Voiture électrique : quels sont les facteurs qui réduisent l'autonomie … – Automobile Propre

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Voiture électrique

Ce n’est pas nouveau : l’autonomie d’une voiture électrique diminue en hiver. Pour quelles raisons ? On fait le point, avec nos conseils.
Lorsqu’il fait froid, plusieurs phénomènes viennent drastiquement réduire l’autonomie d’une voiture électrique. Certains sont inévitables et directs (densité de l’air, chimie de la batterie, …), d’autres tout de même intimement liés (pneus spécifiques, utilisation du chauffage, …). Mais il convient de dissocier les phénomènes. Car si la majorité des facteurs font augmenter la consommation, la batterie n’est alors plus sur sa plage de température optimale, et perd en capacité.
Côté conso’ d’abord, le chauffage pompe énormément d’énergie dès sa mise en route et peut représenter, selon les diverses études, jusqu’à 40 % de la consommation d’une électrique. En valeur absolue, un convecteur électrique (une résistance) peut consommer en moyenne 3 000 W à pleine puissance en fonction de ses performances. Une fois l’habitacle à température, le système réduit la puissance et la consommation est presque divisée par deux (1,5 à 2 kW en moyenne).
D’où l’intérêt d’une pompe à chaleur, qui se montre bien moins énergivore avec une consommation moyenne comprise entre 500 et 1 000 W ! Cependant, précisons qu’elle n’est pas la solution ultime. Pour commencer, le dispositif est plus cher et souvent proposé en option. De plus, il n’est pas aussi efficace qu’un convecteur électrique, et la plupart des systèmes, pour améliorer le confort des passagers, ont toujours recours à une résistance pour chauffer plus rapidement l’habitacle, avant de passer le relais à la pompe à chaleur. C’est pour cela que l’on observe peu de gain entre les deux systèmes sur les premières minutes d’utilisation.
Pour limiter la surconsommation, nous vous conseillons d’utiliser les sièges et/ou volant chauffants si votre véhicule en est équipé. Le rendement est plus intéressant (la chaleur est au plus proche du corps), et leur consommation est minime : comptez 100 W pour le siège et 50 W pour le volant. Si votre véhicule est branché durant la nuit et que vous pouvez piloter à distance ses fonctions (via smartphone ou l’ordinateur de bord à l’avance), planifier un préconditionnement de l’habitacle. Le système chauffera alors l’intérieur en puisant l’énergie sur le réseau plutôt que sur la batterie. Bien sûr, cette énergie ne sera pas gratuite, mais l’autonomie sera en tout cas préservée, ce qui peut être utile avant un long trajet.

Parmi les autres effets inévitables en hiver, notons l’impact des pneus. D’une part, la pression chute au fur et à mesure que le mercure tombe, à raison de 0,1 bar par tranche de 10 °C. Quel que soit le type de pneu, il y aura donc une très légère surconsommation à froid. Infime, certes, mais elle entre dans l’addition. Pour contrer les effets du froid, nous vous conseillons d’ajouter 0,2 bars à la pression recommandée, en prenant soin d’effectuer l’opération « à froid », c’est à dire sans avoir roulé plus de 3 km ou plus de deux heure.
Aussi, notons l’effet des pneus 3PMSF, qu’il s’agisse de gommes hiver ou de pneus été avec homologation hiver (toute-saison 3PMSF autorisés par la loi montagne). Difficile d’entrer dans le détail, les performances étant disparates d’une référence à l’autre. Cependant, l’étiquetage européen en matière de consommation de carburant est un bon indicateur, même si la norme ne se focalise pour le moment que sur la surconsommation moyenne pour des voitures thermiques (écarts absolus exprimés en l/100 km). D’après nos observations préliminaires, nous estimons la surconsommation mixte sur notre parcours d’essai à hauteur de 0,9 kWh/100 km d’une tranche à l’autre, et de 1,8 kWh/100 km en passant de la catégorie A à C. Pour faire simple, vous pouvez envisager une surconsommation de 1 kWh/100 km par tranche supplémentaire jusqu’à la catégorie C (ou de 5 % en moyenne, même si la considération de valeurs relatives ne s’applique pas vraiment ici). Au delà, l’augmentation est plus importante, et ne concerne généralement que des pneus premier prix peu recommandables, hormis pour le portefeuille (et encore…).
