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Quelles pertes énergétiques lors de la recharge d’un véhicule électrique ?

Vous ne le savez peut-être pas mais l’indicateur de consommation présent dans votre voiture électrique ne reflète pas la réalité des kWh réels consommés. En effet, lorsque vous recharger votre véhicule, des pertes d’énergie existent. A quoi sont-elles dues ? Existe-t-il un moyen rapide de les estimer ? Les lucioles vous éclairent sur ce sujet.

Sommaire

Credit Unsplash

Pourquoi des pertes d'énergie durant la recharge d'un véhicule électrique ?

Rares sont les personnes étant au courant de ce phénomène y compris chez les possesseurs de véhicule électriques eux-mêmes. Chaque fois qu’une voiture électrique est rechargée, peu importe que la charge soit faite à domicile ou sur borne de recharge rapide, une certaine quantité de kWh se volatilise. Malheureusement, ces kWh vous sont pourtant bel et bien facturés par le fournisseur d’énergie.

Mais quelles sont les causes à l'origine de ces pertes ?


L’effet Joule ou la dissipation thermique

Comme tout appareil électronique, la voiture électrique est composée de nombreux matériaux conducteurs et autres câbles électriques essentiels au bon fonctionnement de celle-ci.

Lorsque qu’un courant électrique circule au sein d’un de ces matériaux, la résistance causée par le frottement entre les électrons de ce courant et les atomes constituant le matériau conducteur génère de la chaleur, celle-ci entrainant alors une déperdition d’énergie qu’il est impossible d’éviter. C’est ce qu’on appelle l’effet Joule. C’est notamment par le biais de ce phénomène que certains appareils domestiques tels que le chauffage électrique ou le grille-pain fonctionnent.

Précisons que plus l’intensité du courant est forte, plus ces pertes énergétiques sont importantes.


Le rendement du convertisseur AC/DC – chargeur embarqué

Pour qu’un véhicule électrique (ou électrifié) puisse fonctionner, celui-ci a besoin d’être alimenté en électricité. La batterie de traction, composant principal alimentant le moteur électrique, fonctionne avec du courant continu. Ce qui signifie que lorsque vous la recharger par le biais d’une source de courant alternatif qui est la norme en vigueur pour le réseau électrique domestique en France, il faut convertir ce courant alternatif en courant continu. Pour cela, les constructeurs automobiles ont intégré un chargeur embarqué ou convertisseur AC / DC à bord de chaque voiture électrique dont la mission principale est donc de transformer le courant alternatif provenant de votre installation à domicile en courant continu, forme sous laquelle l’énergie peut être stockée dans la batterie.

Plus le chargeur embarqué est puissant, plus la vitesse de recharge peut être importante. Généralement, les différentes capacités de puissance supportées par les chargeurs embarqués sont les suivantes : 3,7 kW, 6,6 kW, 7,4 kW, 11 kW et 22 kW.

Pour réaliser le processus de conversion, le chargeur embarqué utilise un peu d’énergie. Ce prélèvement « à la source » est plus ou moins important selon les modèles, c’est ce qu’on appelle plus communément le rendement.

Plus le rendement du convertisseur AC/DC sera élevé, moins les pertes énergétiques seront importantes.

Toutefois, il est très compliqué d’obtenir des données fiables sur les rendements des chargeurs embarqués, les constructeurs ne communiquant que très rarement sur ce sujet.


La température

Les batteries Lithium ion fonctionnent de manière optimale sur une plage de température comprise entre 10 et 35 degrés Celsius.

En dessous des 10 degrés, les ions lithium ont tendance à être moins mobiles et donc perdre en vitesse de déplacement. Cette propriété rend les véhicules électriques moins efficients lorsqu’il fait froid d’où les pertes d’autonomie rencontrés en hiver. Ce phénomène s’applique également lors de la recharge. Les électrons se déplaçant moins rapidement, le temps de recharge s’allonge d’où des pertes d’énergie plus importante. Toutefois, si le froid rend moins efficace la batterie lithium ion, il n’altère pas la santé de celle-ci.

A l’inverse, la chaleur peut engendrer des dégâts irrémédiables sur une batterie. Au-delà de 45 degrés, les cellules des batteries lithium ion peuvent être sérieusement endommagées. Pour éviter cette dégradation, les véhicules électriques sont équipés d’un système de refroidissement actif piloté par un ou plusieurs organes de contrôle nommés BMS (Battery Management System). Cependant, ces systèmes sont très énergivores et sont à l’origine de la perte de nombreux kWh. Par exemple, lors d’une recharge à haute intensité sur une borne de recharge rapide, le système de refroidissement va devoir fonctionner à plein régime pour maintenir la température à un niveau qui ne soit pas néfaste pour la santé de la batterie.

Comment estimer simplement et rapidement ces pertes énergétiques ?

Il existe différentes méthodes pour estimer le pourcentage de pertes engendrées lors de la recharge.

Si vous êtes déjà propriétaire d’un véhicule électrique et que vous souhaitez suivre les pertes d’énergie subies lors de votre recharge, il vous est possible d’estimer le nombre réel de kWh réellement consommés en installant sur votre tableau électrique un compteur en amont de votre ligne dédiée à la recharge de la voiture. Une fois les kWh réels consommés récupérés, il ne vous reste plus qu’à les comparer à la consommation indiquée sur l’ordinateur de bord de votre véhicule.

Si vous cherchez simplement à comparer les niveaux de pertes suivants les différents modèles existants sur le marché, il existe une solution qui, bien qu’approximative, vous permettra de vous faire une idée et surtout de pouvoir comparer plusieurs véhicules selon une méthodologie identique.

Pour réaliser cette estimation, vous allez avoir besoin de récupérer les informations suivantes :

  • La capacité utile de la batterie du véhicule en kWh
  • L' autonomie WLTP en km
  • La consommation WLTP en kWh / 100 km

Précisons que le résultat de la consommation obtenu lors des essais du protocole WLTP inclut les pertes énergétiques générées lors de la recharge. 

Ces 3 éléments sont tous disponibles sur les fiches techniques présentes sur les lucioles.

Une fois ces données récupérées, il faut calculer la consommation du véhicule hors pertes à la recharge. La formule de calcul est la suivante :

Consommation hors pertes à la recharge = (Capacité utile de la batterie / Autonomie WLTP) * 100

Puis, il suffit de comparer le résultat obtenu avec la consommation WLTP officielle.


Prenons un exemple avec la nouvelle Peugeot e-208 en finition Allure :

  • Capacité utile de la batterie : 45 kWh
  • Autonomie WLTP du modèle : 362 km
  • Consommation WLTP (incluant pertes) : 15,5 kWh aux 100 km

Calculons dans un premier temps la consommation WLTP hors pertes.

Consommation hors pertes à la recharge = (45/362)*100 = 12,4 kWh aux 100 km

Comparons maintenant cette donnée avec la consommation WLTP pertes incluse :

Comparaison consommation hors pertes / Consommation incluant pertes = 12,4/15,5 = 80%

La Peugeot e-208 génère donc 20% de pertes lors du processus de recharge.


Les limites de cette méthode

Il est important de garder à l'esprit que ce résultat n'est qu'une estimation et qu'il ne concerne qu'un mode de charge. En l'occurrence, la consommation WLTP est calculée sur la base d'une recharge sur une source d'énergie ayant les caractéristiques suivantes : 230V pour 10A soit 2,3 kW de puissance.

Comme vu précédemment dans l'article, les pertes à la recharge peuvent significativement varier en fonction du mode de recharge sélectionné ou encore de la température.

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