Technique : batterie Li-ion
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Les batteries Li-ion influencent directement les prestations offertes par un véhicule électrique dont leur puissance, leur masse, leur autonomie et leur temps de charge, sans oublier que le coût des batteries pèsent significativement dans le prix total d'un véhicule neuf. Aussi, il est important d'optimiser chaque aspect de la batterie pour en garantir la performance et la longévité.
Constitution d'une batterie
Une batterie est constituée de multiples cellules reliées entre elles pour fournir une grande quantité d'énergie. Chaque cellule est composée de 4 élements principaux :
- la cathode
- l'anode
- l'électrolyte
- le séparateur
Le lithium (ou plutôt l'oxyde de lithium, le lithium pur étant un élement instable), est le matériau favorisé pour la constitution des batteries car il présente la meilleure densité énergétique (rapport entre la capacité énergétique et la masse) grâce à son potentiel électrique élevé.
Principe de fonctionnement
Le fonctionnement d'une cellule est lié à des phénomènes électrochimiques : des réactions chimiques au sein des cellules permettent de générer de l'électricité.
Lorsque la cellule est complètement chargée, le lithium, sous forme ionique, est stocké dans une structure d'accueil du côté de l'anode. Lorsqu'il y a une demande en électricité, le lithium est oxydé et relâche des électrons. Le lithium circule vers l'autre électrode (la cathode) à travers l'électrolyte tandis que les électrons empruntent le circuit électrique pour alimenter les différents organes.
Lorsque le lithium atteint la cathode, celui-ci réagit avec la matière active de la cathode et les électrons qui ont parcouru le circuit électrique pour y être stocké (réduction). Lors de la charge de la batterie, ce sont les réactions inverses qui se produisent pour déplacer les ions lithium vers l'anode en graphite.
Les électrons sont introduits de l'électrode vers le circuit électrique (et vice-versa) à l'aide d'un collecteur de courant en cuivre (à l'anode) ou en aluminium (côté cathode).
Note : dans cet article, l'anode est systématiquement rattachée à l'électrode négative (-) et la cathode à l'électrode positive (+), ce qui est vrai lorsque la batterie se décharge, mais qui est un abus de langage lors de la recharge. Pour une batterie, l'anode est normalement le siège de l'oxydation et la cathode le siège de la réduction.
Formats de cellule
Il existe 3 formats de cellules :
- les cellules cylindriques, similaires à la forme d'une pile classique
- les cellules prismatiques
- les cellules pouch (ou cellule "poches")
Dans l'industrie automobile, les cellules cylindriques sont essentiellement utilisées par Tesla, les cellules prismatiques par BMW (et Tesla pour ses batteries LFP) tandis que les autres constructeurs ont généralement recours aux cellules pouch.
Les cellules cylindriques sont le format dont le processus de fabrication est le mieux maitrîsé car le plus ancien. En revanche, la petite taille de ces cellules limite leur capacité et il en faut un nombre très important pour constituer la batterie d'un véhicule électrique.
Les cellules pouch offrent une meilleure gestion de l'espace grâce à leur forme de parallépipède rectangle et à leur fines parois en aluminium souple. Ce type de cellule est le plus couramment utilisé pour la fabrication des batteries des véhicules électriques.
Les cellules pouch ont une capacité énergétique bien plus importantes que les cellules cylindriques de par leur taille. Néanmoins, comme il y peu d'espace entre les cellules, il est plus complexe de gérer la température de chaque cellule. Enfin, à cause de leurs parois fines, elles sont plus sujettes au gonflement. A cet effet, il est préférable de disposer les cellules à la verticale côte à côte plutôt que de les empiler horizontalement.
Les cellules prismatiques sont similaires, dans leur forme, aux cellules pouch. Néanmoins, dans le cas des cellules pouch, les électrodes sont planes tandis qu'elles sont pliées une ou plusieurs fois dans une cellule prismatique. Ces dernières ont des parois rigides, ce qui empêche la dilatation des cellules, mais c'est au prix d'une capacité énergétique plus faible que les cellules pouch du fait des parois plus épaisses.
Unités et caractéristiques
La tension d'une batterie est exprimée en volt (V) tandis que l'intensité du courant est exprimée en ampère (A). La tension d'une cellule est déterminée par la différence de potentiel électrique entre l'anode et la cathode. La puissance de charge est exprimée en watt (W) : elle est le produit de la tension de la borne de recharge et de l'intensité du courant qui l'alimente.
La capacité énergétique de la batterie est exprimée en kilowatt-heure (kWh) : cette valeur représente la quantité d'énergie disponible dans la batterie et détermine l'autonomie d'un véhicule électrique. Ce nombre correspond à la puissance que peut délivrer la batterie pendant une heure.
La capacité de charge d'une batterie est communément exprimée en ampère-heure (Ah), bien que l'unité officiel du système international soit le coulomb (C). Cette donnée détermine l'intensité maximum utilisable pour recharger la batterie.
La densité énergétique (Wh/kg) représente la quantité d'énergie disponible dans la batterie divisée par la masse de la batterie.
La durée de charge d'une batterie est géneralement exprimée selon 2 critères :
- charge lente (en courant alternatif) : durée, en heures, pour charger la batterie de 0% à 100% en précisant la puissance de charge
- charge rapide (en courant continu) : durée, en minutes, pour charger la batterie de 0% (ou 20%) à 80%
Le niveau de charge d'une batterie (souvent appelé SoC de l'anglais State of Charge) est exprimé en pourcentage (%).
Arrangement des cellules
Comme une seule cellule n'est pas suffisante pour fournir la tension et la capacité nécessaires pour animer un véhicule, les cellules doivent être organisées à l'aide de montages en série et en parallèle.
Selon les lois régissant les propriétés des circuits :
- La mise en série des cellules permet d'augmenter la tension de la batterie
- La mise en parallèle des cellules permet d'augmenter l'intensité du courant
Dans l'exemple ci-dessus, les cellules sont agencées selon le schéma 4S3P, c'est-à-dire 4 groupes en série (4S) de chacun 3 cellules en parallèle (3P).
Exemples : Tesla Model 3 & Audi e-tron quattro
La batterie de la Tesla Model 3 Grande Autonomie (et Performance) est divisée en 4 modules rectangulaires logés sous l'habitacle. Au centre sont logés 2 modules de 25 groupes et 2 modules de 23 groupes de chaque côté, chaque groupe étant constitué de respectivement de 46 cellules en parallèle. Les modules et les groupes de cellules sont reliés en série entre eux.
La batterie de la Model 3 Grande Autonomie est constituée d'un total de 4.416 cellules de type 2170. Les cellules 2170 sont des cellules cylindriques de 21 mm de diamètre et d'une hauteur de 70 mm. Chaque cellule a une capacité utilisable de 4,65 Ah et une tension usuelle de 3,65 V.
Au total, il y a donc 96 groupes de cellules montées en série (2x25 + 2x23), ce qui permet d'obtenir une tension de 350 V. La capacité de la batterie est de 74,9 kWh.
La batterie de l'Audi e-tron quattro est constituée de cellules de type pouch. Chaque cellule a une tension de 3.67 V et une capacité de 60 Ah.
Les cellules sont organisées en 36 modules reliés en série. Chaque module est constitué de 3 groupes eux-mêmes reliés en série. Chaque groupe comprend 4 cellules reliées en parallèle (55 quattro), 3 dans le cas de la version 50 quattro.
La tension de la batterie est donc de 396 V (36 x 3 x 3,67) et la capacité de 95 kWh (55 quattro) ou 71,2 kWh (50 quattro). La version 55 compte 432 cellules pouch contre 324 pour la version 50.
Cathode
Pour les véhicules électriques, trois types de cathodes sont généralement utilisées :
- les cathodes NMC (Nickel-Manganèse-Cobalt) utilisées par tous les constructeurs sauf Tesla
- les cathodes NCA (Nickel-Cobalt-Aluminium) utilisées dans toutes les Tesla sauf la Model 3 Autonomie Standard Plus 2021 produite en Chine
- les cathodes LFP (Lithium-Fer-Phosphate) utilisées dans les Tesla Model 3 Autonomie Standard Plus 2021 produites en Chine
Les cathodes NMC sont utilisées dans la plupart des véhicules car elles offrent le meilleur compromis possible entre coût, densité énergétique et sécurite. Les cathodes NCA utilisées par Tesla sont moins coûteuses (car elles utilisent moins de cobalt) et ont une meilleure densité énergétique. Toutefois, les cathodes NCA demandent une gestion de la température plus fine de la batterie car les cathodes NCA se dégradent à partir d'une température plus faible que les cathodes NMC.