Rappelons ici que les pneus 3PMSF ont une consommation plus importante en raison de leur dessin et de leur recette. Sur la bande de roulement, les lamelles bien plus nombreuses engendrent un effort supplémentaire sur le bitume. Ce sont elles, aussi, qui ont un impact sur l’indice sonore, avec généralement un bruit de roulement un peu plus marqué. Côté recette, la gomme tendre utilisée pour des performances optimales sous les 7 °C augmente la résistance au roulement. Pour imager : les pneus hiver deviennent des « ventouses ». Et c’est d’autant plus flagrant à basse vitesse, l’élan sur route ou voie rapide réduisant cette résistance au fur et à mesure que la vitesse augmente. De plus, précisons que l’effet est encore plus marqué en utilisant des pneus hiver avec des températures supérieures ou égales à 10 °C.
Et pour finir, enfonçons des portes ouvertes : la neige présente sur les routes agit comme un véritable frein, et fait augmenter la consommation d’énergie. Consommation aussi plus importante en cas de patinage des roues, même si les béquilles électroniques sont là pour éviter de faire du sur place dans la poudreuse. Cependant, en cas de conduite sur route enneigée si la route n’est pas dégagée, nous vous conseillons de mettre les roues sur la neige fraîche plutôt que sur les traces des autres voitures : la neige tassée est la plus glissante, les ornières vous empêcheront d’éviter des obstacles, et la neige fraîche vous aidera naturellement à ralentir en cas de freinage d’urgence.

Toujours en matière de consommation, la voiture doit faire face à une densité de l’air plus élevée lorsque l’air est froid. Cette masse volumique plus importante forme une sorte de mur devant le museau de la voiture. Cela signifie qu’elle devra déployer plus d’énergie pour se déplacer à la même vitesse. Aussi, la trainée aérodynamique est proportionnelle à la densité du moment. Autrement dit : l’effet sera d’autant plus important avec des véhicules à l’aérodynamique moins travaillée.
Mais cet aspect là requiert de solides connaissances en physique. Surtout que ladite densité sera aussi affectée par l’humidité. En bref : ça ne sert à rien de se soucier de ce phénomène. D’autant que, même avec des compétences de météorologue, vous ne pourrez rien y changer. En revanche, il faut simplement savoir que l’air aura un impact sur la consommation au fur et à mesure que la vitesse augmente, donc sur le réseau secondaire ou sur autoroute. En ville, c’est surtout la résistance des pneus et l’utilisation du chauffage qui a un impact sur les consommation moyenne. Pour contrer ce phénomène, il est donc recommandé d’abaisser sa vitesse sur autoroute.

On touche là l’élément le plus sensible en hiver, et pas des moindres : le froid à une incidence sur le rendement de la batterie, mais aussi sur sa capacité. Autrement dit, l’autonomie est d’autant plus réduite puisqu’elle est alors le quotient d’une capacité de batterie amoindrie rapportée à des consommations plus élevées pour les raisons que nous venons de détailler.
Une batterie est composée de plusieurs cellules, au sein desquelles, en phase de décharge, les électrons se déplacent de l’électrode négative (anode) vers l’électrode positive (cathode) à travers une électrolyte liquide. A basse température, cette solution liquide devient plus dense, ce qui ralentit mécaniquement le déplacement des électrons, qui ont alors besoin de plus d’énergie pour rejoindre le pôle opposé. Face au froid, le courant est moins élevé. Cette baisse de tension entraîne donc mathématiquement une baisse de la capacité de la batterie. Pour faire plus simple, c’est comme si le réservoir d’une thermique se rétractait en hiver en passant de 50 à 40 l de volume. Mais il s’agit là d’une grossière image, le kWh n’étant pas une unité de mesure de volume eu même titre que litre.
Toutes les voitures (en fonction de leurs technologies) ne sont pas logées à la même enseigne et il est hasardeux de définir une constante dans la perte de capacité au fur et à mesure que la température chute. Surtout que tous les systèmes sont configurés de manière à afficher une jauge graduée de 0 à 100 % (le State of Charge, ou SoC) en tenant compte exclusivement de la capacité disponible du moment. La seule manière de vérifier la capacité réelle en l’absence d’outils de mesure reliés à l’électronique (le Battery Management System) est donc d’observer l’évolution du pourcentage par rapport au nombre de kilomètres effectué, puis de comparer les résultats avec la consommation affichée. La méthode est rudimentaire et n’a rien de scientifique, mais elle permet de se donner une idée de la capacité disponible.
