- Innovation créatrice de nouvelles compétences
- Non
- Innovation génératrice de nouvelles activités
- Non
- Phase de développement de l'innovation
- Commercialisé depuis plusieurs années
- Date de création
- Date de mise à jour
En bref
La batterie Nickel Metal Hydrure est largement utilisée et pas seulement dans l'automobile, de la pile rechargeable, à la batterie de véhicule hybride, en passant par les accumulateurs d'équipement portatif.
C'est une technologie plus ancienne que les batteries au lithium, mais qui reste utilisée dans l'automobile pour les véhicules hybrides non rechargeables (HEV).
Même si sa densité d'énergie (électricité emmagasinée pour 1 kilo de batterie) est plus faible que la technologie lithium, elle offre des avantages non négligeables pour certaines applications.
- Innovation créatrice de nouvelles compétences
- Non
- Innovation génératrice de nouvelles activités
- Non
- Phase de développement de l'innovation
- Commercialisé depuis plusieurs années
- Date de création
- Date de mise à jour
Description détaillée
Les composants de la batterie
La batterie NIMH est composée de :
- Nickel pour l’électrode positive (cathode), identique à celle d’un accumulateur Nicd.
- Hydrure métallique pour l'électrode négative (anode), un alliage de métaux, qui forme un composant spécifique avec l’hydrogène, appelé hydrure, dont la fonction est de servir de stock d’hydrogène. Ces alliages peuvent être un mélange de terres rares (lanthane, néodyme etc.) avec un élément intermétallique (nickel, manganèse, aluminium etc.). Il existe également des alliages de titane ou du vanadium, avec d’autres métaux comme le zirconium ou le nickel.
- Hydroxyde de potassium pour l'électrolyte, généralement constitué d’hydroxyde de potassium KOH dilué dans l’eau, et forme un mélange d’ions potassium positifs, d’ions hydroxyde négatifs et de molécules d’eau. Ce mélange est très conducteur d’électricité.
Le principe de fonctionnement de la batterie NIMH
- En charge, de l’électrode positive vers l’électrode négative. Le nickel de l’électrode positive s’oxyde. L’électrode négative subit une réduction de l’eau (production d’atome d’hydrogène, absorbé par les hydrures métalliques de l’électrode).
- En décharge, de l’électrode négative vers l’électrode positive. L’électrode positive connait la réduction de l’ion Ni. L’électrode négative oxyde son eau. C’est lors de cette étape que la batterie fournit son énergie. L’hydrogène accumulé dans l’électrode négative se libère, en créant de l’électricité.
Nota : La batterie NIMH n'utilise pas de cobalt (composant cher), ni de cadmium (polluant si relâché dans la nature).
Caractéristiques
Densité d'énergie : (quantité d'énergie électrique que la batterie contient dans un volume ou par unité de poids).
Les batteries Ni Mh ont remplacé les batteries Nickel-Cadmium (Ni cd), après leur interdiction en 2006 par l’Union européenne (2006/66/EC), pour les applications non industrielles.
Par rapport à la batterie Ni cd, l’énergie massique de la batterie Ni Mh est supérieure de 30 à 40 % :
- Batterie Ni cd : 45 – 80 Wh/kg
- Batterie Ni Mh : 60 – 110 Wh/kg
- Tension par élément : 1.2 Volt
Puissance spécifique :
Elle est capable de délivrer ou d'absorber de fortes intensités, pendant un temps court, ce qui correspond parfaitement à son usage (batterie de faible capacité, capable de fournir de la puissance ponctuellement).
Autodécharge :
Environ 20% par mois, sans utiliser le véhicule. En utilisation normale, cette autodécharge est invisible pour l'utilisateur car la batterie se recharge en roulant.
Prix :
Un prix au kWh presque équivalent au lithium mais comme il y a très peu de capacité, la batterie entière n'est pas très chère.
Cycles de vie :
Utilisée sans BMS, la batterie Ni Mh n'est pas la batterie avec le plus de cycles de vie (500 à 1500). Mais en automobile, elle est gérée par un BMS, ce qui permet de faire durer la batterie très longtemps ( des Toyota de 20 ans roulent encore actuellement avec leur batterie d'origine).
Usage automobile
La batterie NiMH est actuellement utilisée sur les véhicules électriques hybrides (HEV).
La densité énergétique du NiMH ne permet pas de répondre aux exigences des véhicules électriques types PHEV et BEV.
La batterie de traction d'un véhicule HEV est prévue pour durer la vie du véhicule.
Pour parvenir à durer aussi longtemps, le boitier de gestion de la batterie (BMS) adopte une stratégie protectrice.