Les cathodes LFP permettent de se passer complètement de cobalt, mais c'est au prix d'une densité énergétique plus faible. Le prix des cellulles LFP reste comparable aux autres types de cellule. Parmi les autres avantages, la dégradation de la capacité est moindre et les cellules LFP sont moins sensibles aux phénomènes de surtension.
En revanche, le taux d'auto-décharge est un peu plus marqué dans le cas des cellules LFP, ce qui peut générer, à terme, des déséquilibres importants de cellule à cellule. Pour éviter cela, il convient de charger plus régulièrement son véhicule à 100% afin que le système de gestion de la batterie procède régulièrement à un équilibrage des cellules.
Utilisation du cobalt
Les constructeurs cherchent à minimiser l'emploi de cobalt dans les batteries, voire à le supprimer. Outre son prix élevé et volatile, l'extraction du cobalt, majoritairement issu de la République Démocratique du Congo (60% environ de la production mondiale) est largement contreversée. Le nickel, deux fois moins cher, se substitue généralement au cobalt.
Les premières cellules Li-ion utilisaient des cathodes NMC 111 (chaque chiffre représentant la proportion de chacun des 3 métaux) composées de 33% de nickel, 33% de manganèse et 33% de cobalt. La norme se base désormais sur des cathodes NMC 622 (60% de nickel, 20% de manganèse et 20% de cobalt).
A court terme, la part de cobalt devrait encore être réduite pour se limiter à 10% du contenu de la cathode (NMC 811), voire inexistante (cathode LFP). Concernant la cathode NCA utilisée par Tesla, cette dernière contient environ 15% de cobalt.
Anode
L'anode, généralement en graphite, a pour rôle d'accueillir les ions de lithium lorsque la batterie est chargée. Lorsque le circuit électrique nécessite de la puissance, un électron se sépare d'un ion lithium tandis que l'ion lithium va trouver refuge dans la cathode.
Dans un futur proche, les anodes pourraient faire appel au silicium et/ou au graphène. Ces 2 matériaux ont d'excellentes qualités de stockage, ce qui permet d'augmenter la densité énergétique des cellules. De plus, le silicium est un matériau très présent sur terre et peu onéreux. En revanche, une fois chargé en lithium, il se dilate fortement, ce qui génère de fortes pressions au sein de la cellule au point de mettre en péril sa durabilité : c'est pour cette raison que le silicium n'est pas encore utilisé sur un véhicule de série.
Actuellement, certaines anodes sont légèrement enrichies en silicium (Tesla Model 3) : un bon compromis qui permet d'améliorer sensiblement la densité énergique sans remettre en cause la fiabilité de la cellule.
Electrolyte
L'anode et la cathode baignent dans l'électrolyte, un liquide (ou un gel) qui facilite le transport des ions d'une électrode à l'autre (haute conductivité ionique). L'électrolyte est constitué de sels de lithium et de solvants. Les cristaux de sels permettent de transporter les ions. Les solvants permettent de dissoudre le sel au sein de l'électrolyte dans une solution homogène. La composition de l'électrolyte est essentielle pour assurer un transport rapide des ions de l'anode vers la cathode et vice-versa. La viscosité doit rester suffisamment stable sur l'ensemble de la plage de température de fonctionnement de la batterie.
Séparateur
Le séparateur est une barrière physique entre l'anode et la cathode. Il ne laisse passer que les ions et bloque les électrons. Il s'agit généralement d'un film plastique fin microperforé (les trous étant d'un diamètre de l'ordre de 0,1 micron).
Masse et emplacement de la batterie
Pour une batterie de 50 kWh, la masse totale des cellules (hors systèmes de gestion de la batterie et protection contre les chocs) est de l'ordre de 230 kg, la masse de lithium est de l'ordre de 8 kg, la masse de nickel est de l'ordre de 18 kg, la masse de manganèse représente environ 6 kg tandis que la masse de cobalt est d'environ 6 kg (considérant une cathode de type NMC 622).
La batterie étant un élement très lourd, il est indispensable de la positionner au plus bas dans le véhicule et le plus au centre possible : sa place logique se trouve donc entre les 4 roues du véhicule sous les passagers. Néamoins, cela suppose de repenser le châssis du véhicule pour trouver le bon compromis entre capacité de la batterie et espace disponible.
Pour les premières générations de véhicules électriques (comme l'e-Golf), les véhicules étaient pensés pour des moteurs à combustion : les batteries étaient positionnées dans le tunnel de transmission et dans le coffre. Toutefois, l'espace disponible est limité et nécessite généralement de rogner sur le volume du coffre : la capacité des batteries reste limitée et la forme complexe de la batterie complique le refroidissement homogène de cette dernière.
Les générations actuelles des véhicules électriques ont été conçues dès le départ pour tenir compte des spécificités du mode de propulsion électrique (à l'exception notable de la Peugeot e-208 dont la plateforme a été conçue pour accueillir aussi bien des moteurs à combustion que des moteurs électriques).
Ainsi, la Volkswagen ID.3, qui a succédé à l'e-Golf dans la gamme électrique du constructeur allemand, s'appuie sur une plateforme spécifique (dénommée MEB) et propose, sensiblement dans le même encombrement que la e-Golf, une bien meilleure capacité (doublée dans le cas de la batterie de 77 kWh), une bien meilleure habitabilité (notamment pour les passagers arrière), tout en proposant un coffre de taille similaire à celle d'une Golf à moteur thermique.
Gestion de la charge
Les batteries Li-ion sont rechargées selon la stragégie CC-CV et cette méthode comporte 3 phases :
- Pré-charge
- CC (Constant Current)
- CV (Constant Voltage)
La phase de pré-charge consiste à charger la batterie à faible intensité pour la préchauffer (si la température des cellules est trop faible) ou abaisser la température des cellules (après une forte sollicitation du véhicule). Dans certains véhicules, lorsque le conducteur programme son itinéraire à l'aide de son système de navigation et que l'itinéraire prévoit un arrêt-recharge, le véhicule déclenche automatiquement le conditionnement de la batterie quelques kilomètres avant d'atteindre la borne, ceci afin de réduire la durée de la phase de pré-charge.
La phase CC est la phase où la puissance de charge est la plus élevée. La tension des cellules monte graduellement et l'intensité du courant est maximum (elle est fonction de la capacité des batteries et de la température).
Cette première phase prend fin lorsque les cellules atteignent leur tension nominale. A cet instant, le processus de charge bascule en mode CV : l'intensité est fortement réduite pour que la tension de la cellule n'augmente plus. La charge s'interrompt lorsque l'intensité devient très faible (environ 5% de l'intensité nominale).
Au fur et à mesure de la charge, les ions lithium s'accumulent dans l'anode et plus le niveau de charge de la batterie est élevé, moins il y a de sites d'insertion disponibles pour l'intercalation du lithium avec le graphite et les électrons. Aussi, ce phénomène augmente la résistance interne de la cellule et, à courant constant, la tension de la cellule augmente.
Il faut veiller à ne pas dépasser la tension nominale de la cellule car, lorsque la tension est légèrement plus élevée que cette tension nominale (de l'ordre de 0,1 V environ), le lithium aura plus d'affinité à se recombiner avec un électron plutôt qu'avec le graphite de l'anode. Dans ce cas, le lithium prend une forme métallique et génère une couche autour de l'anode (lithium plating), empêchant les ions lithium d'atteindre les pores de l'anode.
D'autre part, en s'accumulant dans l'électrolyte sous forme métallique, le lithium peut former des dendrites suffisamment épaisses pouvant endommager le séparateur. Dans ce cas de figure, l'anode et la cathode sont en contact direct (court-circuit), ce qui amène à l'emballement thermique de la cellule et à un risque d'incendie.
Equilibrage des cellules
Les caractéristiques (impédance et niveau de charge en particulier) varient légèrement de cellule à cellule et il se peut que la charge soit considérée complète parce qu'un groupe de cellule a déjà atteint son niveau de charge maximum tandis que les autres groupes de cellules n'ont pas été complètement rechargés. Pour éviter cela, le système de gestion de la batterie initie un équilibrage des cellules en augmentant la résistance des cellules complètement rechargées pour favoriser la circulation du courant dans les cellules ayant un niveau de charge plus faible.
Cet équilibrage a lieu lorsque le niveau de charge est de l'ordre de 95 % et se déclenche lorsque tous les consommateurs électriques sont éteints (système multimédia éteint et climatisation coupée, par exemple).
Estimation du niveau de charge
La tension aux bornes de la batterie étant relativement stable dans la zone de fonctionnement de la batterie (entre 5% de niveau de charge et 95%), l'estimation du niveau de charge s'appuyant sur la tension de la batterie serait très approximatif.