Cependant, il convient de ne pas faire la confusion comme c’est souvent le cas : par température froide, nous évoquons celle de la batterie, et non pas celle du thermomètre extérieur ! Car au fur et à mesure de son utilisation, même par 0 °C de température ambiante, la batterie va se réchauffer avec son activité (effet Joule). Ce qui signifie qu’elle retrouvera un peu de sa capacité initiale en contrant l’impact de la température extérieure. Mais pas totalement puisque, en toute logique, une batterie en fonctionnement sera toujours un peu plus froide lorsqu’il fait 0 °C à l’extérieur que lorsqu’il fait 20 °C.
C’est là qu’intervient l’efficacité du système de régulation thermique de la batterie. Encore faut-il qu’elle dispose d’un système dit actif, avec la circulation d’un liquide caloporteur. On oublie donc les batteries à refroidissement passif à air qui subissent de plein fouet le froid ou la chaleur. Dans le cas d’un système actif, le circuit se ferme pour ne pas refroidir les cellules et les laisser chauffer entre elles, et s’ouvre dès que la température augmente pour les refroidir (en été par exemple).

Lors de la recharge, les électrons se déplacent alors de la cathode vers l’anode. Cependant, ils sont exposés aux mêmes contraintes physiques. Mais les cellules peuvent surtout se dégrader rapidement à froid, avec l’apparition très rapide de plaquage. C’est un phénomène qui se matérialise par l’apparition de dépôts de lithium, aussi appelés dendrites. Ces dernières causent ainsi la dégradation de l’isolation entre les deux électrodes. Ces dépôts ne sont bien entendu pas les bienvenus dans une cellule, mais leur effet sur les performances de la batterie sont limités s’ils ont une taille réduite. En revanche, si elles prolifèrent, les dendrites relient directement les deux pôles entre eux, et c’est le court-circuit, avec toutes les conséquences que l’on connaît, pouvant mener à un incendie.
C’est lors des recharges rapides, où la batterie encaisse une grosse puissance en courant continu, que le phénomène est le plus important. Dans la très grande majorité des cas, l’électronique embarquée limite la puissance en attendant que la batterie monte en température pour réduire le phénomène, sans toutefois l’éradiquer totalement. C’est pour cela que les temps de recharge sont plus ou moins longs en fonction de la température de la batterie. Comme nous l’avons vu précédemment, rappelons qu’elle n’est pas directement corrélée à la température de l’air ambiant, mais seulement liée. De plus, précisons à ce chapitre que le freinage régénératif perd en performance lorsque la batterie est froide, ce qui a une incidence, aussi, sur le bilan en matière de consommation moyenne.
En revanche, l’inverse est aussi vrai en voyage et vous profiterez des mêmes performances, ou presque, lors des recharges rapides après avoir roulé sur autoroute. C’est la raison d’être des systèmes de préconditionnement des batteries qui visent une température optimale pour permettre à la batterie de se charger plus rapidement. Pour ne pas avoir de mauvaise surprise, nous vous conseillons de disposer d’au moins 20 % de charge restante dans la batterie afin de pouvoir repartir le lendemain. Non seulement le SoC peut être trompeur avec une capacité moindre, mais les phénomènes d’autodécharge sont assez fréquents. Nous avons par exemple observé à plusieurs reprises la perte de plus de plus de 5 % de charge en 12 heures sur une Megane e-Tech garée dehors par 0 °C. Ainsi, nous vous conseillons d’effectuer une recharge dès votre arrivée plutôt que le jour du départ pour limiter l’effet de placage, et profiter d’une recharge plus rapide.

