Autonomie et consommation des véhicules électriques

Autonomie et consommation des véhicules électriques

Guillaume Darding - 10 décembre 2020

L'autonomie des véhicules électriques est devenue une donnée stratégique pour démontrer que les véhicules électriques sont capables de parcourir des longs trajets sans multiplier les arrêts pour recharger la batterie. Si les constructeurs annoncent des autonomies prometteuses, elles sont difficilement reproductibles dans la réalité. 

L'autonomie et la consommation électrique communiquées dans les brochures commerciales et les publicités sont des mesures exigées par l'Union Européenne et nécessaires à l'homologation des véhicules. Elles répondent donc à un protocole bien défini, identique pour chaque véhicule électrique.

Hyundai Kona Electric - vue de 3/4 avant en dynamique

Autonomie

L'autonomie d'un véhicule électrique est calculée à partir du cycle WLTC abrégé et non du cycle WLTC standard utilisé pour calculer les émissions de CO2 des véhicules à moteur thermique. En effet, afin de ne pas répéter le cycle WLTC un nombre important de fois jusqu'à l'épuisement de la batterie (ce qui augmenterait significativement le coût d'homologation d'un véhicule électrique), le cycle WLTC abrégé comporte 2 phases à vitesse élevée et constante où la vitesse est au minimum de 100 km/h afin de vider la batterie plus rapidement.

Détails cycle WLTC abrégé

Le cycle abrégé débute avec une première phase dynamique constituée du cycle WLTC standard suivi des deux premières portions du cycle WLTC (phase à vitesse lente et phase à vitesse moyenne) dénommée WLTC urbain. Ensuite, le véhicule entame le premier segment à vitesse constante avant d'entrer dans une deuxième phase dynamique identique à la première.

A l'issue de cette deuxième phase dynamique, le véhicule entame le dernier segment, à vitesse constante, jusqu'à l'épuisement complet de la batterie. La durée des segments à vitesse constante est déterminée en fonction de l'autonomie estimée de la batterie (le quatrième segment devant débuter approximativement avec un niveau de charge de la batterie de l'ordre de 10%).

L'autonomie d'un véhicule électrique est calculée à partir de la capacité utilisable de la batterie et de la consommation électrique moyenne mesurée pendant les 2 segments dynamiques.

Formule de calcul de l'autonomie des véhicules électriques

La procédure abrégée, du fait qu'elle comporte une part plus importante de cycle urbain, a une vitesse moyenne moins élevée lorsqu'elle est comparée au cycle WLTC standard. La différence de vitesse moyenne s'élève à près de 15 % entre les 2 cycles.

Tout comme le cycle WLTC standard, le cycle WLTC abrégé reste une mesure théorique où la consommation des accessoires (climatisation, équipement multimédia, etc.) n'est pas prise en compte. D'autre part, les essais sont effectués à une température fixe de 23 °C, les effets conséquents à la conduite du véhicule dans des conditions de températures extrêmes (nécessité de refroidir ou de réchauffer la batterie, par exemple) ne sont pas pris en considération.

Renault Zoé au banc d'essais Green NCAP

Consommation électrique

La consommation d'un véhicule électrique exprimée dans les brochures commerciales n'a pas de lien directe avec l'autonomie et la capacité utilisable de la batterie. En effet, la consommation électrique prend en compte l'énergie utilisée depuis le secteur pour recharger la batterie et non la capacité de la batterie.

Formule de calcul de la consommation des véhicules électriques

Aussi, le calcul de la consommation électrique inclut non seulement la consommation électrique du moteur mais aussi les déperditions électriques du chargeur embarqué de la voiture lors de la recharge du véhicule.

Interprétation

Lors de la mise au point de la procédure du calcul d'autonomie, les autorités ont estimé que les véhicules électriques parcouraient plus de kilomètres en milieu urbain qu'un véhicule à moteur thermique. 

Pourtant, si les conducteurs souhaitent disposer d'une autonomie importante, c'est essentiellement pour faire des longs trajets (départ en vacances par exemple) en empruntant des voies rapides et en évitant de multiplier les arrêts pour recharger la batterie.

BMW iX3 - recharge rapide Ionity

De plus, l'autonomie annoncée est trop optimiste car le calcul se fait jusqu'à l'épuisement complet de la batterie. En réalité, il faut considérer une réserve d'environ 10% en cas d'imprévu (tout comme il existe une réserve de 5 litres environ de carburant dans le cas desvéhicules à moteur thermique). Cette réserve de 10% correspond à une autonomie d'environ 15 à 40 km selon le véhicule et la taille de la batterie.

Dans le cas d'un long trajet, c'est aussi une erreur de considérer que le conducteur rechargera son véhicule à plus de 80% car, au-delà de cette limite, la vitesse de charge ralentit significativement et le temps de charge s'allonge inexorablement.

Si passer d'un niveau de charge de 20% jusqu'à un niveau de charge de 80% nécessite de 30 à 40 minutes sur une borne de recharge rapide, la recharge entre un niveau de charge de 80% jusqu'à 100% nécessitera ensuite plus de 2 heures, soit près de 3 heures pour recharger complètement la batterie.