Aussi, pour mesurer le niveau de charge de la batterie, la méthode la plus couramment utilisée est le comptage de Coulomb. Cette méthode consiste à mesurer la quantité d'électricité qui entre et qui sort de la batterie. La mesure du niveau de charge de la batterie est ainsi beaucoup plus fiable. Néanmoins, il peut y avoir des dérives et utilisée telle quelle, le niveau de charge peut être erronné après quelques semaines avec une différence pouvant dépasser 10%, notamment du fait de l'auto-décharge.
Pour éviter cela, l'algorithme d'estimation du niveau de charge est donc bien plus complexe et diffère selon les constructeurs. En règle générale, une fonction d'auto-apprentissage (basée sur le kilométrage parcouru et la quantité d'énergie consommée ainsi que sur le temps de charge) permet d'éviter les dérives de l'estimation du niveau de charge. L'équilibrage des cellules aide aussi à l'amélioration de cette estimation.
Système de gestion de la batterie
Le BMS (Battery Management System) joue un rôle capital de manière à éviter une usure précoce des cellules et un disfonctionnement sévère de la batterie (risque d'incendie). A cet effet, le système de gestion de la batterie tient compte d'une multitude de paramètres tels que :
- la quantité d'énergie reçue
- la quantité d'énergie distribuée
- la température des cellules / groupes / modules
- la température extérieure
- la température du liquide de refroidissement (le cas échéant)
- la tension des cellules / groupes / modules
En règle générale, il y a un BMS maître et plusieurs BMS esclaves (un par groupe ou par module gestion décentralisée). Dans certains cas, la batterie est gérée par un seul BMS (gestion centralisée).
Boîtier de raccordement
Le boîtier de raccordement (autrement appelé Battery Junction Box - BJB) a pour fonction de relier la batterie aux autres composants électriques. Le boîtier de raccordement reçoit de l'énergie des organes suivants :
- chargeur intégré (lorsque le véhicule est chargé en courant alternatif)
- alimentation directe (lorsque le véhicule est alimenté en courant continu - charge rapides)
D'autre part, il va distribuer l'énergie :
- au(x) moteur(s)
- au convertisseur de courant DC/DC (courant continu / courant continu) de manière à alimenter la batterie 12V (servant à l'alimentation des accessoires du véhicules - systèmes multimédia, essuie-glaces, éclairage, etc.)
En interne, le boîtier de raccordement va diriger l'énergie vers le BMS qui va ensuite distribuer cette dernière vers les modules / groupes de cellules / cellules.
Gestion de la température
La gestion de la température au sein des batteries Li-ion est primordiale, à la fois pour recharger la batterie à forte puissance et pour délivrer la quantité d'énergie nécessaire pour alimenter le moteur. La température idéale de fonctionnement d'une cellule est de l'ordre de 25 °C. Dans une fenêtre de plus ou moins 15 °C par rapport à la température optimale, les cellules conservent d'excellentes performances.
Lorsque la température à l'intérieur des cellule est faible, la diffusion des ions lithium à travers l'électrolyte est lente (la résistance de la cellule est élevée) : le risque de surtension est donc élevé, ce qui favorise la formation de lithium métallique et de dendrites. Si un courant de forte intensité est maintenu dans ces conditions, paradoxalement, la température au sein de la cellule va aussi s'élever significativement.
Lorsque la température de la cellule augmente au-delà de 70 °C, le revêtement de l'anode (SEI - Solid Electrode Interphase) grossit significativement, devient plus poreux et instable. Le revêtement peut alors piéger du lithium et ne plus le relâcher, ce qui est la cause principale de la perte de capacité d'une cellule.
Enfin, lorsque la température augmente de manière incontrôlée au-dela de 150 °C environ, l'électrolyte se décompose jusqu'à relâcher des gaz nocifs et l'expansion significative de l'anode conduit à une pression importante au sein de la cellule. Ces phénomènes conduisent à l'incendie de la batterie.
Le refroidissement de la batterie peut se faire par circulation d'air ou par circulation de liquide de refroidissement. Les batteries refroidies par air sont la solution la plus simple et la plus légère. C'est d'ailleurs pour cette raison que Volkswagen, pour établir son record de la course de côte de Pikes Peak avec l'I.D. R en moins de 8 minutes, a choisi cette technique. Parmi les véhicules de production, la Renault Zoé et la Nissan Leaf font appel à cette technologie.
La majeure partie des véhicules électriques fait plutôt confiance à un refroidissement par liquide, le liquide circulant à travers les cellules et les groupes de cellules pour évacuer plus efficacement la chaleur.
Enfin, pour limiter l'augmentation de température, il peut être intéressant de réduire l'intensité du courant en augmentant la tension de la batterie, comme pour la Porsche Taycan (et sa cousine Audi e-tron GT quattro) dont la tension de la batterie atteint 800 V.
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Tous les commentaires sur le sujet (masquer les commentaires les plus anciens):
19 mars 2021 à 23h32
Bonjour Pascal et merci beaucoup pour vos encouragements !Concernant les puissances atteintes par les constructeurs, il faut distinguer la puissance maximum (atteinte pendant quelques minutes) et la puissance sur le long terme.
Je n'ai pas les informations concernant la Model S Plaid+, mais, pour vous donner un ordre d'idée, la puissance maximum d'une Tesla Model 3 Grande Autonomie est donnée pour 330 kW environ, tandis que la puissance moyenne sur 30 minutes (rapportée notamment sur le certificat d'immatriculation) n'est plus que de 153 kW.
D'autre part, si vous recherchez des vidéos de la Model 3 sur la Nordschleife, vous pourrez constatez que, sur un tour de 8 min, la puissance diminue franchement à partir de 5-6 minutes.
Donc, oui, les constructeurs peuvent se permettre d'afficher des puissances intéressantes, bien plus que ce que peuvent permettre les batteries en théorie, mais elles ne seront tenues que quelques minutes et surtout, il faut une très bonne gestion de la température de la batterie pour ne pas endommager irrémédiablement les cellules.
Concernant le freinage régénératif, c'est très compliqué... car il existe plusieurs stratégies, voire une stratégie par constructeur !
Par exemple, dans le cas de Tesla, le freinage régénératif ne se fait qu'au lever de pied de la pédale d'accélérateur. Dès que le conducteur sollicite la pédale de frein, ce sont les freins mécaniques qui sont sollicités. Chez Porsche, pour la Taycan, il n'y a pas de récupération d'énergie au lever de pied, le freinage régénératif n'est actif que lorsque le conducteur sollicite la pédale de frein. Pour d'autres, ce sera un mix des 2 méthodes...
Pour vous donner un ordre de grandeur, les systèmes de freinage régénératifs (pour les véhicules électriques) permettent d'obtenir des décélérations de l'ordre de 30% des décélérations maximales, ce qui, dans 90% des cas (et même plus) est largement suffisant pour des conditions de conduite habituelles.
Généralement, quand la transition freinage régénératif / freinage mécanique se fait lorsqu'on presse la pédale de frein, on le ressent assez clairement, mais il est vrai qu'il y a peu d'information au tableau de bord à ce sujet. A la rigueur, ce n'est pas le plus gênant : ce qui me dérange, pour ma part, c'est que, lorsque le freinage régénératif n'est pas disponible (batterie trop froide ou batterie pleine), il n'y a généralement pas d'alerte au tableau de bord, ce qui peut amener un conducteur à manquer son freinage lorsqu'il a l'habitude de la conduite à une pédale.
20 mars 2021 à 09h38
Guillaume,Passionnant cet article, il est complet, illustré, et accessible à tout curieux sans tomber dans une vulgarisation superficielle.
Merci.
20 mars 2021 à 22h04
Bonjour Guillaume, merci pour cet article très informatif. As-tu des données sur le vieillissement normal ou “best case” de cette technologie, càd la perte de capacité ou d’autres propriétés sous conditions d’utilisation régulière et gestion toujours adéquate ? Merci, Etienne20 mars 2021 à 23h43
Bonjour Etienne et merci beaucoup pour tes encouragements !On manque encore de recul sur la longévité des batteries des véhicules électriques et il est donc compliqué de faire un état des lieux précis.
La première chose, c'est de se baser sur la garantie offerte par les constructeurs sur la batterie qui est généralement de 8 ans et 160.000 km (voire 240.000 pour la Tesla Model S) pour une capacité réduite de 30%. Néanmoins, ces limites sont largement sous-évaluées (le but étant de minimiser le nombre de prises en charge sous garantie.
