Voitures électriques : les notions techniques de base (batterie, recharge, autonomie etc.)
Récapitulons dans cet article les notions essentielles liées aux voitures électriques et notamment leurs batteries. Capacités de charge, temps de recharge, autonomie selon la taille de batterie etc. Ayez quelques repères simples et encrés dans votre esprit comme c'est le cas avec une voiture thermique. En effet, n'importe quel conducteur sait à peu près ce qu'il pourra faire avec un réservoir de 55 litres et un moteur diesel de 100 ch par exemple, voici la même chose en électrique (bien évidemment, comme souvent avec l'électrique, c'est moins simple ...).
Capacités d'une batterie ?
La capacité d'une batterie, qu'on peut considérer comme la taille d'un réservoir de voiture thermique, se mesure en kWh.
Cette taille varie généralement entre 15 et 100 kWh (un peu plus pour certaines autos d'exception telle l'EQS), soit entre une Zoe de première génération à l'autonomie limitée de 150 km à celle d'une e-Tron / Tesla Model S/X.
Avoir 15 kWh est un peu comme avoir un réservoir de 7 litres pour une voiture qui consomme justement 7 litres/100km en conduite apaisée, ce qui reste donc très modéré pour ne pas dire plus ... Il faut aussi prendre en compte qu'on n'utilise pas la totalité du "réservoir", car il faut éviter les décharge profonde à moins de 10% et les charges élevées au dessus de 90%. On exploite alors plutôt 80% de la taille de la batterie bien qu'on puisse quand même aller sous les 10% et au dessus des 90% si ça ne dure que peu de temps (en réalité l'idéal est de ne jamais y aller, car cela induit toujours quelques souffrances et séquelles pour les cellules).
En dessous de 50 kWh vous aurez donc une autonomie des plus limitée, et je dirais même que 50 kWh est la frontière à partir de laquelle la voiture électrique devient viable, et surtout polyvalente. Car pour le quotidien, si l'auto doit se limiter à cet usage, 35 kWh peuvent amplement suffire. Mais vous en saurez plus au chapitre de la consommation des voitures électriques un peu plus bas, qui vous donne quelques notions sur les valeurs.
Type de batterie ?
Toutes les batteries sont pour le moment de type Lithium-ion, et je vous laisse ici aller voir les différentes chimies ici. Il y a toutefois un type qui se distingue un peu, à savoir les batteries LFP qui permettent de charger jusqu'à 100% sans craindre d'abimer la batterie. Concernant les cellules il y a deux types, les piles de formes cylindriques (ex: Tesla) ou encore des "batteries poches" carrées qui sont plus grosses (plus pénalisées par l'inertie thermique).
On peut aussi prendre en considération que les batteries peuvent être ou ne pas être refroidies, avec donc un dispositif passif ou actif. Le passif consiste à avoir une batterie sans aucun organe particulier qui puisse modifier sa température. Il y a ensuite les dispositifs actifs qui peuvent être à air ou liquide. Les batteries refroidies par air sont bien entendu inférieures à celles qui sont refroidies par eau. Cela fait toute la différence en conduite sportive ou au superchargeur, et une batterie qui sera refroidie par eau aura alors une endurance meilleure face à l'échauffement et une capacité accrue à recevoir de fortes tensions de charge (on recharge donc plus vite).
Consommation / autonomie d'une voiture électrique ?
Cela se mesure donc toujours avec les kWh, avec par exemple comme repère la Renault Zoe qui se situe entre 12 et 17 kWh/100 km en conduite calme et à une vitesse inférieure à 80km/h (sur grands axes on peut sans souci dépasser les 20 kWh/100km). Et globalement la consommation d'une voiture électrique se situe entre 15 et 25 kWh (plutôt 15 pour une citadine en ville, 20 pour une berline type Tesla et 25 pour les tanks allemands de 2500 kg. Mais bien évidemment la variation dépend des conditions et contexte d'utilisation ..).
Si j'ai une batterie de 80 kWh pleine (ce qu'on évite généralement ...) et si je consomme en moyenne 20 kWh, alors j'aurai alors une autonomie maximale de 400 km en exploitant 100% de la batterie (ce qu'on évitera encore une fois, avec une limite qu'on établit entre 10 et 90%, soit 80% de la batterie utilisable si on veut la faire durer [sauf LFP]). On se rend ainsi compte ici qu'avoir 500 km d'autonomie est quasiment impossible, sauf en conduisant à 70 km/h maximum et en utilisant le moins kWh de la batterie (0 à 100%), ce qui est audacieux et irrespectueux pour la chimie.
