Les modèles électriques doivent être adaptés à un usage quotidien. Les décisions d’achat sont principalement influencées par la variété, mais également par l’efficacité de charge des batteries haute tension intégrées. Pour ce facteur, Audi stylise, développe et vérifie elle-même les cellules de batterie et les pièces de batterie dans son centre de test de batterie à Gaimersheim.
Noir, rouge, or – ces couleurs indiquent l’état de charge d’une batterie cellule. Pendant la charge, des ions lithium se déposent dans l’anode en graphite et le graphite change de couleur en fonction de l’état de charge. Lorsqu’il est relâché, le graphite a l’air noir; chargée à mi-chemin, elle rougit ; et lorsqu’il est complètement chargé, le graphite apparaît doré. « Cela nous permet de voir et d’examiner l’état de charge », explique le Dr Bernhard Rieger, expert en cellules au centre de test des batteries Audi à Gaimersheim. Lorsque les électrodes sont chargées, elles ne le font pas uniformément. Une électrode se chargera le plus rapidement là où existe la plus grande variété d’ions lithium. Il en résulte un gradient d’état de charge. Idéalement, ce qui serait exactement de la même couleur. Cependant, cela nécessiterait une électrode exceptionnellement mince qui aurait à son tour une capacité négligeable. « En ce qui concerne les cellules lithium-ion à charge rapide, l’art dépend d’un contrôle précis du courant pour éviter de surcharger l’anode dans les emplacements dorés. Cela entraînerait un vieillissement prématuré », déclare Rieger. « Cela signifie que notre travail consiste à garantir le fonctionnement idéal des cellules lithium-ion pour obtenir la meilleure autonomie et les meilleures performances de charge possibles. » Pour les clients Audi, cela garantit un camion électrique à batterie offrant à la fois une variété et une efficacité de charge excellentes. « Dès que l’exigence fondamentale de variété est effectivement remplie, la capacité de charge devient plus pertinente », ajoute Rieger.
Équilibre entre une densité d’énergie élevée et des temps de charge rapides
Les professionnels de la cellule de Gaimersheim font donc face à des objectifs contradictoires. « Nous avons un bundle restreint qui nous est proposé, dans lequel nous devons charger le plus d’énergie possible », remarque Rieger. « Cependant, nous voulons également avoir la possibilité de le recharger aussi vite que possible. »
Le conflit dépend du fait que plus la densité d’énergie est élevée, plus il faut de temps pour charger la cellule. Cela signifie que les techniciens du service cellulaire sont confrontés à un acte stabilisateur qui les oblige à maintenir au minimum des temps de charge constants tout en augmentant la densité d’énergie. Afin de recharger rapidement une grande quantité d’énergie, la capacité de recharge est un point précoce sur l’agenda du développement de l’emploi. Dans ce domaine, pas moins de 2 conceptions Audi imposent aujourd’hui des exigences : les cellules de la batterie haute tension de 93 kWh utilisée dans l’Audi e-tron GT quattro1 peuvent charger de 5 à 80 % avec jusqu’à 270 kW de puissance en seulement 22,5 minutes dans des conditions parfaites. L’Audi e-tron, qui est arrivée sur le marché pour la première fois en 2019, est toujours considérée comme le critère aujourd’hui avec sa courbe de charge spéciale en forme de plateau, où la puissance de charge jusqu’à 150 kW est disponible pour une grande partie du processus de charge.
« Nous investissons beaucoup de temps dans le développement de cellules parfaitement contrôlées et dans le contrôle du courant pour obtenir un temps de charge aussi rapide que possible combiné à une efficacité élevée et une longue durée de vie », explique Rieger. À Gaimersheim, l’accent n’est pas limité aux seules cellules de batterie : l’ensemble du système de batterie avec ses dispositifs électroniques, son système de gestion thermique et sa périphérie haute tension sont également appropriés pour l’idée de charge rapide d’Audi. « Nos systèmes sont développés dès le premier jour avec une charge rapide à l’esprit car il est vraiment difficile d’augmenter la capacité de charge plus tard. Seul un ensemble global parfaitement équilibré où chaque détail compte dès le début atteindra les stations de charge souhaitées. »
Des bancs d’essai à la production de présérie – tout sous un même toit
Outre les exigences de densité d’énergie et de capacité de charge, les cellules de batterie répondent également aux exigences de durée de vie et de sécurité les plus élevées . À cette fin, les cellules spécifiques et le système de batterie dans son ensemble doivent passer de nombreux tests dans le centre d’environ 4 400 mètres carrés de Gaimersheim. Chaque intervention sur camion implique divers tests de durée de vie et de charge rapide sur plusieurs centaines de cellules. Les cellules doivent subir différents profils de charge et de charge que les professionnels de Gaimersheim réalisent dans des chambres climatiques à des températures comprises entre -30 et 60°C. « Nos tests et vérifications commencent à une phase d’échantillonnage précoce environ 4 ans avant le début de la production pour nous laisser le temps de faire des réajustements là où c’est nécessaire », explique le professionnel de la cellule Rieger. Afin d’évaluer les phénomènes de vieillissement des cellules, celles-ci sont également exposées à des températures élevées pendant une durée d’environ un an. Cela permet à Audi d’imiter une durée de vie en voiture allant jusqu’à 15 ans. Les bancs d’essai de durée de vie à Gaimersheim permettent également aux techniciens d’accélérer des situations de kilométrage reconstruit d’environ 300 000 kilomètres. D’autres tests incluent le dépistage des collisions et des surcharges ainsi que divers tests de sécurité. Diverses situations de conduite peuvent être simulées afin d’améliorer la stratégie de fonctionnement ou la gestion thermique des composants haute tension. « Cette application nous permet d’effectuer le meilleur réglage possible de nos batteries », déclare Rieger. « Les nouveaux résultats des mesures des cellules sont redirigés directement vers les conceptions de batteries virtuelles afin que nous puissions observer les résultats sur la voiture. » Gaimersheim abrite également une installation de construction et de construction de prototypes de batteries ; ici, les travailleurs construisent les batteries haute tension à partir de zéro jusqu’à la production de pré-série.
« Chez Gaimersheim, nous avons la compétence pour peaufiner le style et la technique fonctionnelle de nos cellules pour réaliser des maisons qui sont les meilleurs pour Audi », résume Rieger. « Comment puis-je faire fonctionner et développer une batterie pour en tirer le meilleur parti ? C’est une préoccupation que nous abordons chaque jour au centre de dépistage des batteries de Gaimersheim. »
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