L'idée est de ne pas laisser le conducteur utiliser la batterie comme il le souhaite, au contraire des piles rechargeables que l'on peut utiliser jusqu'à 0% de SOC batterie, sans limite de température : ici c'est le BMS qui gère la batterie.
Pour assurer une longue durée de vie, la BMW X6 Hybrid restreint son utilisation batterie:
- Maintenir la température des éléments dans la plage optimale entre +25 et +55 °C (en « chauffant » ou en refroidissant).
- Le courant de charge et le courant de décharge ne doivent pas dépasser certaines limites en fonction de la température .
- Ne pas utiliser à fond la quantité d'énergie accumulée de la batterie. (plage d'utilisation de la batterie restreinte pour maximiser sa durée de vie).
Conditionnement et formats de cellules
Dans une batterie de traction, les éléments (cellules) sont fixées/ soudées par groupe de 4 ou 6 généralement, on peut donc déposer des modules mais pas directement des cellules.
Toyota utilise des cellules rectangulaires, Stellantis, sur ses Hybrid 4 (DS5, 3008, 508RXH) utilisait des cellules cylindriques.
Mobipolis
Caractéristiques de la batterie du BMW X6 Hybrid :
- Tension nominale : 312 V
- Plage de tension utile : 234 à 422 V
- Eléments de batterie : 260 à 1,2 V
- Plage de température idéale : 25 à 55 °C
- Quantité d'énergie accumulable : 2,6 kWh
- Quantité d'énergie utilisée : 1,4 kWh
- Puissance maximale : 57 kW
- Technologie d'accumulation : Nickel Métal Hydrure
- Electrolyte : Solution d'hydroxyde de potassium
- Dimensions : 762 mm x 560 mm x 206 mm
- Masse : env. 85 kg
- Système de refroidissement : Circuit de refroidissement dédié avec échangeur thermique liquide de refroidissement-air et échangeur thermique liquide de refroidissement- fluide frigorigène supplémentaire.
Puissances disponibles en fonction de la température
Batterie de BMW X6 Hybrid.
1 Charge (de l'énergie électrique est absorbée par la batterie)
2 Décharge (de l'énergie électrique est prélevée de la batterie)
3 Plage de température basse avec puissance fortement limitée de la batterie
4 Plage de température moyenne avec puissance optimale de la batterie
5 Plage de température élevée avec puissance fortement limitée de la batterie
6 Puissance maximale lors de la charge en fonction de la température
7 Puissance maximale lors de la décharge en fonction de la température
Gnfa
Gestion de la batterie
Les batteries NiMh sont gérées par un BMS, comme pour les batteries LI ION.
Cependant, leur gestion est simplifiée, contrairement aux LI ION, il n'y a pas de risque d'emballement thermique.
Le BMS assure donc les fonction suivantes :
• Commande du circuit de refroidissement
• Détermination du niveau de charge (SoC) et de l'état de vieillissement (SoH)
• Détermination (et au besoin limitation) de la puissance disponible de la batterie de traction
• Commande des relais de batterie
• Fonctions de sécurité (surveillance de l'intégrité de la boucle interlock)
• Surveillance de la tension et de la température des éléments de batterie ainsi que de l'intensité du courant
• Communication avec les autres calculateurs du véhicule
Refroidissement
Un véhicule HEV a une autonomie de roulage en mode 100% électrique assez faible ( environ 2 km dans de bonnes conditions et batterie chargée), ce qui limite déjà l'utilisation de la batterie et son échauffement (proportionnel à l'intensité délivrée par la batterie).
Même si le conducteur souhaite rouler en mode électrique, c'est le BMS qui va arbitrer : pour préserver la batterie il peut limiter son utilisation si sa température est trop haute, et le moteur thermique prendra le relais.
La plupart des batteries Ni Mh sont refroidies par air, elles ne sont donc pas étanches.
Sécurité
Si la batterie NiMh est surchargée ou chauffe trop, elle peut gonfler, ou perdre de l'électrolyte, ce qui entrainera une diminution de son SOH (état de santé).
Le module peut alors éclater, sans risque d'incendie.
Ci dessous un module Ni Mh ayant perdu de l'électrolyte, sur les pôles négatifs des modules.
Mobipolis
Avantages et inconvénients
Avantages :
- Aucun effet mémoire
- Accepte très bien les pics de puissances(adaptées au véhicules hybrides non rechargeables)
- Gestion de la température simple(refroidissement par air suffisant)
Inconvénients :
- Autodécharge élevée
- Coût de fabrication
- Densité énergétique
Transport des batteries
La batterie NIMH est classée 9, numéro ONU 3496, et n'est pas soumise à l'ADR, elle n'a pas de restriction pour le transport routier.
