Le nouvel avatar des voitures électriques, la recharge et l'autonomie par temps froid.
24 Janvier 2024
Le remplacement de nos voitures à pétrole par des électriques est une obligation résultant de quatre impératifs incontournables :
- Les réserves de pétrole sont inexorablement condamnées à l'épuisement, donc il faut trouver autre chose.
- Cet abandon du pétrole, qui aurait pu se faire tranquillement sur la durée, doit être diligenté pour tenter de stopper l'accroissement du taux de CO2 dans l'Atmosphère.
( En clair, on pensait avoir le temps, mais cela devient urgent...)
- De plus, il nous faut réduire drastiquement nos besoins énergétiques globaux, car les moyens de remplacement des fossiles sont limités. Il nous faut donc améliorer les rendements énergétiques de toutes nos machines, ce qui veut dire à priori abandonner ( entre autres ) les moteurs thermiques, dont le rendement est effectivement très mauvais..
Les biocarburants auraient pu être une solution de remplacement du pétrole, mais ils n'apportent pas de solution à la nécessité d'augmenter les rendements énergétiques*
*( Cette quatrième raison ne fait pas l'unanimité, nous en reparlons plus bas ).
Pour ces quatre raisons, nous sommes priés de remplacer nos voitures à moteurs thermiques par des modèles électriques, et ceci le plus rapidement possible.
Pour faire bonne mesure, Bruxelles a décidé de ramener à zéro dès 2035 le taux d'émissions de CO2 des VL neufs commercialisés sur le marché européen.
Certes cette formulation ne ferme pas complètement la porte aux véhicules à moteurs thermiques consommant du biocarburant liquide ou gazeux, mais ne l'encourage pas non plus...
Par ailleurs, l'électrification complète des ventes de VLP et VUL européens pour 2035 est loin d'être assurée, il serait peut-être prudent de garder deux fers au feu pour éviter d'offrir aux concurrents non-européens des parts de marché inespérées, qui plus est en partie financées par les primes d'encouragement versées par les Etats européens pour l'achat d'un VE.
Mais le pire n'est jamais sûr.
En avant donc pour le tout électrique, brûler ses vaisseaux est un choix risqué, mais qui a réussi à certains...
Ce grand chambardement ne plaît pas à tout le monde, tout marchait si bien avec le pétrole, le Gaz et même le charbon. Cette histoire de renouvelables ne présage rien de bon pour notre confort.
Jusqu'à présent il suffisait de signer des chèques pour remplir nos réserves de pétrole, de Gaz, et même de charbon. Les fossiles constituent encore aujourd'hui 80% de la consommation mondiale d'énergie finale.
Maintenant il va falloir fabriquer nous-mêmes notre énergie par des procédés dépendant du vent, du soleil, du régime des eaux, et le seul procédé industriel puissant, stable et disponible, est fortement contesté pour des raisons écologiques, nous parlons du Nucléaire bien sûr.
L'affaire n'est donc pas engagée sous les meilleurs auspices...Mais nous ne pourrons pas y échapper.
La voiture est devenue une prothèse grâce à laquelle notre société moderne fonctionne à peu près convenablement. Le biotope dans lequel se sont développées les sociétés humaines inclut la voiture au même titre que le logement, l'alimentation, le travail, le système de santé, le système d'éducation, les loisirs, et les retraites.
Toucher à la voiture c'est donc risquer de porter atteinte à ce biotope, donc mettre en danger la société elle-même.
C'est pourquoi le passage forcé du pétrole à l'électricité, qui percute nécessairement ce biotope social, suscite beaucoup de questionnements et de méfiance.
Il serait vain de croire que cette mutation se déroulera sans heurts.
Beaucoup de ces questionnements sont justifiés ; ici-même nous en avons examiné quelques-uns, dont certains se révèlent coriaces à éliminer.
Les principaux demeurent l'autonomie, laquelle dépend de la batterie, et du réseau de recharge de cette batterie.
Les marchands d'autos dépensent une énergie considérable pour minimiser ces problèmes et « dorer la pilule » afin de conclure les ventes.
Voir :
( Voir en particulier les pages 13 et 14, de nature à faire fuir même l'amateur le plus coriace...