La deuxième chose, c'est de se baser sur le nombre de cycles acceptables par la batterie. Pour une batterie Li-ion, il est communément admis une limite de 1.000 cycles complets de charge.
pour une batterie Li-ion, un cycle de charge se caractérise par une charge de 0 à 100% et il n'y a pas (ou marginalement) d'effet mémoire, ce qui fait qu'un cycle incomplet ne compte pas pour un cycle complet (par exemple, une recharge de 50% à 100% compte pour un demi-cycle).
Pour un véhicule électrique, il faut relativiser par les points suivants :
- les puissances élevées de charge/décharge vont avoir tendance à réduire la durée de vie de la batterie.
- la gestion de température des batteries des véhicules électriques est bien plus fine que sur la majeure partie des autres applications (notamment lorsque les batteries sont refroidies par liquide, ce qui est le cas de la majeure partie des véhicules électriques), ce qui a tendance à augmenter significativement la durée de vie de la batterie.
Personnellement, je pense que la gestion de la température va largement contribuer à un bilan positif et qu'on peut espérer conserver sa batterie bien au-delà des 1.000 cycles, disons 1.500 cycles.
Appliqué à une batterie de 50 kWh (pour une consommation moyenne de 200 Wh/km), cela donne une durée de vie théorique de 375.000 km (avec une capacité de la batterie dégradée d'environ 30%) pour une batterie utilisée dans des conditions normales de conduite et avec une majorité de charges dites lentes.
20 mars 2021 à 23h45
Bonjour Stef, merci beaucoup pour vos encouragements !16 juin 2021 à 10h42
Bonjour,je découvre à l'instant cet article très documenté, et j'espère que vous allez pouvoir répondre à une question que je me pose depuis longtemps: je connaissais (en partie) le principe de charge d'une batterie au lithium, et ce que j'observe sur le monitoring de la prise secteur sur laquelle je recharge mes PHEV depuis 7 ans ne correspond pas à ce principe, illustré par le graphique "Puissance et durée de charge".
- je n'ai jamais constaté la phase de pré-charge
cela peut-il être dû au fait que je n'utilise pas une borne mais un CRO autorisant un maximum de 16A (3,7kW), ou à la résolution de mon système de monitoring (une mesure toutes les 10 secondes mais un seul résultat enregistré par minute)?
- sur l'Outlander PHEV, la dernière phase de charge, pendant laquelle la puissance décroît progressivement, était clairement visible (en cas de charge à intensité de 10A, les 50 dernières minutes montraient une diminution progressive de 2,3kW à 0kW). Donc OK.
Mais sur tous les autres PHEV que j'ai possédés/utilisés, cette phase n'est pas visible: sur la Golf GTE, le Renagade 4xE, le GLA 250e, en fin de charge la puissance passe brutalement de la puissance nominale prévue (par exemple 2,8kW si le CRO est réglé à 12A) à zéro; avec la limite déjà mentionnée de la résolution de mon système de monitoring, mais ça ne dépasse pas 2 minutes.
=> comment est-il possible que cette puissance soit constante, alors que l'intensité de charge appliquée aux cellules est censée passer progressivement de la valeur nominale à 0?
J'ajoute par ailleurs que dans tous les cas, la consommation totale relevée à la prise correspond bien à ce que le calcul théorique prenant en compte la capacité de la batterie et l'intensité de charge laisse prévoir, exemples:
- sur l'Outlander (batterie de 12kWH dont 9 utilisables, avec un rendement de charge de 85% -données constructeur-) avec un CRO 10A, à puissance constante la charge durerait un peu plus de 4h15, mais avec la baisse de puissance progressive pendant les 50 dernières minutes la recharge durait en réalité environ 5h15. Là c'est OK, et ça correspond bien à la théorie de la recharge.
- sur le GLA (batterie de 15,6kWh dont 10,8 utilisables, avec un rendement de charge de l'ordre de 82%) la recharge complète avec le CRO réglé à 12A prend environ 4h45 pour une puissance totale consommé de 13,2kWh. Si la puissance de charge baissait progressivement (comme sur l'Outlander) la durée d'une charge complète serait bien plus grande.
18 juin 2021 à 14h13
Bonjour Oooooops et merci pour vos encouragements !Concernant la phase de précharge, elle n'est effective que dans le cas d'une charge "rapide" (supérieure à 11 kW voire même 22 kW) pour éviter des variations importantes de température au sein de la batterie, ce qui serait dommageable pour sa longévité.
Pour ce qui est de l'intensité en fin de charge, il faut prendre en compte plusieurs paramètres tels que la génération et/ ou la technologie de batterie (ainsi que la gestion de la température de la batterie)
ainsi quel e principe de précaution et/ ou l'expérience du constructeur (il faut, par exemple, se rappeler que Mitsubishi a fait l'objet de quelques cas de surchauffe sur les premiers Outlander PHEV)
22 juin 2021 à 16h59
Bonjour Guillaume,merci pour les précisions concernant la pré-charge et l'intensité de fin de charge chez Mitsu.
Cependant, désolé d'avance si j'ai mal compris, mais j'aimerais une confirmation sur le fait que sur 3 de mes PHEV la charge se fait à puissance constante du début à la fin, alors que très souvent on me parle de puissance décroissante à partir d'une certaine valeur de SoC: est-ce là aussi parce que cela concerne la charge "rapide", comme pour le graphique "Puissance et durée de charge"; et donc à contrario que ça ne se produit pas forcément quand on recharge à faible puissance (a priori avec un CRO, même à 16A, on est à environ C/2)?
Question subsidiaire: quid de la phase d'équilibrage des cellules, qui elle aussi devrait se traduire par une puissance de charge inférieure? elle se se produit pas quand on utilise un CRO?
23 juin 2021 à 11h40
Bonjour Oooooops,effectivement, tant qu'on reste sur un schéma de charge lente (puissance inférieure à 3,7 kW, soit une intensité de 16A en courant alternatif monophasé), la puissance de charge est suffisamment faible pour ne pas avoir besoin de réduire encore plus la puissance dans une optique de préserver les cellules. Il en va de même pour l'équilibrage des cellules.
19 juillet 2021 à 14h13
Bonjour Guillaume,J'ai observé dans mes recherches, des courbes de décharges variables avec la température.
Je n'ai peut être pas interprété correctement ces courbes, visuellement, elles partent toutes de la même tension puis baissent immédiatement pour suivre des chemins parallèles en fonction de la température.
Ce sont des courbes en S.
J'observe qu'elles perdent environ en tension 1% par degré à partir de la température idéale de 25°C.
Sur mon PHEV, elles semblent conforme à la perte d'autonomie vs température indiquée par la jauge.
Pour évaluer l'autonomie, le constructeur fait-il une mesure de tension associée bien sur aux conditions précédentes d'utilisation comme l'indique le manuel?
Cordialement.
19 juillet 2021 à 23h35
Bonjour pjmdur,en fonction de la température de la batterie (ou, plus particulièrement, de la cellule), de son taux de charge/décharge et de son état de charge , la tension est amenée à varier. Seulement, dans le cas des véhicules électriques, la température de la batterie est régulée, ce qui fait que les performances de la batterie ne sont pas ou peu affectées par la température ambiante (le système de gestion de la température va se charger de garder la température de la batterie aux alentours de 25 °C dans des conditions normales de conduite).
Il serait compliqué et aléatoire de se baser sur la tension de la batterie car,comme vous le soulignez, entre 20% et 80% (approximativement), la tension est quasi-constante. C'est pour cette raison que le niveau de charge se base sur des méthodes apparentées au comptage de Coulomb (on mesure la quantité d'électricité qui rentre et qui sort).
La différence d'autonomie que vous constatez ne sont pas dûes à la température ambiante qui agit sur la batterie, mais plutôt au fait que vous allez utiliser le chauffage ou la climatisation, en particulier (en-dessous de 15 °C et au-dessus de 20 °C environ).
L'estimation de l'autonomie se fait à partir du niveau de charge de la batterie et de la consommation d'électricité moyenne sur les 30 dernières minutes (cela pouvant être un laps de temps plus ou moins court selon les fabricants).
20 juillet 2021 à 08h58
Merci Guillaume,Si je comprends bien, l'autonomie prévisionnelle versus température tient effectivement compte de la nécessité de climatiser l'habitacle, ce qui est compréhensible, mais aussi de réchauffer par temps froid la batterie, ce qui peut nécessiter pas mal d'énergie.
A ce sujet , n'y a-t-il pas un auto échauffement de celle-ci dès qu'elle est sollicitée?
21 juillet 2021 à 13h21
Bonjour pjmdur, non, le calcul de l'autonomie n'a aucun caractère prédictif. Elle ne prend en compte que le passé (30 minutes ou moins) pour faire son estimation. C'est largement satisfaisant et suffisamment précis dans la plupart des cas, mais peut aussi induire en erreur dans certains cas :- conduite en montagne (où la consommation sera élevée dans les montées et où vous allez pouvoir régénérer significativement en descente).