- Transport aérien : Disposition spéciale A199 de la 61e édition des règlements de l'IATA sur les marchandises dangereuses Les documents d'expédition contiennent la mention "Non restreint, conformément à la disposition spéciale A199" dans la lettre de transport aérien (8.2.6 IATA-DGR),
- Transport maritime (ONU 3496) : Code IMDG 39. Amendement disposition spéciale 117 / 963,
- Transport routier et ferroviaire : ADR/RID 2019 (non limité à l'ADR/RID).
Un étiquetage doit être présent sur le colis contenant la batterie.
@Mobipolis
| Diffusion sur le marché | Les batteries Ni Mh sont présentes en automobile depuis plus de 25 ans (Prius par exemple). Actuellement, elles équipent encore des HEV, même si la tendance va vers l'utilisation de batteries lithium. |
|---|---|
| Constructeurs concernés | Une majorité de constructeurs utilisent ces batteries sur leurs véhicules hybrides non rechargeables. |
| Innovation engendrant des entretiens | Non |
| Innovation engendrant des réparations | Non |
| Types de réparations | Remplacement de modules, de capteurs, de BMS, de relais et boitier de jonction, ou de batterie complète. |
| Dispositif législatif en rapport avec l'innovation | Pour réaliser des travaux sous tension sur les véhicules ayant une énergie embarquée, ayant une tension > 60 Volts DC ou une capacité >275 Ah, il faut être habilité B2TL, les différentes préconisations sont définis dans les normes : |
| Contrôle technique | La batterie de traction des véhicules électriques ou hybrides est un des points majeurs de la chaine de traction. A ce titre, elle est soumise à l'inspection des contrôleurs techniques. |
| Mots-clés | Nimh, Hev, pack batterie, batterie de traction, batterie traction véhicules hybrides. |
Méthodes et pratiques
Dans le cas où une batterie de traction n'est pas conforme, il est essentiel de suivre les recommandations du fabricant pour vérifier s'il autorise l'ouverture de celle-ci pour la remettre en conformité
Diagnostic et démontage de la batterie de traction
- Contrôler et relever l'état du calculateur de batterie (Code défaut, tension des modules..).
- Mettre hors tension le véhicule (consignation) et contrôler l'absence de tension de la batterie de traction avant sa dépose
En savoir plus
Consultez la fiche Innovauto au sujet de l'intervention sur les batteries de traction.
| Entreprises concernées aujourd'hui | Centres auto, Spécialistes, MRA, RA2, RA1 |
|---|---|
| Métiers concernés | Démonteur automobile, Mécanicien technicien VI-VU, Mécanicien-Technicien Auto |
Impact sur les compétences en atelier
La structure interne des batteries de traction est différente selon les marques et les modèles.
Chaque intervention est donc différente (process, outils, pièces …).
Ces particularités nécessitent une adaptation continue des compétences et des pratiques des professionnels de l'après-vente pour répondre aux exigences de sécurité et constructeurs.
Une habilitation électrique ne suffit pas forcément à intervenir sur la batterie, elle se complète par une formation du produit concerné.
Les compétences nécessaires à la maintenance d'une batterie de traction
- Disposer de connaissances en électrochimie.
- Etre capable de diagnostiquer une batterie de traction.
- Mettre en place les mesures de sécurité électrique lors d'interventions.
- Avoir acquis des compétences en réparation et remplacement des différents éléments.
- Etre en mesure d'utiliser les différents appareils pour l'équilibrage des modules, le contrôle d'étanchéité, etc.
Exemple d’outillage approprié
Lorsqu'on travaille sur ou à proximité d'éléments sous tension, l'utilisation d'outils isolés réduira considérablement le risque de blessure pour les intervenants, ainsi que les dommages à l'équipement.
La réparation d'une batterie de traction, nécessite l'utilisation de certains matériels spécifiques :
- Contrôleur d'isolement, multimètre catégorie III.
- Appareil pour l'équilibrage des modules neufs.
- Table de levage (batterie de véhicules électriques).
-
D'une chèvre (batterie de véhicules hybrides)...
Le contrôleur d'étanchéité (testeur de fuite) n'est pas nécessaire, car la batterie n'est pas étanche.
Pour éviter tout risque inhérent aux activités lors d'intervention sur les batteries de traction, il est impératif d'utiliser les équipements de protection individuel en état, répondant aux normes et adaptés à la morphologie du travailleur, afin d'être correctement protéger
Il faut s'assurer que les outils et les EPI soient en bon état et conformes aux normes de sécurité en vigueur.
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