Ceci n'est pas un plaidoyer contre les véhicules Peugeot, dont la famille de l'auteur possède au demeurant huit exemplaires, c'est plutôt un hommage à la qualité de rédaction du document. Qui aime bien châtie bien...).
Dans cet opuscule sont détaillées les attentions à déployer au sujet du calcul (!!!) d'autonomie, de la recharge, de l'influence des conditions de conduite et climatiques sur l'autonomie.
( Une formation Bac+2 est requise pour tirer tout le parti de cette littérature ...)
Toutes choses très utiles au demeurant, mais qui sont de nature à effrayer tout automobiliste « standard » dont la seule préoccupation avec sa pétrolette était jusqu'à présent..... Au fait, quelle était cette préoccupation ? Nous n'avons pas trouvé ; peut-être d'avoir bien refermé la porte de sa maison avant de partir, ou de n'avoir pas oublié son portable, ou son portefeuille.... ?
L'énergie dépensée dans cette campagne publicitaire ( pardon, « communiqué informatif » ) peut avoir un effet inverse car, aux yeux du client un tant soit peu averti, tant d'efforts dépensés en vue d'effacer, voire de nier, ces problèmes qui soi-disant n'en sont pas, laissent plutôt penser qu''il y a un os.
Et il y a bien un os...que le client aura la surprise de découvrir par lui-même.
En somme, c'est le principe des pochettes-surprises, mais ici le contenu risque d'avoir un goût amer..
Cela étant, les batteries au Lithium représentent un progrès considérable dans l'amélioration de la capacité spécifique des batteries.
Les technologies utilisées actuellement représentent « l'état de l'art » en termes de compromis entre ce que l'on sait faire en laboratoire à un moment donné, et ce qu'il est possible de commercialiser en respectant le cahier des charges des applications visées, et bien entendu les coûts de production compatibles avec le marché.
Compte tenu des compromis imposés par la technologie d'aujourd'hui, la voiture électrique débute sa carrière avec un handicap lourd : le prix de sa batterie, le poids de cette batterie, et la faiblesse de la capacité spécifique, qui limite drastiquement la quantité d'énergie transportable, et donc l'autonomie..
A ce handicap déjà très lourd, il faut en ajouter un quatrième, toujours lié à la batterie : le problème du temps de rechargement de la batterie, considérablement supérieur au temps de remplissage d'un réservoir de carburant liquide.
Bien sûr, la technologie évoluera dans l'avenir et ces « défauts » seront en partie corrigés, mais le marché actuel n'a que faire de la « Next year technology », il doit faire avec la technologie existante.
Le cahier des charges automobile est très sévère, et la batterie n'y échappe pas..
Performances électriques, longévité, cyclage, vieillissement, gamme de température, robustesse, sécurité, résistance aux surcharges, aux chocs, etc....
Comme dans beaucoup d'autres domaines, demain on rase gratis. De nouvelles technologies de batteries sont à l'étude, ou en cours de validation, on parle de batterie « Etat solide », ou d'autres qui n'utiliseraient pas le Lithium, et d'autres encore qui offriraient des capacités spécifiques extraordinaires.
Mais aujourd'hui c'est le Lithium à électrolyte liquide qui équipe les VE du magasin, et il faut faire avec.
Les performances sont excellentes au demeurant,, mais à condition de ne pas sortir d'une gamme de température assez étroite : + 20°C à + 60 °C, voire moins.
Or comme chacun sait, une automobile est susceptible d'être exposée aux température de la Planète Terre, susceptibles de varier entre disons - 30 °C et + 50°C pour ne retenir que les valeurs dûment constatées par l'auteur dans diverses contrées civilisées.
( Helsinki d'une part, et parking de la plage en été à Hossegor d'autre part, mais il peut y avoir pire, notamment sous le capot d'une voiture au soleil...
Les batteries au Lithium actuelles ne supportent pas les grands froids ou les grosses chaleurs.
Leurs performances ne sont spécifiées ( Garanties) que dans la gamme +20°C à +60°C. Au-delà de cette gamme les performances se dégradent, jusqu'à la mise hors service ou l 'emballement thermique avec explosion et incendie.
