Voiture électrique et perte d'autonomie en hiver : explications et estimations

VOITURE éLECTRIQUE  

C'est bien connu, les voitures électriques sont du genre à devenir un peu capricieuses en hiver, à savoir que l'autonomie peut perdre entre 15 et 35% ...
Au delà d'estimer la perte que vous allez subir avec votre voiture électrique, nous allons expliquer les raisons qui tendent à expliquer ce phénomène assez désagréable. Entamons donc cette liste exhaustive sachant qu'il y a une subtilité cruciale au niveau de la fréquence d'utilisation (faire de petits parcours change la donne par rapport aux longs parcours).

A lire aussi : l'impact des températures sur les batteries de tractions des voitures électriques

Chauffage : avec ou sans pompe à chaleur ?

Le chauffage est évidemment le premier poste de dépense énergétique quand il fait très froid, et selon qu'il s'agisse d'une pompe à chaleur (on utilise une loi de la nature : compresser = chauffer) ou d'un banal chauffage électrique à résistance (on se chauffe grâce à l'effet Joule, comme les petits chauffages électriques soufflant) la différence pourra être importante.

A lire : fonctionnement des pompes à chaleur pour voiture

Un chauffage classique pourra consommer dans les 2000W, ce qui peut représenter 20% de la consommation de la voiture ! Attention toutefois, la puissance nécessaire ne sera pas du tout la même entre la première minute et la 20ème ... Une fois l'habitacle chauffé, et selon son potentiel d'isolation de votre habitacle, la puissance nécessaire par la suite sera bien moindre. Et en gros, la consommation du chauffage par kilomètre sera totalement différente si vous avez parcouru 2 km ou 100 km. Sur les 2 km l'effort du chauffage aura été colossal si on le met en rapport avec la distance totale, ce sera bien plus lissé avec une moyenne plus faible sur le parcours de 100 km.
Donc si vos trajets moyens sont de 2 km vous aurez en moyenne consommé bien plus que si ils sont de 30 km.

Voici le circuit de pompe à chaleur d'une Zoe de première génération (Renault a tout de suite compris l'importance d'utiliser ce type de chauffage réversible pour préserver l'autonomie. Les Tesla Model 3 n'en ont profité qu'à partir de 2020)


Voici un chauffage par résistance (très énergivore) que j'ai pu prendre en photo chez un équipementier (Borg Warner). Il est donc destiné pour les voitures électriques.

Une pompe à chaleur peut consommer jusqu'à 4 fois moins d'électricité par rapport à de banales résistances (dépend de la sollicitation du compresseur et du contexte thermique du moment, car l'économie se fait au niveau des échangeurs côté compresseur et détendeur : Plus d'infos ici). Ici il faut alimenter un compresseur uniquement (certes ça consomme quand même pas mal !), et une partie du chaud obtenu est lié à la chaleur de l'air extérieur (c'est pour ça qu'on parle de pomper des calories même si j'estime que cette formule a tendance à embrouiller les choses dans l'esprit des gens). On peut donc tomber ici à une consommation du chauffage de 5% au lieu des 20% des versions avec résistance. Mais nous allons voir que Kia annonce des gains bien moins spectaculaires.La marque coréenne indique en effet que la perte d'autonomie en hiver sera réduite de 19% lorsque son EV6 est équipée d'une pompe à chaleur. Comprenez ici que c'est la perte qui est réduite de 19% ... Si par exemple elle est de 2kWh avec un chauffage conventionnel avec résistance, avec la pompe à chaleur la perte/consommation liée au chauffage sera alors plutôt de 1.62 kWh, soit 19% de perte en moins.
Ajoutons d'autres chiffres qui vous permettront de mieux palper le gain. La marque dit qu'à 7 degrés, la voiture permet alors 80% de l'autonomie disponible à une température favorable de 25 degrés. On perd donc 20% d'autonomie sur une EV6 avec la pompe à chaleur en passant de 25 à 7 degrés.

Notez qu'une Model 3 était à résistance avant 2021 et à pompe à chaleur a posteriori (sur une Zoe ça a toujours été une pompe à chaleur).

Chimie de la batterie ?

