Quels sont les effets de la température sur les batteries et l’autonomie des véhicules électriques ?

Comprendre l'effet de la température sur les batteries et la distance que peut parcourir votre véhicule électrique lorsque la batterie est pleine.

Un nouvel hiver derrière nous et un été qui approche à grands pas, le moment est venu de s’intéresser aux répercussions de la température sur l’autonomie des véhicules électriques (VE). Suite à une analyse approfondie des données des VE, tirées de 4 200 VE connectés et de 5,2 millions de trajets, nous sommes en mesure de mieux comprendre la relation entre la température et la distance parcourue par votre VE avec une batterie pleine.

Nous vous révélons, ci-après, la température de fonctionnement optimale, l’autonomie que pourriez perdre en hiver (ou en plein été), ainsi que les principaux points clés à retenir pour optimiser l’autonomie quotidienne de vos VE.

Nous avons le plaisir de vous présenter notre nouvel outil de température pour l’autonomie des VE, permettant aux conducteurs de connaître l’autonomie attendue pour diverses marques et modèles de VE à une température donnée.

L’autonomie réelle des VE

Au moment d’acheter un VE, il convient tout d’abord de prendre en compte son autonomie. Mais comme le savent les conducteurs de VE, l’autonomie officiellement homologuée (ou la distance parcourue par une voiture avec une seule charge) est donnée à titre indicatif.

L’autonomie homologuée d’un véhicule repose ainsi sur des tests standardisés effectués sur un dynamomètre dans une installation d’essai, mais les VE, à l’instar des voitures à essence, fonctionnent différemment dans des conditions réelles en fonction du terrain, du nombre de passagers, de la vitesse, du comportement du chauffeur ou de la température extérieure. Tous ces facteurs ont un impact sur l’efficacité du véhicule et, par conséquent, sur son autonomie.

L’efficacité énergétique d’un véhicule (la consommation d’un véhicule électrique se mesurant en wattheure, Wh) peut être décrite de deux façons différentes :

• L’économie de carburant correspond à la distance qu’un véhicule peut parcourir avec une quantité donnée de carburant (en miles par gallon, par exemple) ou en km/Wh (ou miles/Wh) pour les VE.
• La consommation de carburant désigne, quant à elle, la quantité de carburant dont un véhicule a besoin pour parcourir une distance donnée (en litres par 100 km) ; pour les VE, elle est calculée en Wh/km (ou Wh/mile).

Si elles mesurent toutes deux l’efficacité, force est de constater que ces deux notions sont contraires. L’économie de carburant donne la priorité à la distance, tandis que la consommation porte davantage sur la quantité de carburant nécessaire pour parcourir une distance donnée. En multipliant l’économie de carburant par la taille de la batterie (généralement mesurée en kilowattheures, kWh), vous obtenez l’autonomie du véhicule.

Plus la batterie d’un véhicule peut stocker d’énergie, plus son autonomie sera longue, cette dernière étant toutefois influencée par divers facteurs tels que la conception du véhicule (poids, forme, taille, etc.) qui définissent les paramètres d’efficacité. Pour qu’un bus puisse parcourir la même distance qu’une berline de 60 kWh, il nécessite une batterie beaucoup plus grande. Toutefois, les conditions externes peuvent avoir un impact négatif ou positif sur l’économie de carburant du véhicule lors d’un trajet donné. Ce principe ne s’applique pas uniquement aux voitures électriques. Appuyer sur l’accélérateur entre les feux de signalisation ou conduire par temps froid engendre une efficacité moindre, quel que soit le carburant de votre voiture.

Voir aussi : Surmonter l’anxiété liée à l’autonomie des véhicules électriques

Mauvaises conditions météorologiques en hiver

Il est bien connu que le temps froid impacte considérablement l’autonomie des VE. Depuis que les VE ont été commercialisés pour la première fois, la principale critique formulée à leur encontre est qu’ils ne fonctionnent pas de manière optimale en hiver. Bien que de nombreux chauffeurs canadiens et norvégiens de VE expriment leur désaccord, il est pourtant vrai que la température impacte l’autonomie.

