé comme séparateur de 2 mm positionné entre les cellules, utilisé pour empêcher l'emballement thermique d'une cellule à l'autre. Il est déjà utilisé dans les véhicules électrifiés du groupe Hyundai.
Kelvinite des hautes terres Ce nouveau matériau en polypropylène ignifuge a fait ses débuts au Battery Show Detroit 2024 et n'a pas cité de statistiques de brûlure car il est hautement personnalisable pour répondre à divers besoins, comme séparateur de cellules, couverture de pack ou une myriade d'autres possibilités. Ses arguments de vente uniques sont qu'il s'agit de l'un des seuls matériaux ignifuges efficaces disponibles sans halogénates (contenant du fluor, du chlore, du brome ou de l'iode) et qu'il est hautement thermoformable.
Une prévention contre les incendies de batterie que vous pourrez bientôt obtenir
Au Battery Show Détroit 2024, Préstone a lancé une gamme de trois nouveaux liquides de refroidissement adaptés aux véhicules électriques à batterie et à pile à combustible. La plupart des véhicules électriques d'aujourd'hui utilisent les mêmes liquides de refroidissement que ceux utilisés par les véhicules à moteur thermique, mais les phosphates ioniques typiques qui confèrent à l'antigel sa protection anticorrosion sont électriquement conducteurs dans la plage de 3 000 à 5 000 micro-siemens/cm. C'est bien tant que l'antigel ne touche jamais les batteries, mais en cas d'accident qui impacte le pack, l'antigel peut entrer en contact avec les batteries et cela peut déclencher un incendie comme le fait l'eau de mer (elle mesure 55 000 µS/cm, contre 0,5 pour l'eau distillée). –3µS/cm). La Chine a rendu obligatoire l’introduction progressive de liquides de refroidissement à faible conductivité d’ici la mi-2026.
Les deux nouveaux liquides de refroidissement BEV présentent une conductivité inférieure à 100 µS/cm. L'un est à base de silicate et l'autre exploite la technologie de l'acide organique phosphaté sans composés de silicate, de borate et d'amine et les deux utilisent un mélange d'ions chargés positivement et négativement (anions et cations) pour la prévention de la corrosion. Le point de congélation est descendu à -49,5⁰C. Dans les piles à combustible, le liquide de refroidissement entre en contact avec les plaques conductrices d'énergie, de sorte que l'on présente une conductivité extrêmement faible, inférieure à 5 µS/cm.
Ces produits Prestone devraient offrir une plus grande tranquillité d'esprit lors du remplacement des liquides de refroidissement conventionnels dans les véhicules électriques existants, mais vous devrez les vidanger soigneusement, les rincer à l'eau déionisée, les remplir partiellement avec du nouveau liquide et rincer, puis remplir avec du nouveau liquide. Attendez-vous à ce qu'ils arrivent sur le marché secondaire peu de temps après avoir fait leurs débuts en usine OEM plus tard cette année.
Le lithium-soufre est-il prêt pour les heures de grande écoute ?
Nous avons d'abord couvert Lyten en 2021, et maintenant Stellantis a investi pour commercialiser des batteries lithium-soufre. Lors du salon, Lyten a proposé une mise à jour sur les statistiques actuelles de ses batteries, qui peuvent être disponibles sous forme cylindrique ou en pochette. Sa cathode en soufre et en graphène 3D et son anode composite au lithium métal fourniraient une densité énergétique de 315 Wh/kg d'ici la fin de cette année (confortablement au-dessus de celle de NMC), avec des coûts de matières premières qui devraient être inférieurs de 20 % en 2025, tombant à près de la moitié de ce chiffre. de NMC d’ici 2030. La longévité des décharges profondes est toujours de l’ordre de 300 cycles ; le double à des niveaux de rejet inférieurs, mais de nouvelles améliorations sont attendues et une giga-usine de production est en préparation.
Basé à Houston Énergie Zêta était également présent pour vanter sa conception de cathode en carbone sulfuré, créée à l'aide d'un processus similaire à la vulcanisation du caoutchouc, en commençant par de la poudre noire. Les anodes métalliques structurées en 3D sont constituées de nanotubes de carbone lithiés alignés verticalement et offrant une capacité supérieure à celle de toute technologie d'anode actuelle ou avancée, sans risque démontré de développement de dendrites susceptibles de court-circuiter une batterie. Les statistiques de performance de Zeta sont proches de celles de Lyten : 300 à 450 kWh/kg et 900 kWh/litre et ils ont démontré une durée de vie de 1 500 cycles. Grâce à la législation exigeant que le soufre soit retiré de l’essence et du carburant diesel, les raffineries locales du Texas produisent un flux constant de soufre « déchet ». Quelle meilleure utilisation que celle-ci ? Zeta Energy est sur le point de construire une installation de production pilote de 1 MWh pour la production d'échantillons en 2025.