MG ZS EV - vue dynamique de profil

Cas pratique

Dans le cas de la Volkswagen ID.3, l'autonomie annoncée pour la version disposant d'une batterie de 58 kWh est de 425 km au maximum. La consommation électrique annoncée est comprise entre 15.4 kWh/100km et 16.9 kWh/100km (respectivement 154 Wh/km et 169 Wh/km).

En prenant en compte la batterie de 58 kWh et une autonomie de 425 km, la consommation électrique devrait s'établir à 136 Wh/km, une valeur 12 % inférieure à la consommation minimale indiqué par Volkswagen.

Extrait documentation commerciale Volkswagen ID.3

Cette différence s'explique par le fait que la valeur de 136 Wh/km correspond à la consommation du moteur électrique, tandis que la valeur de 154 Wh/km prend en compte le rendement du chargeur embarqué lors de la recharge. Cela signifie que, pour recharger la batterie complètement de 58 kWh (capacité utile du véhicule), le consommateur  devra fournir l'équivalent de 65.5 kWh d'énergie (basée sur une consommation électrique minimale de 154 Wh/km pour une autonomie maximale de 425 km).

En réalité, selon les premiers essais réalisés par les médias dédiées aux véhicules électrique, la consommation électrique s'établit à 16 kWh/100km en moyenne : il s'agit d'une valeur moyenne relevée sur l'ordinateur de bord du véhicule. En tenant compte d'une marge d'erreur arbitraire de 5%, la consommation réelle du moteur est alors de l'ordre de 16.8 kWh/100km.

Volkswagen ID.3 vue de 3/4 avant

En considérant que le conducteur va utiliser la totalité de la batterie (jusqu'à la panne), l'autonomie réelle atteint 345 km, soit 80 km de moins que l'autonomie calculée pour l'homologation. En considérant, de plus, une réserve de 10%, l'autonomie est réduite à 310 km entre 2 recharges.

Dans le cas d'un long trajet où le conducteur n'aura aucun intérêt à charger la batterie au-delà de 80%, l'autonomie entre 2 charges rapides est alors de 240 km (soit l'équivalent d'un temps de conduite de plus de 2 heures sur voies rapides). C'est une valeur bien lointaine des 425 km d'autonomie initialement annoncés mais qui n'a, pour autant, rien de rédhibitoire pour envisager des longs trajets (ce qui fera l'objet d'un prochain article).

Récapitulatif Batterie, consommation et autonomie Volkswagen ID.3 Life

Commentaires sur l'article:

Pascal29

11 décembre 2020 à 08h14

Comme d'habitude, les constructeurs trichent sur les chiffres, ou du moins, les font mentir ! Copie conforme des chiffres officiels des rejets de Co²...
Guillaume Darding [administrateur]

11 décembre 2020 à 16h32

Bonjour Pascal, je n'irais pas jusqu'à dire que c'est de la triche de la part des constructeurs étant donné que c'est une exigence des réglements européens. Maintenant, pour être complet sur le sujet, les constructeurs sont aussi consultés pour établir ces réglements (attention : "consultés" ne veut pas forcément dire "écoutés") et on peut se dire que l'idée d'un cycle comportant un peu plus de parcours urbain a probablement été suggérée par un constructeur.

Mais, ce qui est dérangeant, c'est l'utilisation commerciale qui est faite de ses chiffres. Comme vous le mentionnez à propos des émissions de CO2, il y a quelques années, on nous vantait de pouvoir faire 1.700 km avec un plein (à partir des consommations évaluées sur le cycle NEDC dont tout le monde savait qu'elles étaient largement sous-estimées) en considérant, déjà, que la personne allait conduire jusqu'à la panne.

L'histoire se répète, malheureusement, avec l'autonomie des véhicules électriques. Renault promettait 395 km d'autonomie avec la Zoé dans sa campagne de publicité télévisée et si vous allez vous renseignez pour l'achat d'un véhicule électrique, le conseiller commercial ne manquera pas de vous souligner cette même autonomie (je parle de Renault dans ce commentaire, mais cela est valable chez les autres constructeurs !). C'est clairement là que le bât blesse.

Néanmoins, comme je l'affirme dans l'article, ce n'est pas forcément un problème en soi pour effectuer un long trajet en véhicule électrique : cela fera l'objet d'un prochain article sur le site !
thierryb