Temps de recharge d'une batterie ?
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La première notion à savoir est qu'il faut 50% du temps de recharge pour atteindre 80% de niveau, et donc les 50% du temps restant serviront à remplir les derniers 20% de batterie (règle qui s'applique sur les charges rapides). Ce qui induit dans les faits qu'on passera la majorité à aller picorer de l'autonomie à droite et à gauche de manière régulière, on ne fait pas vraiment de "gros plein" comme avec une thermique. Cela peut finir par user lors d'un long trajet, surtout celui qui est habitué à sa berline diesel.
Mais il ne faut toutefois pas caricaturer, car les recharges restent quand même très rapides si votre auto peut profiter au moins d'une charge de 100 kW de puissance (ce qui revient à peu près à prendre 100 kWh en 1 heure, et donc en 20 minutes je reprends 33 kWh, soit environ 150 km sur autoroute avec une consommation de 22 kWh).
Capacité de la borne
Sachez que les autos proposent deux types de charges : rapides (courant continu DC) et lentes (courant alternatif AC),sauf vieilles voitures électriques du début des années 2010 qui n'ont parfois que du courant alternatif lent.
La vitesse de charge rapide propose un éventail qui va jusqu'à 350 kW de puissance (donc 350 kWh potentiels récoltés en 1 heure), plus de détails en bas.
Il faut idéalement avoir un minimum de 100 kW de puissance admissible si vous voulez voyager de manière confortable. L'idéal se situe à 150 kW, car au delà votre batterie souffrira un peu trop ... Le but est d'aller vite, mais pas non plus de dégrader trop vite les cellules de votre accumulateur (qui représente environ le tiers du prix de l'auto !).
La vitesse de chargement dépend aussi bien évidemment de la capacité de la borne de recharge à délivrer du courant. Cela se mesure en kW.
Attention, le câble peut être le responsable d'une charge plus lente ! Il faut donc vérifier ce que vous fournit le constructeur avec votre voiture neuve, il faut parfois taper dans les options pour en avoir un meilleur ...
Sur une prise domestique classique on se retrouve avec un petit 2.1 à 2.3 kW (3 kW avec une banale prise renforcée qui ne demande pas d'installation lourde ou spécifique à votre domicile)... Avec une WallBox installée à la maison (une sorte de booster de charge fourni par le constructeur) on peut aller de 3.7 à 22 kW, ce qui commence à devenir assez rapide (recharger chez un ami en passant lors d'une escapade ne permettra donc pas vraiment de refaire le plein, sauf si vous y restez la nuit). Sur un supercharger externe on pourra enfin grimper de 50 à 250 kW (et bientôt 350 kW).
Il faut ensuite distinguer les bornes à courant alternatif et continu.
Celles qui sont à courant alternatif vont de la prise domestique jusqu'aux petites bornes de ville, avec des puissances qui sont de 2.1 à 22 kW (mais il faut que le chargeur interne de l'auto accepte ce niveau de puissance. Une Model 3 se limite par exemple à 11 kW en alternatif et 250 kW en continu, on sera alors limité à 11 kW quand on se branche sur de l'alternatif).
Les bornes rapides à courant continu vont plutôt de 50 à 250 kW (et encore une fois bientôt 350 kW bien que cela puisse compromettre l'intégrité de la batterie ...).
Vous pouvez calculer cela de manière assez simple, par exemple chez vous (prise domestique) :
Puissance de recharge en kW = Ampérage X Voltage
>> 10A X 230V = 2.3 kW.
Temps de recharge : le calculer
Si je continue mon exemple avec ma prise domestique précaire, à savoir 2.3 kW et une batterie de 80 kWh, le temps de recharge sera simple à déterminer :
80 kWh / 2.3 kW = 34 heures de recharge pour le plein, ce qui sera assez rare puisqu'on ne se retrouve jamais vraiment à sec avec le besoin de repartir rapidement. Pour ma part je suis avec une prise renforcée (tout ce qui a de plus banal) qui permet 3 kW de puissance et je peux effectuer chaque jour entre 150 et 200 km sans souci, à condition que je recharge dès que je reviens chez moi évidemment. Une soirée cumulée à une nuit représente une belle durée : si je charge de 18h30 jusqu'à 8h du matin j'ai 15h30 de recharge. A 3 kW de puissance cela me fait tout de même 40 kWh récupérés ! Avec 20 kWh de moyenne aux 100 km (une valeur réelle et pas fantasque comme on peut le voir chez certains, avec moins de 15 kWh proclamés parfois ... Visez vraiment 20 kWh de consommation en mixte si vous voulez faire des estimations qui se rapprochent de la réalité), cela me fait 200 km de récupérés par jour. Et si je suis en été en ville (donc consommation de 15 kWh environ), alors on dépasse même les 250 km de récupérés.