En effet, la température influence l’autonomie quotidienne du véhicule, principalement en raison des dispositifs auxiliaires de chauffage et de refroidissement. L’énergie de la batterie alimente non seulement le véhicule, mais aussi les systèmes auxiliaires, comme :

1. Le chauffage et le refroidissement de l’habitacle
2. Le chauffage et le refroidissement de la batterie

La perte d’autonomie par temps froid est souvent attribuée à la diminution des performances de la batterie. S’il est vrai que les batteries lithium-ion sont plus lentes en cas de températures extrêmes (les températures froides impactant leur capacité à stocker et à libérer de l’énergie), ce phénomène altère nettement moins l’autonomie que la charge auxiliaire. En outre, les constructeurs automobiles ont conçu des systèmes de gestion thermique des batteries afin de les maintenir dans une plage de température optimale, réduisant ainsi davantage leurs pertes de performances (au détriment de la charge auxiliaire).

Nous nous sommes fixé pour but de bien comprendre l'effet de la température sur les batteries lithium (l’autonomie) et de déterminer si tous les modèles de VE en pâtissent de manière égale. Pour le savoir, Geotab a examiné les données anonymisées de 5,2 millions de trajets effectués par 4 200 VE représentant 102 combinaisons de marque/modèle/année différentes, et a analysé l’efficacité moyenne des trajets du véhicule en fonction de la température.

Notre analyse a ainsi révélé que :

1. La plupart des VE suivent une courbe d’autonomie en fonction de la température similaire, indépendamment de la marque ou du modèle.
2. Bien que les températures froides et chaudes aient un effet sur l’autonomie, les climats plus froids ont un impact plus important.
3. 21.5 °C (70 °F) est la température idéale du véhicule au début du trajet.

Présentation de la courbe d’autonomie en fonction des températures

Tableau 1 : Courbe autonomie-température

Les données indiquent que la plupart des VE suivent la même courbe d’efficacité en fonction de la température, indépendamment de leur marque, de leur modèle ou de leur année. Remarque : une analyse précoce montre qu’il peut y avoir de légères variations sur quelques modèles que nous étudierons prochainement dans le cadre de futurs articles.

Le graphique ci-dessus indique l’autonomie obtenue par un VE (en moyenne) par rapport à son autonomie EPA à une température donnée. À des températures optimales, les VE obtiennent des résultats supérieurs à l’autonomie EPA, atteignant un pic de 115 % à 21,5 °C ou 70 °F. Par conséquent, la plupart des propriétaires de VE dépassent l’autonomie EPA du véhicule en cas de conditions de température maximales. Cependant, lorsque vous faites monter ou descendre la température, la perte d’autonomie est évidente. À -15 °C (5 °F), les VE ne bénéficient que de 54 % de leur autonomie EPA, ce qui signifie qu’une voiture dont la distance nominale est de 402 km (250 miles) ne pourra parcourir en moyenne que 217 km (135 miles).

Si le froid impacte l’efficacité des VE, la chaleur est tout aussi coupable.

En regardant plus en détail, vous remarquerez que l’autonomie diminue un peu plus rapidement (la pente de la courbe est plus raide) lorsque la température augmente. Dans des conditions réelles, l’impact engendré par les températures chaudes est moindre. Cependant, puisque le climat de la Terre n’atteint pas souvent des températures supérieures à 50 °C (122 °F), nous ignorons (et nous espérons ne pas avoir à nous en soucier) ce qui arrive à l’autonomie de notre véhicule au-delà de ce point.

Le coût du confort

Ce n’est pas une coïncidence si les voyages les plus performants ont eu lieu les jours où la température extérieure moyenne était de 21-22 °C (70-71 °F). À titre informatif, il s’agit de la température ambiante généralement recherchée à l’intérieur des maisons.

Si vous entrez dans votre voiture et que la température extérieure est inférieure à 20 °C, vous êtes plus susceptible de mettre en route le chauffage. En revanche, s’il fait plus de 22 °C, vous allez probablement allumer la climatisation. Pour que la température de l’habitacle soit agréable, à une température semblable à celle de votre maison, il faut puiser de l’énergie de la batterie qui aurait pu être utilisée pour le déplacement du véhicule.