Qu’en est-il des batteries sodium-ion ?
Les batteries sodium-ion promettaient autrefois d’être une alternative ultra peu coûteuse à la chimie NMC coûteuse, mais leur marché cible s’est éloigné des véhicules électriques traditionnels. Basé aux États-Unis Piles à l'aluminium a une batterie sodium-ion à semi-conducteurs en préparation, mais principalement pour une utilisation dans les alimentations électriques, les pelouses/jardins et les applications de véhicules industriels/commerciaux hors route. CATL et BYD travailleraient toujours sur des applications automobiles, mais pour l'instant, la chimie lithium-fer-phosphate (LFP) a largement tué l'ion Na pour le marché grand public des véhicules électriques.
État de la batterie à semi-conducteurs
En passant devant les 1 150 stands du Battery Show Detroit 2024, nous n’en avons trouvé aucun annonçant une production imminente de cellules de batterie destinées aux véhicules électriques nord-américains grand public. Mais le fournisseur Schaefflerqui travaille lui-même sur de telles batteries, a démontré une solution mécanique utile pour répondre au besoin de ces batteries de se dilater et de se contracter pendant leur cycle de charge/décharge tout en restant sous une pression constante. Ce système de compression par courroie de tension (TBC) se compose de six ressorts hélicoïdaux séparant deux piles de 14 batteries entièrement solides (ASSB). Trois bandes d'acier avec leurs propres tendeurs maintiennent la pression réglée de 1,6 MPa lorsque les ressorts hélicoïdaux se compriment. Tout cela semble très efficace, bien que quelque peu troublant pour la densité de puissance volumétrique et gravimétrique globale du pack.
Moteur à flux axial Torev
Les moteurs à flux axial ne sont pas nouveaux, mais Torev a conçu un moyen de les rendre plus abordables et durables, en ramenant leur densité de puissance du domaine des supercars aux véhicules électriques grand public. En faisant équipe avec Députéexpert en matériaux composites magnétiques doux (SMC), son noyau de stator est formé à l'aide d'un processus de frittage de poudre de métal à la fois plus simple et plus précis dimensionnellement, permettant l'insertion d'enroulements préformés qui ne seraient pas possibles lors de l'assemblage de plaques d'acier laminées. Le matériau SMC réduit considérablement la quantité de matériaux de terres rares nécessaire et, comme le SMC réduit les courants de Foucault, le moteur tourne naturellement à une température plus froide. En conséquence, le prototype de moteur de 200 chevaux/169 lb-pi affiche une efficacité de 97,8 % (!), ne pèse que 77 livres et ne mesure que 9,4 pouces de diamètre sur 6,9 pouces de long. Torev a récemment remporté un prix GAMIC et a depuis suscité de nombreux intérêts OEM et financements en capital-risque. C’est à surveiller.
Déconnexion électromécanique de l'essieu E
Amsted Automobile a présenté un nouveau débranchement de moteur plus simple et fraîchement breveté, permettant à une machine à aimant permanent de tourner en roue libre lorsque ni la puissance ni le freinage par récupération ne sont souhaités. Utilisant la technologie d'un embrayage unidirectionnel commutable actuellement utilisé dans une transmission automatique Honda, ce dispositif fonctionne comme un frein à rétropédalage sur un vélo. Lorsque l'entraînement n'est pas nécessaire à partir de l'essieu auxiliaire, le moteur peut s'arrêter et l'embrayage est en roue libre. L’application de puissance réengage instantanément l’embrayage. Pour un freinage par récupération ou une marche arrière, engagez simplement un interrupteur qui verrouille l'embrayage. Son fonctionnement est beaucoup plus simple et plus fluide que les embrayages à friction, et l'entreprise utilise également cette technologie pour simplifier l'engagement des transmissions EV à deux vitesses.
Manchons de roulement non conducteurs
Les moteurs électriques tournent et ont donc besoin de roulements, mais lorsque le courant vagabond traverse ces roulements, il peut provoquer une « corrosion électrique » qui peut endommager prématurément le roulement. Dupont Vespel est un matériau non conducteur miraculeux qui n'a ni point de fusion ni point de transition vitreuse (c'est-à-dire que les températures froides ne le rendent pas cassant). Cela le rend excellent pour une utilisation dans les moteurs de fusée, les satellites et comme isolant pour les roulements des moteurs électriques. Il s'agit également d'une alternative économique aux roulements hybrides en céramique ou aux revêtements en oxyde de céramique habituellement utilisés à cet effet.