En hiver, une voiture électrique est donc soumise à rude épreuve. Et c’est surtout le cas lors des premières dizaines de minutes d’utilisation, où la capacité réduite de la batterie et les fortes consommations engendrées par les périphériques sabrent l’autonomie totale. Pour des trajets quotidiens de moins d’une centaine de kilomètres entre deux points de charge, cela a peu d’importance. En revanche, avant le départ, cela peut être déterminant pour la polyvalence de la voiture. Mais il ne faut pas voir le froid comme un ennemi pour autant, puisque les choses s’améliorent nettement lorsque que tous ces éléments sont à bonne température : la batterie retrouve de la vigueur, sa capacité augmente et le chauffage est bien moins sollicité.
Reste à savoir comment cette compilation de valeurs relatives, de surconsommations et d’effets se traduisent dans la réalité. Il est cependant assez difficile de placer le curseur sur la perte d’autonomie en hiver. Tout dépend des configurations techniques des voitures, mais surtout des valeurs de référence (température et autonomie). Car la notion d’hiver n’est pas la même d’une région à l’autre. Bref, toutes ces études font état d’une perte d’autonomie allant de -15 % à…-50 % dans le pire des cas. Pour faire le point, nous avons pour cela repris le volant d’une Renault Megane e-Tech EV60 sur notre parcours fétiche (déjà réalisé en hiver avec 10 °C et en été avec 24 °C) pour quantifier l’évolution des consommations et des autonomies mixtes avec une température de 0 °C. Rendez-vous demain matin pour connaître le résultat !
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Merci pour vos compétences en électromobilité et en automobile. Par contre merci de ne pas aborder les notions que vous ne maîtriser pas. Confusion entre anode et cathode. Confusion entre courant/intensité et tension.
La physique vous remercie.
« en prenant soin d’effectuer l’opération « à froid », c’est à dire sans avoir roulé plus de 3 km ou plus de deux heure. »
Vous vouliez dire pas plus de 2 minutes au lieu de 2 heureS non !? Car si les pneus sont encore froids après 2h il y a un soucis (de même si pour vous 2h = 3km ^^).
Les basses températures affectent la propriété de l’électrolyte. Avec la diminution de la température, la viscosité de l’électrolyte augmente, ce qui réduit la conductivité ionique. La résistance interne augmente par la suite en raison de l’augmentation de l’impédance de la migration directionnelle des ions chimiques.
En fait l’électronique surveille certains points mais les limitations sont quand même bien d’ordre électrochimique avant tout. La nature de l’electrolyte est importante et les batteries solides verront peut être ces impacts diminuer.
Petit test il y a quelques jours : j’ai effectué un trajet urbain sans chauffage et sans siège chauffant, route sèche et temps froid et sec : quasi la même conso qu’en été… cqfd !
Sur une Seat Mii, j’ai été très étonné de constater que mon chauffage consommait jusqu’à 6 kW (affiché au tableau de bord-> conso à l’arrêt sans aucun autre consommateur).
Heureusement, un chauffage est thermostaté et ne reste pas à pleine puissance…
L’article est très intéressant.
J’insisterai plus sur le suivi de la température batterie. Les constructeurs la cache et, il faut un dongle OBD pour l’obtenir.
Le froid augmente la résistance interne de la batterie (c’est vrai pour toutes les batteries Ion LFP Gel Plomb, c’est lié à la chimie des batteries, la vitesse des réactions chimiques étant plus lentes, c’est contre-intuitif, oui).
La puissance instantanée consommée P=UI=RI².
Donc si la voiture dort dans un garage la conso instantanée kW dés le départ sera meilleure.
Si la voiture vient d’être rechargée en (DC plus qu’en AC, ça dépend de la puissance) la température de la batterie augmente, les résultats seront meilleurs.
La recharge est a privilégier batterie chaude.
Il faut connaitre sa voiture.
Par exemple Kia E-Niro à partir de 25°C pour la puissance max DC. Au dessus de 12°C pour une consommation minimale.
Bonjour, vous parlez du phénomène de « plaquage » à la recharge mais est-ce que ce phénomène se produit aussi à la décharge de la batterie ? C’est à dire lorsqu’on part avec le véhicule qui est resté garé dehors par températures négatives sans recharger ? Je me pose cette question car lorsque je pars le matin mon véhicule (PHEV) n’est pas en charge et la nuit il fait en ce moment entre -10°C et -15°C donc la batterie est autour de ces températures elle aussi et je la sollicite tout de suite assez fortement pour monter un col. Merci
C’est archi faux.