- changement assez brutal des conditions météo (pluie, vent de face, baisse/ hausse de la température)
- etc.
Lors de la charge (rapide en particulier), la batterie s'échauffe et il faut particulièrement surveiller cela lorsque la température extérieure est froide (et que le véhicule n'a pas eu le temps de réguler la température de la batterie - ce qui peut être le cas de figure si vous ne disposez pas de prise pour recharger chez vous et que vous allez le recharger sur une borne rapide près de chez vous).
La batterie s'échauffe aussi lors de sa décharge (en phase de conduite). ce qui est généralement, en conduite sportive, le facteur limitant (plus que l'autonomie, l'échauffement du moteur ou l'échauffement des freins) des performances du véhicule.
13 août 2021 à 16h56
Bonjour,Je recherche des infos sur le refroidissement de la batterie ou de l'ensemble moteurs/boite des 3008 HY225 PHEV.
Je m'explique, de temps en temps par temps chaud, j'entends un bruit de ventilateur très audible.
J'ai une expérience de la clim Peugeot avec un ventilateur qui se met en action au dessus de 34°C; typiquement au démarrage avec une voiture au soleil.
Mais c'est nettement différent et beaucoup plus audible.
Je sais qu'il y a différents systèmes de refroidissement de la batterie, mais là, je vois pas trop, celle-ci étant située à l'arrière.
Dans les descriptifs Peugeot, on ne voit aucune canalisation AV/AR.
Peut être un système de refroidissement de l'ensemble thermique + boite eAT8?
Sur mon précédent 5008 PT130 EAT8, le ventilateur ne s'est jamais mis en route.
Votre avis?
Cordialement.
15 août 2021 à 08h45
re Bonjour,J'ai une question complémentaire a propos du système de climatisation de l'habitacle chaud et froid des PHEV HY 225 Peugeot.
Tout n'est il pas lié avec la régulation de température de tout le système onduleur, eEAT8, etc...
Il y a une interrogation l'hiver par exemple si le chauffage est en relation avec d'autres éléments qui produisent de la chaleur, et idem l'été avec la PAC qui sert à plusieurs éléments.
Il est intéressant pour des questions d'autonomie, forcément réduite sur les PHEV, de bien comprendre comment tout cet ensemble fonctionne
Je n'ai trouvé aucune info sur la gestion de la température de l'ensemble des éléments incluant l'habitacle.
16 août 2021 à 00h21
Bonjour pjmdur,à ma connaissance, tout l'ensemble de la chaîne de traction électrique est refroidie par eau, ce qui inclus le(s) moteur(s) électrique(s), la batterie et l'électronique de puissance.
Je ne connais pas la stratégie de Peugeot dans les détails, mais je peux estimer qu'il y a 3 circuits de refroidissements distincts : un pour gérer la température du moteur thermique, un deuxième pour gérer la température du moteur électrique / boîte de vitesses (+ la température du moteur électrique à l'arrière dans le cas des versions hybrid 4) et un troisième pour contrôler la température de la batterie et de l'électronique de puissance.
Le déclenchement du ventilateur permet de favoriser les échanges de calories (et donc la baisse de température du liquide de refroidissement) entre l'air et le liquide de refroidissement dans les radiateurs situés à l'avant du véhicule. Il est attendu que les ventilateurs se déclenchent plus souvent par temps très chaud car la température optimale du liquide gérant la batterie est de l'ordre de 25 °C (contre 90 °C dans le cas du liquide de refroidissement dédié au moteur thermique).
Concernant la climatisation et le chauffage, tout est alimenté par la batterie. Je n'en ai pas confirmation, mais le liquide de refroidissement gérant le moteur thermique, lorsque celui-ci est en fonction, pourrait venir suppléer le système pour diminuer la puissance du chauffage électrique et limiter la consommation électrique.
17 août 2021 à 08h48
Merci Guillaume,C'est juste une petite requête si c'était possible, un article décrivant le fonctionnement détaillé du système de gestion des températures des différents éléments pourrait être très intéressant.
La configuration moteur PSA PHEV HY225 se retrouve sur plusieurs modèles, 3008, C5 Aircross, Opel, DS7 et maintenant les nouvelles 308.
C'est de très loin la configuration la plus vendue en France(30% des 3008 par exemple), les utilisateurs sont à chaque fois un peu perdus avec les variations d'autonomie.
Bonne continuation avec vos excellents articles.
19 août 2021 à 10h25
Bonjour,Dans l'esprit d'une meilleure compréhension de la solution de recharge de la batterie des PHEV 225CV PSA, j'observe que la charge travaille à courant sensiblement constant jusqu'au maxi.
J'ai in Linky triphasé avec une phase dédiée à la charge, il est donc aisé de suivre la puissance débitée sur la phase en question.
Par rapport à d'autres constructeurs comme FORD sur son Kuga PHEV où l'utilisateur peut régler la charge maxi, 85% par exemple, chez PSA, c'est automatique avec ce qu'il me semble être un talon haut limitant le pourcentage de charge.
Le truc bizarre est que ce talon haut est de taille variable avec la température.
Sous température été, ce talon diminue.
Ou vérifie ce comportement avec le mode régénération qui fonctionne d'une façon variable vs température en partant d'une charge à 100%.
Par temps plus froid, il fonctionne immédiatement, alors que par temps plus chaud il faut quelques kilomètres avant qu'il se mette en action.
Tout cela est bien complexe à comprendre.
19 août 2021 à 22h58
Bonjour pjmdur, je prends note de votre suggestion d'article qui est très pertinente. Pour le moment, je ne dispose pas de suffisamment d'éléments pour en faire un article, mais si l'occasion se présente, je ne la manquerai pas.Concernant la capacité de charge, plus la température de la batterie est plus faible, plus le taux de charge doit être réduit prématurément sur la fin de charge pour éviter un échauffement anormal de la batterie. Or, la charge est stoppée lorsque le taux de charge est en-deça d'un certain seuil : on considère alors que la batterie est pleine. Ce seuil est donc plus rapidement atteint lorsque la batterie est froide.
Aussi, ceci a pour conséquence que la batterie n'est pas rechargée à sa pleine capacité (il reste en réalité quelques pourcents), ce qui permet de recharger directement la batterie via le freinage régénératif, ce qui n'est pas possible lorsque la batterie est "vraiment" pleine.
22 août 2021 à 07h57
Bonjour,C'est une réponse qui éclaire effectivement le comportement de la batterie bien qu'il y ait une incohérence apparente entre le fait que la température soit plus froide entraine un échauffement supérieur.
Mais effectivement, à la relecture de vos dessins, on observe que la température de formation de lithium métallique arrive très vite à partir de 10°C, ce qui n'est pas très bas.
On a donc si c'est possible intérêt de recharger sous abri dans un garage qui est rarement en dessous de 15°C.
Merci encore, tout finit par s'éclairer.
Cordialement.
22 août 2021 à 08h07
RE Il y a une seconde incohérence apparente sur le fait que le système de régénération fonctionne immédiatement par temps plus froid.Cela semble anormal puisque cette température limite de niveau de charge.
Est-ce du au fait que la batterie si sollicitée se réchauffe immédiatement ou qu'il y a un système de réchauffement de la batterie qui se met en action immédiatement?
Cela ferait suite à mon questionnement sur la gestion de la température des éléments batterie, etc...
J'ignore si chez PSA il y a un système de réchauffement de la batterie à base de PTC?
29 août 2021 à 18h04
Bonjour pjmdur,l'échauffement est dû au fait qu'à basse température, il y a plus de resistance pour faire circuler les ions. D'autre part, l'échauffement n'est pas forcément généralisé : certaines cellules vont devenir très (trop) chaude tandis que la température globale de la batterie restera modérée.
Lorsque la voiture est mise en route, la batterie va s'échauffer pour délivrer du courant, suffisamment pour permettre la recharge par le freinage régénératif assez rapidement.
Je n'ai pas tous les détails concernant le groupe hybride Stellantis, mais la logique voudrait qu'il y ait des chauffages PTC pour réchauffer la batterie.
02 septembre 2021 à 09h25
Merci Guillaume pour vos explications.Sur les PHEV, la gestion de la batterie, modeste par nature, semble plus complexe car le choix de la configuration cinématique électrique/thermique doit être prise en compte.
J'observe que la philosophie de PSA alias Stellantis est de proposer une utilisation la plus simple possible à utiliser, quitte à ce que l'utilisateur comprenne pas toujours les variations d'autonomie puisque l'historique de l'utilisation est aussi prise en compte.