À l’instar des humains, les batteries préfèrent des conditions agréables et sont ainsi plus performantes à des températures modérées (bien qu’elles soient un peu moins sensibles au froid et tolèrent une plage de températures plus large). Le système de gestion thermique embarqué d’un VE est conçu pour consommer de l’énergie pour réchauffer ou refroidir la batterie du véhicule, selon les besoins, afin de s’assurer qu’elle fonctionne dans cette plage de température optimale. Par conséquent, la voiture s’efforce de chauffer/refroidir les occupants et les batteries par temps froid ou chaud.

Remarque : la température optimale d’une batterie au lithium-ion (pour fournir une capacité maximale ou une résistance moindre, capacité de la batterie en fonction de la température) est légèrement supérieure à la température optimale pour prolonger sa durée de vie. Toutefois, les systèmes de gestion thermique du véhicule sont conçus de manière à prendre en compte ces deux critères. Il est intéressant de noter que des températures élevées impactent davantage la durée de vie de la batterie que les températures froides ; consultez notre article sur la dégradation de la batterie pour en savoir plus.

Voyons comment la température peut influencer l’autonomie de votre VE préféré grâce à notre outil interactif.

Découvrez l’autonomie de votre VE !

Pour utiliser l’outil de température en rapport avec l’autonomie des VE, sélectionnez d’abord un modèle de véhicule, une année et une taille de batterie, puis faites glisser la barre de température pour observer l’impact sur la batterie.

Le nombre indiqué en bleu correspond à l’autonomie moyenne attendue de ce véhicule à la température sélectionnée. Les lignes rouge et verte indiquent les meilleures et les pires  répartitions de l’autonomie (10ème et 90ème centiles).

Remarques concernant l’outil :

Autonomie maximale

Autonomie obtenue avec des températures optimales pour les 10 % les plus performants (vert), et ne correspond pas à l’autonomie EPA du véhicule ; dans la plupart des cas, elle est environ 150 % supérieure. (L’autonomie moyenne (en bleu) à la température optimale est environ 115 % supérieure à l’autonomie EPA).

Dégradation de la batterie

La taille de la batterie n’est pas exactement constante, car la capacité de la batterie diminue avec le temps. Pour tenir compte de la perte de capacité de la batterie avec l’âge, nous avons appliqué une perte annuelle moyenne de 2,3 % pour les années modèles plus anciennes. L’autonomie maximale est ainsi réduite pour les véhicules plus anciens. Sans appliquer cette dégradation, le résultat obtenu représenterait l’autonomie de la batterie avec un véhicule neuf. En revanche, en appliquant la dégradation, nous obtenons une estimation de l’autonomie en tenant compte des taux de dégradation moyens.

Remarque : dans des conditions réelles, les taux de dégradation varient selon les marques et les modèles. Consultez notre outil de dégradation de la batterie pour en savoir plus.

Exclusion des véhicules électriques hybrides rechargeables (PHEVs)

Dans cet outil, nous n’avons inclus que des véhicules entièrement électriques. Bien que les batteries des PHEVs soient également impactées par la température, l’autonomie entièrement électrique des PHEVs est un concept plus complexe, étant donné que les deux types de carburant (par exemple, électrique et essence) sont souvent utilisés simultanément.

Les plus performants et les moins performants

Tableau 2 : La courbe d’autonomie avec les 10ème et 90ème centiles indique la répartition de la performance d’un trajet à laquelle nous pouvons nous attendre pour n’importe quelle température donnée.

Notre courbe d’autonomie repose sur l’efficacité moyenne de tous les trajets de nos bases de données prise à une température donnée. Comme ces trajets ont été réalisés dans des conditions réelles, ils ont été exposés à une grande variété de facteurs externes qui peuvent avoir un impact sur l’efficacité du véhicule, tels que le terrain, la vitesse, les habitudes du conducteur, la durée du trajet et les conditions de démarrage (par exemple, si le trajet a commencé dans un garage climatisé).

Cette analyse ne vise pas à isoler l’impact sur l’autonomie relatif à chaque facteur. Nous nous ferons un plaisir d’aborder ce sujet dans nos prochains articles. Il est raisonnable de supposer que les trajets les plus efficaces (ou les meilleurs résultats) à une température donnée seront dus à une combinaison de facteurs externes qui influencent l’efficacité du véhicule.