Les fabricants de batteries au Lithium savent très bien qu'en mettant dans un environnement spartiate des batteries spécifiées entre +20°C et +60°C, il y aura un problème.
Il est donc hors de question de monter une batterie au lithium dans une voiture comme on y place une batterie au plomb !!!
La batterie au Lithium d'un VE en est le cœur qui doit être surveillé en permanence, même à l'arrêt !
Cette surveillance est confiée au BMS ( Battery Management System ).
( Ou SGB, Système de Gestion de Batterie )
Le BMS est le cerveau du système. Il contrôle le cœur lui-même en auscultant les cellules de la batterie (appariement, tension, température, résistance interne, comportement anormal ou pas, vieillissement, etc ), et en gérant l'utilisation de la batterie en service ou durant la recharge et/ou le stockage, le système de refroidissement et de réchauffage du bloc batterie, selon les températures externes et /ou internes, le dialogue avec les bornes de recharge, et la gestion de la puissance demandée en fonction du régime de charge ou de décharge raisonnablement compatible avec l'état de santé des éléments.
Le BMS tient à jour l'historique de la vie de la batterie, et la mise à jour des paramètres de contrôle :
SOC State Of Charge
SOH State Of Health
SOF State Of Functionality
Etc.
L'utilisateur n'a pas à intervenir dans ces relations entre BMS et batterie, les anomalies éventuelles sont signalées sur l'écran et analysées par le spécialiste.
Le client est prié de ne pas intervenir ( La tension des batteries Lithium de VE est d'environ 400 V, probablement 800V dans un avenir proche !!!
Parmi les tâches prises en charge par le BMS, il y a la gestion de la température de batterie, laquelle doit être équipée de dispositifs de réchauffage et de refroidissement ( De la batterie, pas de l'habitacle !! ).
( ce dispositif de chauffage et refroidissement de la batterie est, avec le BMS, l'assurance-vie de la voiture, et la garantie d'un service de qualité quelle que soient les conditions climatiques).
Pour cela, des dispositions sont prises pour parer les catastrophes :
D'une part les batteries sont assemblées en incluant un dispositif permettant de réchauffer, ou de refroidir ses éléments , afin de les conserver dans la gamme de survie.
D'autre part le BMS est chargé, entre autres tâches, de contrôler cette température et de prendre des mesures de prévention si une anomalie est détectée.
Parmi les préventions on peut citer :
Réduire le courant de charge lorsque la température interne de batterie est inférieure à + 10°C.
Eventuellement refuser la charge si la température de batterie est inférieure à zéro.
Se mettre en alarme si la température batt dépasse +60°C.
Calculer la baisse de charge disponible en fonction de la baisse de température extérieure et annoncer la chute de l'autonomie restante.
Déclencher, ou pas, le système de réchauffage de la batterie selon la programmation, et SI il y a un système de réchauffage.
Déclencher, ou pas le système de refroidissement de la batterie en cas de besoin si il y a un tel système de refroidissement.
Interdire l'usage de la voiture si la température de batterie dépasse + 70°C ( Parking en plein soleil) , éventuellement autoriser un mode dégradé.
L'acheteur d'un VE doit savoir que ces modes dégradés existent, et être attentif lorsque les conditions météo se dégradent, notamment pour les parkings en plein air en été ou en hiver dans les régions exposées aux grands froids ou aux fortes chaleurs.
Il doit savoir que dans ces conditions extrêmes la charge peut être refusée aux bornes ou le courant de charge fortement diminué.
Il doit également s'informer auprès du vendeur des dispositifs existants dans SA voiture, pour réchauffer la batterie ou la refroidir le cas échéant, et quelles sont ses limites.
Il doit également exiger des informations sur la perte de capacité de SA batterie lorsque la température chute en hiver ( Valeurs chiffrées SVP ).
Egalement il est important de connaître l'énergie consommée par la climatisation, en été et en hiver, et quel(s) dispositifs sont prévus sur SA voiture pour brancher un système de chauffage en cas de stationnement sur un parking extérieur par – 10 ou – 15°C pour éviter d'appeler la dépanneuse au matin.