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Dernier commentaire posté :
Par Pierebean (Date : 2023-02-03 11:56:28)
Bonjour,
Merci pour l'article très complet.
Le code couleur (vert, orange, rouge) sur la capacité des batteries est basée sur l'autonomie mais car selon l'ADEME:
- Une batterie de 22 kWh c'est 5 tonnes de eqCO2 dans l'atmosphère.
- Une batterie de 60 kWh c'est 10 tonnes de eqCO2 dans l'atmosphère. Cela correspond à environ 1/3 du budget carbone pour respecter les 1.5 degré.
- Une batterie de 100 kWh c'est 15 tonnes de eqCO2 dans l'atmosphère. Cela correspond à environ 1/2 du budget carbone pour respecter les 1.5 degré.
Ces considérations sont également à prendre en compte pour le choix d'un véhicule.
- Par Fab i trois
TOP CONTRIBUTEUR (2023-02-05 15:12:02) : Bonjour,
Aujourd'hui personne ou du moins pas grand monde n'achète une automobile sur des critères écologiques déjà parce qu'aucun produit manufacturé industriel ne peut se targuer d'être écologique, et puis surtout que ce choix s'effectue aux croisements de ses souhaits, de ses besoins et surtout de ses moyens financiers.
La protection de l'environnement est donc seulement le fait des contraintes réglementaires techniques (catalyseur, fap....) ou administratives (bonus, malus, réglementation CAFE.....) imposées au fil du temps. D'autre part si les constructeurs revendiquent un verdissement de leur production, essentiellement sur 3 axes outre leurs annonces coté motorisation et conso. :
> pourcentage d'usage d'énergie renouvelable pour la production
> pourcentage d'usage de matière recyclée ou de matière dite naturelle dans tel ou tel composant
> taux de recyclage en fin de vie de telle ou telle auto avec ses organes et composants
Vous ou moi simple consommateur n'avont aucun moyen de vérifier cela par simple recherche, vous arrivez au bout sur tel ou tel organisme certificateur, parfois un résultat d'audit ce dernier revêtant plus un aspect promotionnel que scientifique ou technique, or hors le cadre d'une norme ISO environnementale par exemple, on ignore le cahier des charges ayant prévalu à une certification.
Resterait un journaliste courageux pour enquêter là dessus en tentant d'échapper aux conseils de sa rédaction, aux repas gastronomiques offerts et autres réunions dînatoires, sans compter quelques nuits d'hôtel ente 2 oreillers moelleux de calibre 95b. Autant dire que cette enquête relèverait plutôt d'une télévision ou d'un journal sacrément indépendant.
Revenant à nos batteries, sans renier vos annonces, il faut prendre en compte la durée de vie potentielle d'une batterie, une petite batterie ayant potentiellement une espérance de vie moins élevée en regard de fréquence de recharge-décharge plus élevées, et de grosse profondeur de décharge risquant de se répéter en regard d'une grosse batterie qui sera moins sollicitée sur ces plans. Hors plus un produit manufacturé dure, mieux c'est pour la planète.
Dès lors une batterie de 60 kwh de 10 ans à 70% de sa capacité originelle sera plus jouable que la même aussi âgée et usée en 22 kwh par exemple, donc certes celle de 60 kwh aura émis plus de co²eq ou réel à la fabrication, mais cela sera reparti sur plus d'années d'utilisation que la petite, avec au bout des conséquences lissées. Si derrière on inclut l'impact en GES et co²eq du recyclage, peut être vaudra-y-il mieux une de 100 kwh sur 20 ans que 2 de 50 kwh sur la même période.
Bien à vous - Par Admin
ADMINISTRATEUR DU SITE (2023-02-13 09:48:52) : @Pierebean : il est étrange que ce ne soit pas linéaire et proportionnel. Cela inclut donc aussi le CO2 pour construire le reste de l'auto ?
@Fab : je pense que la problématique va au delà de l'honnêteté es journaliste. C'est si compliqué à évaluer qu'on ne peut jamais être vraiment certain du résultat obtenu. A cela s'ajoutent d'innombrables subtilités comme celle que vous citez en exemple.
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