J'observe que certains constructeurs de même type de véhicule proposent de limiter le pourcentage de charge ou le taux de régénération; pas toujours simple à gérer.
Cordialement.
04 septembre 2021 à 23h58
Bonjour pjmdur, c'est effectivement une question de choix selon les constructeurs. On le voit déjà sur un véhicule purement électrique avec le freinage régénératif : selon les cas, il va être puissant, aller jusqu'à l'arrêt du véhicule et immobiliser le véhicule. Pour d'autre, on peut régler la force du freinage, facilement (bouton ou levier de vitesses), pour d'autres, il va falloir aller chercher dans les menus (on ne peut donc pas l'ajuster en cours de trajet).Pour les PHEV, c'est encore plus compliqué, on peut avoir tellement de modes de fonctionnement possibles et de possibilités de recharge... Il n'y a pas de stratégie parfaite !
Concernant la recharge des PHEV, la logique voudrait quand même de recharger la batterie systématiquement à 100%, ce n'est pas la même logique qu'un VE où il est important de minimiser le niveau de charge de la batterie pour aller chercher les fortes puissance de charge (et diminuer le temps de charge).
16 octobre 2021 à 14h56
Bonjour,J'aurais une question complémentaire qui est le niveau de charge possible vs température.
Actuellement avec l'intersaison qui conduit à une charge par nuit froide(moins de 10¨C), puis une utilisation par temps chaud de jour(vers 20/25°C), j'observe que la batterie passe d'un 60Km possible optimal à 50Km environ.
C'est presque 20% de moins.
Je précise sans que les consommateurs de type clim soient en action.
Cela me semble considérable.
18 octobre 2021 à 10h05
Bonjour pjmdur,il peut y avoir plusieurs raisons à cela sans que cela ne soit nécessairement dû à la température extérieure lors de la recharge. Pour ma part, je pense que c'est plutôt les besoins en refroidissement de la batterie en roulant qui affectent l'autonomie plus que la température extérieure qui aurait limité la charge (notamment si le véhicule a été conduit dans la journée précédant la charge, la température de la batterie étant alors bien supérieure aux 10 °C de la température extérieure - il y a une certaine inertie).
21 octobre 2021 à 08h49
Bonjour Guillaume.Je ne comprends pas la nécessité de refroidir la batterie. dans ce que j'observe.
Pour résumer:
Si nuit fraiche, le matin j'ai 50Km d'autonomie; et quelle que soit par la suite la température du véhicule lors de l'utilisation, même optimale vers 25°C, j'ai toujours 50Km réel.
Si nuit chaude, j'ai 60Km d'autonomie et 60Km réel.
Ceci à utilisation constante et Clim+Chauffage désactivé.
J'arrondis les chiffres à quelques Km prés puisque le réel dépend de l'action du système de régénération en roulant, et des variations de conditions de circulation.
Je vois ça d'une façon simpliste, je l'avoue; mais ma conclusion est qu'il y a sur mon véhicule une relation directe entre le niveau de charge et la température.
A ce sujet, il me semble avoir lu que sur certains VE, il y a un processus de mise en température de la batterie en prévision de la charge.
Cela voudrait dire qu'il y a une relation directe entre la température de celle-ci et la charge possible, non?
21 octobre 2021 à 10h46
Bonjour pjmdur, comme je l'évoquais dans un précédent commentaire, il y a bien une limitation du niveau de charge en fonction de la température de la batterie, mais on parle alors de températures plus "extrêmes" de l'ordre de 0° ou moins. A priori, il n'y a pas de raison de constater une baisse d'autonomie de 20% juste parce que la température extérieure était "fraîche" (les 10 °C que vous indiquez) par rapport à une charge effectuée à une température de 20 °C.Concernant les véhicules électriques, certains véhicules ont, en effet, une procédure de conditionnement à l'approche d'un chargeur rapide : cela permet d'avoir une puissance de charge élevée dès le début de la charge et de gagner quelques minutes. J'évoque cela brièvement dans l'article sur la recharge des VE : https://www.guillaumedarding.fr/technique-recharger-un-vehicule-electrique-7754789.html (paragraphe "Recharge sur une borne publique").
22 octobre 2021 à 09h00
Merci Guillaume.C'était un peu ma conclusion. Il est difficile de comprendre pourquoi sur mon véhicule, il y a une telle différence d'autonomie réelle sur ces faibles delta de température. Surtout qu'en plus il n'y en a pas trop par construction.
08 février 2022 à 16h19
Bonjour Guillaume,Je viens de construire une isolation thermique pour la batterie Li-Ion de ma trottinette Xiaomi m365.
Du polystyrène extrudé 2 cm d'épaisseur, une sorte de coffrage extérieur en "U".
En effet lors d'une rando par 4 degrés et brouillard, j'ai pu noter au bout de quelques heures une très sensible baisse de performance, d'où la décision de créer cette isolation.
À la lecture de ton article, je pense utiliser cette isolation uniquement à des températures inférieures à 10 degrés.
Cependant... Est-ce que cette isolation peut constituer un danger en entravant le refroidissement peut-être un nécessaire de la batterie ? (Elle est enchassée dans le corps aluminium de la trottinette, sans grille d'aération).
Quel est ton avis ?
Merci d'avance,
Florent
09 février 2022 à 22h38
Bonjour Flolan,effectivement, dès que les températures deviennent plus clémentes, il faut absolument retirer cet isolant, sous peine de risque de surchauffe et d'emballement thermique de la batterie.
Néanmoins, attention aussi de bien avoir identifié la cause de la baisse de performance. Si vous avez fait des parcours similaires en été et que vous n'aviez pas de baisse de performance, on peut raisonnablement assumer que c'est effectivement le froid la cause. Mais si vous n'avez pas cette expérience, il se peut aussi que la trottinette se mette en sécurité parce que les cellules de la batterie sont déjà trop chaudes. Auquel cas, rajouter de l'isolant ne va pas arranger vos affaires...
14 février 2022 à 16h33
Bonjour,Je tenais à signaler que je trouve globalement vos articles bien fait (même si je peux y noter quelques erreurs). Cependant je trouve un peu dommage que vous n'y apportiez aucune référence ou source.
Beau travail tout de même, bonne continuation.
17 février 2022 à 09h58
Bonjour Guillaume,J'ai une question concernant la capacité batterie exploitable de mon 3008 HY 225:
La charge depuis le début est normale: de zéro 3h3/4@3450VA sur le Linky. Je suis en triphasé, isoler une mesure juste pour la charge est facile.
Lors de l'utilisation, je suis très loin de retrouver la capacité exploitable de la batterie qui est de 10,8KWh.
Sur un test simple sur route en tout électrique sans arrêts, je trouve 8KWh.
Mon calcul est simple: l'indicateur de conso indique 20KWh/100 et le thermique a démarré à 40Km.
Je n'arrive pas à comprendre pourquoi, soit l'indicateur de conso est totalement faux, soit la charge est inefficace puisqu'il y a systématiquement 13KWh consommés.
Je sais que par temps froid, l'autonomie est réduite, mais c'est surtout du fait de l'impact du chauffage et autres accessoires.
Nota: le test ne s'est pas fait par des températures basses importantes, environ 5°C la nuit lors de la charge et 12°C lors de l'utilisation.
Avez vous une explication à mon interrogation?
18 février 2022 à 16h04
Bonjour pjmdur,il est normal que vous ne vous retrouviez pas la totalité de la capacité de la batterie car le moteur thermique se déclenche avant que la batterie ne soit complètement vide, afin de pouvoir maintenir la batterie 12V à un état de charge suffisant par exemple. Néanmoins, une capacité limitée de 8 kWh me semble un peu faible.
En se basant sur les données de la brochure Peugeot https://psu.ch/brochures/ap/3008/Liste_de_prix_3008.pdf en page 24, il est indiqué une consommation de 17,6 kWh/100km pour une autonomie présumée de 53 km pour la version 225, ce qui indique une dépense énergétique de l'ordre de 9,3 kWh avant l'allumage du moteur thermique.
D'autre part, il est aussi normal qu'il y ait une perte entre l'énergie consommée pour recharger la voiture et l'énergie effectivement présente dans la voiture. C'est un point que j'explique dans un autre article https://www.guillaumedarding.fr/autonomie-et-consommation-des-vehicules-electriques-4542930.html et qui est décrit aussi dans une vidéo de La Pause Garage, mesures à l'appui à l'aide d'une prise connectée - https://www.youtube.com/watch?v=eneFM5Pfk7k
En revanche, si vous ne consommez que 8 kWh et que vous rechargez systématiquement 13 kWh, il y a effectivement quelquechose qui n'est pas cohérent car une différence de 60% n'est pas justifiée, même avec une température certes faible lors de la recharge, mais loin d'être extrême. Au niveau de la consommation électrique, 20 kWh/100km semble une donnée cohérente par rapport à d'autres utilisateurs.
