Du nouveau pour les batteries lithium-ion chez Tesla grâce à la conception modulaire et à l'intégration verticale

J'ai beaucoup appris sur les batteries au lithium-ion (Li-ion) lorsque je travaillais pour une entreprise de smartphones. À force de modifier la conception du téléphone, nous avons construit une nouvelle batterie de A à Z. Le téléphone s'était aminci, la batterie devait donc s'adapter à ce changement. Bien sûr, c'est un travail de longue haleine, mais c'est la seule façon d'obtenir les meilleures performances. L'idéal serait une batterie Li-ion standard qui pourrait fonctionner dans tous nos téléphones. Ce type d'approche modulaire est plus efficace, plus rentable et plus facile à produire en interne. C'est pourquoi Tesla a adopté une approche modulaire pour ses véhicules électriques ; simplifiant la production et le recyclage des batteries en utilisant un seul modèle de cellule pour ses batteries.

Batteries Li-Ion: alimenter les véhicules électriques du futur

Tesla Motors, le célèbre constructeur de véhicules électriques, a inventé une stratégie efficace pour développer des solutions pour ses batteries. C'est un problème majeur qui préoccupe tous les fabricants de véhicules électriques,étant donné que la batterie est la pièce la plus chère sur un véhicule.Les technologies plus anciennes et moins coûteuses, comme le Nickel Metal Hydride, offrent moins d'autonomie et un temps de recharge plus long. Contrairement à d'autres constructeurs automobiles, Tesla a fait le choix audacieux de choisir le Li-ion dès le début. La société a mis à profit le potentiel du Li-ion grâce à une approche de conception modulaire des batteries. C'est pourquoi leurs voitures présentent les mêmes performances que les véhicules à essence, la flexibilité de conception, et offrent les temps de recharge les plus courts du marché.

Suivant les recommandations d'Elon Musk, prônant la simplification et l'utilisation de la conception modulaire, Tesla a créé une nouvelle technique pour ses batteries. Le constructeur a abandonné les conceptions de batteries volumineuses et coûteuses « sur mesure », comme celles qui me causaient tant de difficultés quand je travaillais sur mes projets de smartphones. Le produit phare de Tesla, la berline sportive de luxe Model S, a inauguré cette approche remarquable. Tesla a décidé de se baser sur un unique modèle de cellule, le format « 18650 ». Pour construire la batterie de la Model S, la société a connecté des centaines d'exemplaires de cette cellule dans un même bloc de forme plate. Cette forme a été choisie pour que la batterie puisse s'insérer dans le plancher de la voiture, en faisant ainsi intégralement partie du cadre. Cette idée a permis à Tesla d'atteindre la capacité et les performances souhaitées, sans avoir à développer une batterie personnalisée pour chaque véhicule.

Gigafactory : la production de batteries Li-Ion prend des proportions spectaculaires

La Model S a prouvé que produire « de nombreuses petites batteries » était une stratégie efficace et rentable. Suite à cela, Tesla a donc déployé la même technologie pour son modèle suivant, la Model X, et l'utilisera à nouveau dans la conception du futur Model 3.  Avec une telle approche, les batteries de toute la série de véhicules électriques sont conçues sur la base d'une seule cellule modulaire. Pour produire en interne, il suffit donc de produire en série ce même bloc de batterie. De plus, Tesla peut modifier en interne la cellule de la batterie en fonction de ses besoins, plutôt que d'avoir à convaincre son fournisseur d'y apporter des modifications. C'est là tout l'intérêt de cette stratégie de conception. Limitez-vous à la création d'un seul bloc, et vous verrez que l'intégration verticale devient beaucoup plus simple.

Tesla a décidé de développer sa stratégie modulaire en interne. La Gigafactory, sa nouvelle usine de production de batteries, est actuellement en construction. Cette énorme installation devrait produire 50 gigawatt-heures par an d'ici 2018 et intégrera verticalement le processus de production complet de la batterie. La Gigafactory produira en masse un modèle de batterie individuelle similaire au modèle 18650, en prenant en charge toutes les étapes de production excepté l'extraction du lithium brut. L'usine produira également les boîtiers des batteries, et y assemblera des centaines de cellules dans les « blocs ». De plus, la Gigafactory sera une installation verte, c'est-à-dire qu'elle recyclera les anciennes cellules Li-Ion dans un nouveau cycle de production.

En combinant des centaines d'exemplaires d'une même cellule pour former une seule batterie, Tesla a inventé une solution ultra-performante.

Associée aux avantages de l'intégration verticale, la batterie Li-ion modulaire permet à Tesla de se rapprocher toujours plus du « point d'inflexion » sur la courbe de coût de la batterie. Au final, le coût unitaire de production des batteries Li-ion sera assez bas pour devenir plus avantageux que le coût d'un groupe motopropulseur pour véhicule à essence. Les prix des véhicules électriques baisseront définitivement grâce aux économies d'échelle.  Il reste bien du chemin à parcourir avant que cela ne se produise, mais la domination des véhicules électriques se profile bel et bien à l'horizon. Avec Tesla, les batteries Li-ion deviennent réellement performantes.

Même si vous ne comptez pas défier Tesla, concevoir et fabriquer une batterie représentent un défi pour tout concepteur de circuits imprimés. Le conditionnement et la régulation de puissance ainsi que le circuit de charge doivent fonctionner dans le respect de spécifications extrêmement précises et de besoins spécifiques en énergie. Cependant, avec un environnement de conception en 3D ultramoderne, ces composants ne seront plus une menace pour la réussite du projet. Un logiciel de conception de circuits imprimés, comme Altium Designer, offre des outils intuitifs ultra modernes qui permettent de créer des circuits imprimés capables de gérer l'énergie de manière performante. De plus, avec des extensions logicielles comme Altium Vault, vous pouvez gérer et réutiliser vos composants et gagner du temps, sans devoir concevoir chaque circuit imprimé de A à Z. Révolutionnez votre travail à l'aide d'une solution Altium dès aujourd'hui.