Dans l’ensemble, les trajets les plus performants (90ème centile) ont obtenu 32 % d’autonomie de plus que la moyenne, et ont eu deux fois plus d’autonomie que les 10 centiles les moins performants. Nous pouvons donc constater que vous disposez d’une certaine marge de manœuvre quant à la distance à parcourir avec une seule charge, dont vous avez partiellement le contrôle.

Bien que la plupart des modèles de véhicules aient suivi cette courbe d’autonomie en fonction des températures, nous nous attendons à la voir « s’aplatir » pour certains modèles, au fur et à mesure que les systèmes de gestion de la batterie s’améliorent. Par exemple, Tesla a récemment commencé la livraison de leur crossover Model Y, qui est uniquement équipé d’une pompe à chaleur, une méthode de régulation climatique très efficace. Nous ne serons donc pas surpris si sa courbe d’autonomie en fonction de la température est plus plate et nous attendons impatiemment l’hiver prochain pour voir les résultats.

Conseils pour accroître l’autonomie de votre VE par temps chaud et froid

Comme expliqué précédemment, la principale cause de perte d’autonomie par temps froid et chaud est la charge auxiliaire. Par conséquent, la réduction de la charge auxiliaire permet d’augmenter la distance parcourue :

Tirez pleinement avantage des équipements de votre voiture : réchauffez ou rafraîchissez les personnes directement, plutôt que l’air. Privilégiez le chauffage des sièges et du volant. Chauffer l’air de l’habitacle peut consommer 3 000 à 5 000 watts, et est beaucoup moins efficace que le chauffage de votre siège et du volant (environ 75 watts) qui transfère la chaleur à votre corps par conduction. L’utilisation de ces fonctions de plus en plus courantes peut vous apporter du confort sans devoir nécessairement réchauffer l’habitacle. Cependant, par temps très froid, réduire le chauffage de l’habitacle ne suffit pas toujours. En effet, vous perdrez toujours de l’énergie avec votre système de gestion thermique de batterie.

Préconditionnez votre véhicule. Comme avant de réaliser une séance d’exercice, préparez votre véhicule avant un long voyage ! S’il est chaud, refroidissez-le. Allumer le chauffage de votre voiture lorsqu’elle est toujours branchée réduira la charge auxiliaire en réchauffant (ou refroidissant) le véhicule avant de commencer le trajet. Tirez profit de la possibilité de préconditionner le VE sans impacter la durée de vie de la batterie. Si vous en avez la possibilité, garez-vous dans un garage à température contrôlée pour obtenir un effet similaire.

Laissez votre véhicule branché par temps très froid ou très chaud. Outre les avantages du préconditionnement avant de débuter le trajet, les constructeurs automobiles recommandent de brancher les véhicules lors des journées très chaudes ou très froides lorsque le véhicule n’est pas utilisé. (Remarque : cela ne veut pas dire de recharger activement votre véhicule, ce qu’il vaut mieux éviter dans des conditions extrêmes, en particulier lors de fortes chaleurs). Brancher votre véhicule permet au système interne de maintenir le contrôle de la température de la batterie, prolongeant ainsi la durée de vie de la batterie sur le long terme.

Ne laissez pas le froid vous déconcerter

Vous allez perdre de l’autonomie : pas d’inquiétude, il suffit de se renseigner sur le VE adapté à vos besoins. Comme les nouveaux modèles de VE ont des batteries plus grandes, la perte d’autonomie devient de moins en moins un problème. Grâce à une plus grande capacité batterie, la plupart des besoins quotidiens en matière de déplacements ne sont plus impactés par l’autonomie, et l’infrastructure de chargement continue de s’étendre pour les longs trajets occasionnels. En connaissant la distance parcourue quotidiennement, vous pourrez mieux choisir le bon véhicule pour vous ou pour votre flotte. Consultez d’autres conseils pour conduire des véhicules électriques en hiver.

Informations supplémentaires sur les flottes

La télématique du véhicule peut aider les exploitants de flottes à choisir les véhicules adaptés à l’activité. Geotab offre à ses clients une évaluation gratuite de l’adéquation des véhicules électriques qui identifie les véhicules de flottes existants, devant  être idéalement remplacés par des VE. L’analyse prend en compte la température la plus défavorable de sorte que les gestionnaires de flotte puissent être sûrs que leurs VE seront compatibles avec toutes les conditions climatiques, des températures hivernales aux vagues de chaleur estivales.