Concernant le temps de charge, êtes-vous sûr que la fréquence d'échantillonnage de votre compteur est suffisante ? Il me semble que par défaut, le Linky effectue un relevé toutes les 30 min seulement, ce qui pourrait fausser votre temps de charge mesuré. Personnellement, je ne vois pas vraiment d'autres explications !
23 février 2022 à 15h46
Merci Guillaume,Le Linky sur son tableau de contrôle fonctionne en, temps réel. Si on arrête un consommateur, la puissance en VA indiquée s'arrête immédiatement.
On peut lire pour chaque phase séparément. C'est pratique si rien d'autre n'est connecté sur la phase en question.
J'ai indiqué une puissance de charge de 13KWh juste pour dire qu'elle était constante quelle que soit la température de la batterie en extérieur. C'est surement un peu moins si on prend en compte le cos Phi par exemple.
Mais mon propos était d'avoir une base stable de ce qui rentre dans la batterie. Elle ne bouge jamais.
C'est ce qui est exploitable qui me pose problème. Mon test s'est effectué avec une charge vers 5°C et utilisation vers 12°C. Si ces températures augmentent légèrement de quelques degrés je peux passer de 40 à 50Km d'autonomie. Cela me semble une variation très importante.
Il semblerait par ailleurs que les premiers véhicules livrés chez PSA offrent de meilleures performances.
Peut il y avoir des différences en fonction du modèle de batterie livré?
C'est à dire avec une moindre sensibilité à la température?
Cordialement
25 février 2022 à 00h09
Bonjour pjmdur, ok, je comprends mieux votre estimation !Il peut y avoir des différences en fonction de la technologie de batterie, on le voit notamment chez Tesla entre les véhicules produits aux US (batteries avec cathode NCA) et ceux produits en Chine (cathode LFP) qui n'ont pas le même comportement. Je n'ai pas la connaissance d'évolution (ou non) au sujet de la chaîne de traction des Peugeot PHEV (outre la batterie, une évolution moteur pourrait aussi expliquer un comportement différent). On peut aussi penser des versions logicielles différentes, ce qui pourrait modifier la gestion de la température de la batterie (et la consommation électrique du véhicule).
A vrai dire, une différence de l'ordre de 20% en fonction de la température extérieure n'est pas choquante et c'est ce qui est constaté par beaucoup de conducteurs de VE.
25 février 2022 à 09h31
Bonjour,OK,
Concernant le type de batterie monté chez PSA, j'ai pas d'infos. Je crois que le groupe s'est approvisionne chez LG, mais aussi en Chine.
L'hypothèse différence de logiciel est possible, j'ai questionné Peugeot, mais toujours pas de réponse.
Je sais que le constructeur peut jouer à la fois sur les talons haut et bas.
J'observe au hasard des retours d'utilisateur, par rapport à mon véhicule qui est d'une fab récente(3008 HY225 restylé), des différences à la fois sur l'autonomie max possible de l'ordre de 10%, et une courbe d'autonomie moins pentue par temps froid.
Par exemple, j'ai vu des photos montrant une autonomie dans des conditions idéales de 66Km alors que je plafonne à 60Km,
Sur les PHEV avec leur autonomie limitée, toute diminution de performance batterie signifie plus grand recours au mode hybride.
Cldt
05 mars 2022 à 09h40
Bonjour,J'aurais une question subsidiaire a propos de mes constatations:
Sur un parcours sans arrêts jusqu'au point de passer en thermique, peut on se fier à l'indicateur de conso moyenne électrique qui comporte deux chiffres et une décimale, ce qui laisse penser une certaine précision.
J'ai vérifié qu'il prenait bien en compte le chauffage et autres accessoires.
Mais y a-t-il des consommateurs qui échapperaient à sa mesure?
Pour évaluer la charge exploitable, je fais un calcul simple indicateur de conso moyenne en KWh/100 x Km au point de démarrage du thermique.
08 mars 2022 à 16h11
Bonjour pjmdur,à ma connaissance, tous les consommateurs électriques sont bien pris en compte car la mesure est faite directement à la "sortie" de la batterie par le module de gestion de la batterie. Dès lors, vos calculs devraient vous donner des résultats fiables pour estimer la charge exploitable de la batterie (qui pourra varier, comme vous l'avez noté, en fonction de la température ambiante).
15 mars 2022 à 16h25
Bonjour,Merci.
J'ai une autre question qui concerne l'évaluation lors des entretiens de l'état de la batterie, bref, sa capacité.
Utile pour des questions de garantie.
Avez vous des informations sur la façon dont cet outil fonctionne?
J'ai vu qu'une entreprise proposait un dispositif à brancher sur la prise diag, après retour, ils revoient un certificat.
C'est compatible avec certains modèles.
Je me demande si une évolution des valises de diag utilisables par les particuliers pourrait pas être réalisable?
18 mars 2022 à 22h05
Bonjour pjmdur, le calcul concernant l'état de la batterie se base sur la variation de la tension de la batterie lors d'une charge et le courant qui rentre de la batterie.Il faut donc charger la batterie (généralement de 0 à 100%, mais on peut très bien partir d'un niveau plus élevé) puis, lorsque la charge est finie, on calcule la capacité réelle de la batterie en connaissant la tension et le courant qui est entré dans la batterie pendant la charge. Puis on compare cette valeur à la capacité théorique de la batterie pour en déduire l'état de la batterie.
Cela semble simple sur le papier, mais ça peut être un peu plus compliqué dans la réalité car, comme nous en avons discuté précédemment, la charge diffère en fonction de la température et si on a un déséquilibre important de tension entre les cellules, la charge sera arrêtée prématurément et le calcul sera faussé.
Donc, oui, il serait possible pour les particuliers d'avoir accès à ces valeurs (c'est possible pour les Tesla avec l'application scan my tesla, par exemple), mais attention de ne pas mal interpréter les valeurs à cause d'une batterie dont les cellules seraient mal équilibrées ou de températures très froides lors de la recharge.
19 mars 2022 à 14h44
Bonjour Guillaume,C'est effectivement compliqué.
Si on suit cette procédure théorique, je pourrais observer avec ma méthode simpliste, une perte de capacité vs ce qui rentre lors de la charge d'environ 25% sous une température de l'ordre de 5°C VS 20°C.
En effet, je constate que ce qui rentre lors de la charge est toujours identique, d'environ 13KWh si batterie à zéro, quelle que soit la température.
Mais avec ma méthode avec les indicateurs dont je dispose: mesure de conso moyenne sur un trajet sans pause et Km effectués au démarrage du thermique.
Dans ces conditions de température, j'ai mesuré 8KWh exploitable seulement pour une valeur de 10,8KWh selon la spécification. J'imagine que cela ne veut pas dire que la batterie est en fin de vie.
Peut être qu'il faudrait faire des test à température optimale autour de 20¨C pour vérifier la baisse de capacité exploitable vs temps/Km?
21 mars 2022 à 09h55
Bonjour pjmdur,il me semble important de faire les mesures à des températures plus clémentes (idéalement 20 °C, mais 15 °C, ce serait déjà un bon début...) avant de tirer des conclusions.
Je n'imagine pas que la batterie puisse être en fin de vie (mais on ne peut pas l'exclure complètement non plus, une défaillance, ça peut toujours arriver...) et à ce stade, je privilégie 2 hypothèses (qui se cumulent) :
1) le moteur thermique se déclenche systématiquement avant que la batterie soit à 0% afin de garder une zone tampon pour les opérations de start-stop et apporter du couple à bas régime (pour améliorer l'agrément de conduite)
2) les températures faibles empêchent de recharger la totalité de la batterie car les réations chimiques ne sont pas idéales dans ces conditions (cette deuxième hypothèse pourra être confirmée lorsque vous aurez la possibilité de recharger votre véhicule avec des températures plus élevées).
22 mars 2022 à 09h33
Bonjour Guillaume,Je m'excuse d'insister un peu lourdement sur mon modeste problème; j'aimerais avoir votre avis sur le résultat de mon test d'hier.
J'essaye de comprendre pourquoi je ne retrouve pas les KWh exploitables de ma batterie.
Pour mémoire, la batterie de mon 3998 HY225 fait 13,2KWh nominal avec une part exploitable de 10,8KWh.
Il y a un talon haut pour probablement éviter de charger à 100% afin de ménager sa durée de vie. Sur ce type de véhicule, le nombre de cycles de recharges peut être important comme deux fois 100% sur des trajets journaliers travail.