Le chauffage représente pas l’ennemi numéro un et de très très loin. Avec une pac il y a un facteur 10 entre le surcout du chauffage et les autres paramètres, au moins.
La densité de l’air et la batterie suivant quelle est conditionnée ou pas joue infiniment plus.
Il y a aussi les pneumatiques qui jouent beaucoup (au minimum de l’ordre de 10% pour des pneus neige de ce que je constate)
et aussi les précipitations, rouler sous la neige ou une pluie battante peut amener à de très grosses surprises.
« Ainsi, nous vous conseillons d’effectuer une recharge dès votre arrivée plutôt que le jour du départ pour limiter l’effet de placage, et profiter d’une recharge plus rapide. »
Outre que ceci contredit l’autodécharge que vous citez juste avant, c’est un très mauvais conseil. Charger juste avant le départ chauffe la batterie et joue le rôle de préconditionnement sans avoir à le faire. Acessoirement la charge au dernier moment permet aussi de chauffer l’habitacle sans tirer sur la batterie avant de partir, rendant l’argument « chauffage ennemi numéro 1  » encore plus faux.
Dès l’entame de l’article, les mauvaises unités sont utilisées (unités de puissance au lieu d’unités de consommation). Ainsi, il faut écrire que 3 kWh sont consommés par heure, et non 3000 W.
Ensuite, le paragraphe sur la densité de l’air, qui est une donnée négligeable, est très mal situé. Il devrait figurer à la fin de l’article en tant que paramètre anecdotique. C’est plus important pour les moteurs thermiques qui vont chercher l’O2 dans cet air pour la combustion.
Par contre, parler du conditionnement thermique des batteries est une très bonne chose, mais plutôt que de se perdre dans des explications alambiquées pour expliquer que la RI interne des accumulateurs augmente drastiquement lorsqu’il fait froid, il aurait été plus important de souligner que mettre la batterie en conditions pour qu’elle fonctionne bien (en la réchauffant, donc), coûte de l’énergie et que cette énergie va être puisée dans cette même batterie, ce qui fait que l’automobiliste va voir son autonomie fondre comme neige au soleil. Il est bien vrai que la batterie perd une partie de sa capacité lorsqu’elle est froide, mais si on la réchauffe, on récupère cette capacité quand la RI redescend à sa valeur nominale (à température ambiante).
En toute franchise, je pense que l’idée d’article est très bonne, mais qu’il faudrait le retravailler. Cela ferait disparaitre au passage les erreurs d’accord comme « Une batterie est composée de plusieurs cellules, au sein duquel ».
Entre ma 1ere Tesla Modele 3 Perf de mars 2019 et ma seconde de mars 2022 avec pac, la différence est non négligeable en efficience. La pac est bien un bel atout et ne devrait pas être une option. Avec 4 pneus hiver sportif 20″ je passe de 21 à 22kWh à 135 de croisière même à 0 degré. Les pb d’écarts d’autonomie se voient surtout quand on part le matin avec une voiture qui couche dehors et sans préconditionner l’habitacle branchée.
En réalité avec 400km mini pour faire 40km par ex, perdre un peu n’impacte pas son besoin. Si on roule plus la batterie se réchauffe et on récupère petit à petit la perte.
Sinon avec préco batterie, à 0 degré toujours après plusieurs centaines de km, on branche à 10% et paf ca part à 250kW. Sinon ça plafonnerait vers 60kW à froid pour préserver la batterie.
Quand au froid, oui j’aime mieux voler dans mes montagnes l’hiver avec un air très dense qui ameliore grandement la portance. En voiture ça amène bien une résistance à l’avancement plus ou moins fort selon l’aéro voiture et son coefficient de traîné pas toujours pris en compte en voiture.
Ma Zoe par ex en montagne à -20 prend cher mais même en perdant 50% j’en ai assez pour mon besoin quotidien…
Garer en extérieur à Bourg Saint Maurice cette nuit en Mégane etech température -14° hier soir 99% de batterie ce matin preconditionement fait: 98%…
Ce qui vide la batterie c’est de monter à Tignes! 22% en moins pour 29km… Heureusement qu’en descendant et en jouant avec les palettes de régénération on arrive avec le niveau de batterie de départ !
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