22 juillet 2021 à 05h20

Merci pour cet article interessant.
on doit pouvoir supposer que les constructeurs choisissent de rouler à 100 km/h sur les deux plateaux, pour ne pas pénaliser leurs resultats. Qu'en penses-tu ? peut-on connaitre cette valeur de vitesse choisie ?
tu evoques pour le calcul de l'autonomie l'utilisation au numérateur de la consommation moyenne sur les deux cycles dynamiques, donc sans la partie plate. Exacte? Comment font ils pour la déterminer ?
La consommation à la prise peut dépendre de la vitesse de charge. Comment peut-on connaitre les conditions de charge à la prise choisies par le constructeur ?
Dans l'autonomie, tu évoques au numérateur l'énergie utilisable de la batterie. Est-ce celle jusqu'à la panne ou jusqu'à 0% ? comment elle est déterminée ?
Enfin, tu montres une voiture sur un banç ou dans la nature. Le test est fait dans quelles conditions ? à l'extérieur, avec l'impact de l'air sur les périodes à 100 km/h, ou sur un banc sans impact de l'air ?
Existe-t-il un endroit où sont publiés les resultats reproductibles déclarés par les constructeurs avec tous les détails sur le protocole final appliqué, et les resultats détaillés ?
Désolé pour tutes ces questions. Ce n'est pas que ton article n'est pas clair, c'est même l'inverse c'est le meilleur que j'ai trouvé. Mais j'ai un esprit scientifique et j'aimerais bien comprendre plus

Guillaume Darding [administrateur]

22 juillet 2021 à 15h07

Bonjour Thierry, merci beaucoup pour tes encouragements !

Concernant la vitesse de 100 km/h, il n'y a pas de raison d'être pénalisé à rouler plus vite puisque la consommation n'est pas décompté pendant cette phase. Peut-être y-t-il un risque (je pense assez peu signifiant) d'être pénalisé si on considère que la marge d'erreur des appareils de mesure est plus grande à haute vitesse. Cette phase a vitesse constante a pour but unique d'accelérer le test de toute façon. Mis à part à avoir accès au dossier d'homologation, il n'est pas possible de connaître la vitesse utilisée par le constructeur.

Concernant la consommation, la tension et l'intensité de la batterie sont mesurées en continu lors des tests (soit par un appareil de mesure externe, soit directement par le système de gestion de la batterie, si le constructeur démontre qu'il est suffisamment précis). Par la suite, il suffit de relever la tension et l'intensité moyenne durant les segments dynamiques pour en déduire la consommation.

Concernant la puissance de charge, elle n'est pas clairement définie à ma connaissance, mais la charge doit utiliser le chargeur embarqué du véhicule (convertissant le courant alternatif de la source en courant continu) et se faire à vitesse "normale" (logiquement avec une intensité de 16A, soit l'équivalent d'une puissance de 3,7 kW).

Concernant la fin du test, il s'arrête lorsque le véhicule tombe en panne (et non aux 0% réels de la batterie, sinon, il y a de grandes chances qu'elle soit endommagée dans le processus).

Les tests se font systématiquement en laboratoire : il n'y a donc pas d'incidence due aux variations des conditions météorologiques.

En espérant avoir répondu à l'ensemble de tes questions !
thierryb

22 juillet 2021 à 22h17

Merci, c'est très clair

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Commentaires
Guillaume Darding à propos de l'article «Dossier: utilisation du superéthanol E85»

Hier

Bonjour à tous, @Purmok oui, c'est possible en théorie de monter un boîtier éthanol sur un véhicule bicarburation essence/GPL. D'ailleurs, un fabricant de boîtier le fait des véhicules (quasi-)neufs : Borel. A titre personnel, je ne suis pas favorable à ce type de configuration car cela à un coût qu'il va être difficile d'amortir (le véhicule fonctionnant déjà au GPL, cela ne sera pas beaucoup plus économique de rouler avec l'E85, d'où un amortissement bien plus long que si on compare par rapport à un véhicule essence). D'autre part, si on roule régulièrement au GPL, on utilisera moins le carburant contenu dans le réservoir d'essence et, dans un cas extrême, on pourrait se retrouver en plein hiver avec de l'E85 en spécification été, ce qui peut compliquer le démarrage du véhicule dans ces conditions. @Medhi Il n'y a pas vraiment de risque de fiabilité. Le plus gros risque, c'est que, si vous avez affaire à un boîtier de mauvaise qualité, le fonctionnement avec de l'E85 pourrait ne pas être optimal (démarrages difficiles, broutages lors des accélérations). Concernant le contrôle technique, il est recommandé, lorsque la carte grise n'est pas modifiée, de passer le contrôle avec un plein d'essence. Parfois, les valeurs de sonde lambda peuvent être faussées, ce qui peut amener à un refus.

Mehdi à propos de l'article «Dossier: utilisation du superéthanol E85»

Hier

Bonsoir. Je m'apprête à faire l'acquisition d'un véhicule d'occasion avec un boîtier éthanol non homologué. C'est une très bonne affaire, mais quel est le risque? Je m'explique : si j'enlève l'étiquette du boîtier (qui vaut 440 euros vérifié sur internet), aucune raison d'être embêté au contrôle technique? Ou faudra-t-il que je fasse un plein de sp98 avant le passage pour le contrôle pollution. C'est un Freelander V6 2.5L. Je ne sais pas quel est le risque et si je serais embêté plus tard. Je me dis qu'au pire je pourrais payer l'installation d'un kit dans 2 ans ou l'enlever pour le prochain CT. Merci d'avance pour vos conseils.

Djabou à propos de l'article «Présentation moteur: Volkswagen 1.5l TSI»

Avant-hier

Bonjour, Merci pour cet article très complet. Après presque 2 ans, qu'en est-il de la fiabilité de ce tsi 150 evo ? Merci

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