Beaucoup de ces possibilités existent en option, au moins sur les modèles haut de gamme.
Mais assez peu de publicité sur cette vulnérabilité du VE , sauf lorsqu'elle affecte les Tesla, qui pourtant ne sont pas pires que les autres...
Lorsqu'une batterie au Lithium subit un traitement ignoble, les peines encourues par l'agresseur sont à la mesure de l'agression :
-Dégradation des performances de « cycling » ( réduction du nombre de cycle charge-décharge avant mise au rebut )
-Dégradation du SOC ( State Of Charge )
( Perte de capacité en fonction du nombre de cycles charge-décharge )
-Diminution du courant max disponible, donc chute de la puissance.
( La puissance d'un VE n'est pas celle du moteur, mais celle de la batterie ).
-Dépots de Lithium métal entraînant une diminution de la capacité disponible et un risque de court-circuit..
-Augmentation des pertes interne par accroissement de la résistance interne, et échauffement accru.
-Dégradation du SOH ( State Of Health )
-Dégradation du SOF ( State Of Functionality )
-Dégradation des cellules avec apparitions de dentrites.
-Mort de certaines cellules, qui doivent être neutralisées.
-Emballement thermique de certaines cellules, entraînant la neutralisation de la batterie.
Au stade ultime, explosion avec incendie du véhicule.
Pour éviter l'une ou l'autre de ces peines qui peuvent conduire assurément au désastre, ou tout simplement pour garder la batterie dans un état correct, il est essentiel de se conformer strictement aux règles de sécurité conseillées par le fabricant :
- Respecter les conditions de charge min et charge max.
- Ne jamais recharger une batterie dont la température est inférieure à 0°C. ( Voir spécifications du constructeur, si elles existent).
- Ne pas recharger régulièrement une batterie à 100% ;
- Ne jamais décharger une batterie en-dessous de 10% de capacité ( Id. pour les spécifications ).
- Ne jamais laisser un VE sur un parking en plein air toute la nuit avec une batterie en dessous de 20 % si la température est inférieure à 0°C.
- Ne jamais utiliser de façon régulière un régime de décharge supérieur à 1C. ( 50kW pour une batterie de 50 kWh.
- Ne pas utiliser régulièrement un régime de recharge à 2C ( 100 kW pour une batterie de 50 kWh( Id. pour les spécifications ).
- Ne jamais utiliser (mettre en service ) une batterie dont la température est inférieure à – 10°C.
- Ne jamais utiliser ( mettre en service ) une batterie dont la température est supérieure à + 70°C.
- Utiliser le plus possible un régime de charge lente ( 0,1 à 0,2 C ).
Généralement ( ? ) le BMS se charge de veiller au respect de ces quelques règles de bonnes manières, mais pas tous.
Parfois c'est la borne de charge qui veille au respect des bonnes manières, mais pas toujours.
Une batterie maltraitée peut être rapidement dégradée, voire même prendre feu.
Il faut savoir que le BMS garde en mémoire l'historique des conditions de vie de la batterie, c'est du moins le principe.
Avant de conclure l'achat d'un VE d'occasion, il faut impérativement exiger un certificat de santé de la batterie, et bien sûr effectuer un essai de qualification pour vérifier les point accessibles ( Puissance disponible, capacité, autonomie, aptitude à la charge 2C s'il y a lieu ).
( La charge à 2C, voire 3C peut être utile sur les parcours autoroutiers pour raccourcir les temps de charges, mais il ne faut pas en abuser ( Id. pour les spécifications ).
Il est évident que si ces contraintes sont exposées sans précautions au futur acheteur d'un VE, il passera son chemin et gardera son véhicule à pétrole qui ne lui a jamais posé ce type de problèmes pour le moins exotiques.
S'il en a les moyens, et s'il est concerné par les ZFE, il achètera un véhicule hybride. Sinon il essaiera de conserver son véhicule à pétrole en attendant des jours meilleurs...
Et si le couperet de 2035 est maintenu, le choix de l'hybride disparaîtra, et alors tout dépendra du sort réservé aux thermiques encore en circulation.
L'avenir de la bagnole est bien incertain...
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