Les batteries aiment le froid contrairement à ce que l'on pourrait penser ! Mais le souci est que l'efficience des réactions chimiques devient très mauvaise en terme de rendement sous ces températures ...
On a donc une batterie qui est bien conservée mais qui perd en rendement au moment de délivrer le courant.

Ici on voit le voltage offert par la batterie selon la température. Plus il est bas, moins on a de puissance, ce qui induit qu'on perd en capacités. Voici donc le détail selon le niveau de température. On remarque qu'à partir de - 30 degrés c'est la catastrophe ! Et on estime même qu'à - 40 degrés la batterie perd 90% de ses capacités. Les Canadiens seront ravis ...

Ici le site Geotab affiche les données récoltées de nombreux véhicules électriques en utilisation réelle. On peut voir clairement quelles sont les pertes d'autonomie selon les températures. Ils ajoutent que les écarts entre les voitures sont très faibles, et que finalement les pertes sont assez semblables quelque soit la marque et le modèle.

Température	Pertes d'autonomie
-20°	-55%
-10°	-40%
0°	-20%
10°	0

Détails complémentaires du site Geotab : "Le graphique ci-dessus montre la plage qu'un VE obtiendra (en moyenne) par rapport à sa plage nominale à une température donnée. À des températures optimales, les véhicules électriques fonctionnent mieux que leur plage nominale, culminant à 115 % à 21,5 C ou 70 F. Ainsi, la plupart des propriétaires de véhicules électriques dépassent la plage nominale du véhicule dans des conditions de température maximale. Cependant, lorsque vous augmentez ou diminuez la température, la perte de portée est apparente. À -15 C (5 F), les véhicules électriques chutent à 54 % de leur autonomie nominale, ce qui signifie qu'une voiture évaluée à 250 miles (402 km) n'obtiendra en moyenne que 135 miles (217 km).".

Vers 0 degrés on perdra généralement dans les 15/20% d'autonomie / d'énergie disponible. Et c'est à partir des températures inférieures à 10 degrés que la perte d'autonomie commence à se faire sentir. Encore une fois, cet effet sera d'autant plus important qu'on effectue un petit trajet. En utilisant la batterie cette dernière se réchauffe naturellement grâce à l'effet Joule (induit par le fait qu'on la sollicite). Et donc plus on roule plus l'effet s'estompe, puisque la batterie gagne en température ...

Enfin, si votre batterie était en train de charger au moment de partir, elle sera déjà préchauffée en raison de l'effet Joule induit par l'injection d'électrons (bien entendu, cela est moins perceptible en charge lente à moins de 3 kW de puissance).

Gestion thermique de la batterie

La gestion active de la batterie pourra un peu améliorer les choses quand il fait froid, bien que cela serve avant tout pour limiter la surchauffe (en gros il ne faut pas trop en attendre s'agissant du froid) ...
On distinguera donc les batteries sans aucun dispositif (refroidissement passif) qui subiront le froid tout le temps du roulage (batterie qui reçoit l'air extérieur glacé) des batteries à refroidissement liquide (dit actif) qui peuvent limiter la casse (le calculateur coupe la circulation d'eau autour des cellules pour garder une température plus élevée, eau qui aura été réchauffée par l'effet Joule des cellules).
Enfin, certaines autos peuvent même utiliser leur pompe à chaleur pour réchauffer la batterie (et non pas seulement l'habitacle).
Une autre technique, un peu plus barbare, consiste à tirer fort sur la mécanique pour accélérer la chauffe de la batterie (je peux vous assurer que c'est très efficace, même si on perd sur le moment quelques pourcentages de batterie).

Pneumatiques pénalisés par le froid

En se refroidissant, l'air devient plus dense et prend donc moins de place (d'où l'existence des intercooler sur les moteurs thermiques). Les pneus ont donc tendance à se dégonfler puisque le gaz qui les remplit a tendance à se contracter. Pensez donc à vérifier la pression des pneus quand les températures hivernales déboulent. à faire à froid évidemment (en roulant le gaz chauffe et ça se dilate).

Air / atmosphère ?

Ce qui est valable pour les pneus est valable pour notre atmosphère ... En hiver l'air devient plus dense et la voiture a plus de mal à le traverser, la résistance à l'air devient alors plus importante et il faut donc plus d'énergie pour rouler à la même vitesse qu'en été.

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