Le talon bas est réservé à des accélérations occasionnelles même batterie à zéro en complément du thermique de 180CV, ce qui explique une puissance totale annoncée de 225CV.
Les tests des journalistes montrent que ce talon s'épuise rapidement si on réitère l'opération trop souvent, ce qui est normal.
Pour revenir à mon test de capacité exploitable, j'ai pu recharger de zéro à 100% dans la journée par temps idéal autour de 18°C.
Le lendemain, j'ai effectué un parcours test très cool sans arrêts jusqu'au démarrage du thermique sous 21°C.clim sur OFF.
Routes plates et droites de Gironde à 83KMh au limiteur.
L'indicateur de conso au moment du démarrage du thermique indiquait 14,9 KWh/100 avec 65Km au totalisateur partiel
.
Une multiplication simple a donné 9,68KWh utilisé; ce qui est quand même loin des 10,8KWh annoncés dans la spec.
Le mode régénération au freinage à très peu servi, juste à la fin sur l'arrivée en ville sur quelques Km.
Ce mode sur le 3008 est d'ailleurs plutôt faible et pas réglable.
Le thermique ayant démarré à l'arrivée en condition ville très cool, je n'ai pas observé de réserve de batterie "cachée". A très basse vitesse, le thermique démarrait immédiatement après les quelques mètres en électrique après arrêt.
Pour résumer, tout était optimal en terme de charge et d'exploitation batterie, mais je ne retrouve pas ce qui est prévu par Peugeot.
Comme je suis assez méfiant avec les constructeurs, je me demande si par logiciel, Peugeot ne briderait pas l'exploitation de la batterie pour mieux assurer la garantie quelles que soient les conditions d'utilisation.
J'ai pu faire des comparaisons avec certains autres modèles comme le C5 Aircoss PHEV qui annoncent des autonomies supérieures; Je dis certains car nombre d'utilisateurs retrouvent mes chiffres.
Mon 3008 est de dernière génération dite restylée avec logiquement la dernière version logicielle.
Moins 10% "ni vu ni connu", cela peut sembler pas grand chose, sauf que certains véhicules ne semblent pas avoir le même logiciel de gestion du BMS.
Désolé d'avoir été si long.
Cordialement.
26 mars 2022 à 22h23
Bonjour pjmdur, la capacité utile de 10,8 kWh est cohérente par rapport à la capacité totale de la batterie. Personnellement, je pense que la capacité exploitable de 9,7 kWh avant allumage ne provient pas du fait que Peugeot se réserve 10% de marge de sécurité simplement pour garantir une durée de vie de la batterie acceptable.Cette réserve est utile, comme je l'indiquais dans un précédent commentaire, pour continuer à maintenir le niveau de charge de la batterie 12V, mais aussi alimenter les systèmes de confort (climatisation / chauffage) qui sont alimentés par la batterie haute tension et non le moteur thermique.
Même si ces systèmes, vous ne les utilisez pas, le logiciel va conserver cette réserve au cas où vous changez d'avis et que vous décidiez de finalement utiliser le chauffage ou la clim'.
27 mars 2022 à 15h31
Bonjour Guillaume,Cette explication est recevable.
Je sais aussi que la batterie annexe de 12V a eu pas mal de problèmes lors du confinement avec certaines très sulfatées qui ont du être remplacées. Cette petite batterie qui est sollicitée en permanence n'a pas beaucoup de marge.
C'est juste une hypothèse à l'usage en mode hybride batterie à zéro; j'ai l'impression qu'il y a une réserve de marge électrique, en dehors de ce qui est réservé pour les accélérations, pour améliorer la conso d'essence.
Ceci dit, cela n'explique pas pourquoi quelles que soient les conditions précédentes d'utilisation, mon indicateur reste bloqué à 60Km alors que certains(lots plus anciens?) obtiennent 65Km voire 68km après recharge.
Comme il est difficile de faire des comparatifs de conso en mode hybride, je reste sur cette interrogation.
Cordialement.
29 mars 2022 à 16h47
Bonjour pjmdur, on peut toujours soupçonner une version logicielle différente qui pourrait affecter l'autonomie, en effet. C'est possible quand on sait que les batteries Li-ion restent, en tout cas pour l'automobile, une technologie jeune et en pleine évolution. Et il se peut qu'au fil de l'expérience emmagasinée on prenne plus de précautions ou, dans d'autres cas, on arrive à libérer un peu l'autonomie et/ou la puissance de charge.31 mars 2022 à 11h52
Bonjour,Le problème qui touche plus particulièrement les PHEV du fait de leur faible autonomie, est que toute réduction de la partie exploitable de la batterie, qui semble selon des comparaisons entre véhicules utilisant la même configuration moteur se creuser par temps plus frais, est que cela induit une plus grande consommation de carburant au fil des jours avec le mode hybride qui démarre plus tôt.
03 avril 2022 à 14h43
Bonjour pjmdur, vous avez tout à fait raison et je comprends votre remarque.Malheureusement, la réglementation européenne ne prend pas en compte l'influence de la température pour évaluer l'autonomie, donc les constructeurs ne vont pas non plus s'amuser à communiquer là-dessus (tant qu'il n'y a pas de cadre légal, vous trouverez toujours un concurrent qui ne communiquera pas ces données puisque rien ne l'y oblige ou un autre qui jouera le jeu, mais avec des températures un peu plus élevées que le voisin, pour annoncer une meilleure autonomie...).
En fin de compte, pour l'utilisateur final, c'est évidemment compliqué de s'y retrouver, même en prenant de la marge dans ses calculs ! L'idéal serait d'avoir des organismes indépendants qui s'emparent de cette problématique (médias, associations,...), ce qui permettrait une base de comparaison saine.
22 avril 2022 à 16h37
Bonjour,La différence entre 10,8 et 9,7 ne pourrait-elle pas venir d'une part du rendement de conversion de la batterie vers le moteur et également de la consommation des périphériques du véhicule (calculateurs, écrans, éclairages, etc...). Autrement à quelle endroit la voiture mesure-t-elle l'énergie consommée ? Sur une Tesla par exemple, il me semble la consommation kilométrique affichée correspond à l'énergie transmise à la chaine de traction (aux moteurs) mais n'intègre pas la consommation des périphériques.
Comment avez-vous évalué les 10,8 kWh disponibles ? On peut réaliser la mesure en comptant l'énergie utilisée pour la recharge (avec un compteur électrique) mais attention là encore au rendement du convertisseur AC/DC et aux consommations des périphériques. Le rendement de charge à basse puissance peut n'être que de 90 à 95 %.
29 avril 2022 à 22h49
Bonjour Darkblue,la consommation des éléments périphériques est bien prise en compte dans le calcul de l'autonomie. La mesure est faite directement à la sortie de la batterie et ne fait donc pas de différence entre ce qui est consommé pour la traction du véhicule et le reste.
05 juillet 2022 à 12h39
Je vous remercie pour ce dossier vraiment très complet.Il faut noter bien évidemment que les performances d'1 véhicule électrique sont étroitement liées à la façon de recharger la batterie.
19 mars 2021 à 19h04
Bonjour Guillaume,Merci pour cet article une fois de plus très détaillé. Je me pose une question supplémentaire par rapport aux batteries Li-Ion : pour une batterie de capacité C, Il est normalement préconisé de ne pas dépasser des courants supérieurs à 2 ou 3 C sur la plupart des applications "standards" (pour une batterie de 1AH par exemple, on évitera de dépasser 2A aussi bien en charge qu'en décharge). Je précise que je ne confonds pas du tout la capacité de charge (AH) et le courant (A) ; simplement cette règle est couramment utilisée dans le monde de l'électronique (mon métier).
Tesla, notamment, se permet des puissances atteignant 750 kW sur des batteries de 100 kWH. De même, des hybrides rechargeables proposent 70 à 100 kW de puissance électrique avec de blocs batterie de 10 KWH. on est donc globalement sur un facteur 7 dans l'automobile.
Je note qu'un freinage génératif, si on respecte cette règle de 7, ne pourra pas dépasser une aborption de plus de 20 kW sur des petites batteries de 3KWH comme celles de qq véhicules hybrides purs.
1. Je suis donc étonné de ce ratio [puissance utile] vs [capacité] des batteries dans l'automobile.
2. Je me demande à partir de quel niveau de freinage, le regénératif cède la place au mécanique, et je trouve dommage que cette information ne soit pas donnée au conducteur pour l'aider à optimiser sa gestion d'énergie en anticipant son freinage.
Je serais ravi de votre retour sur ces éléments.
Bien cordialement, et encore félicitation pour les qualités de vos articles.