L’hiver et les véhicules électriques – Partie 1 – L’impact

Après avoir lu et entendu toutes sortes d’histoires à propos des véhicules électriques en hiver, j’ai décidé d’effectuer et de documenter mes propres tests.

Sans surprise, un VÉ perd de l’autonomie en hiver, mais ce n’est pas une raison pour ne pas voyager par temps froid.  Certes, les temps de recharge seront plus longs et plus fréquents, mais il n’y a aucune inquiétude à savoir s‘il démarrera à -25°C, un VÉ le fera tout simplement mieux que n’importe quelle voiture à essence.

Si le chauffage vient réduire davantage l’autonomie de la batterie comparativement à la climatisation par temps chaud, c’est principalement la température de la batterie qui viendra influencer son autonomie.  Ainsi plus une batterie est froide, moins elle est efficace et plus elle perd de l’autonomie.  La surchauffe de la batterie en été viendra également réduire son autonomie, mais dans une moindre mesure.

Au cours de cette série d’articles, je vais vous présenter l’impact de la température sur l’autonomie  d’un VÉ et sur ses recharges.  Je vous présenterai également des solutions pour améliorer cette autonomie.

085 VEHiver Banc

Analyse statistique de l’autonomie en fonction de la température

Prémisses de base

Pour recueillir toutes les données nécessaires, j’ai réalisé l’étude sur une période de 4 ans.

J’ai débuté une première collecte de données en 2015 pour l’abandonner en 2017 après avoir réalisé la présence de variables venant fausser l’analyse.

J’ai donc recommencé une nouvelle collecte de données plus rigoureuse basée selon les critères suivants :

  • toujours emprunter le même trajet;
  • maintenir toujours le même poids à l’intérieur du véhicule, aucun passager occasionnel ou de variation des charges dans le coffre;
  • toujours réaliser le parcours à un moment où il y a le moins de trafic possible afin d’éviter tout ralentissement involontaire;
  • toujours utiliser le même véhicule, une Nissan Leaf 2015 SV avec une batterie de 24 kWh;
  • avoir terminé la recharge de la batterie au minimum 4 heures avant le départ afin de s’assurer que la batterie soit à la température ambiante;
  • ne pas utiliser le véhicule 4 heures avant le départ pour la raison précédente;
  • respecter les limites de vitesse, ni plus ni moins et maintenir une vitesse constante dans chacune des zones;
  • éviter toute condition météo défavorable telle que les périodes de :
    • neige;
    • pluie; et
    • vents forts.
  • effectuer les essais sur une chaussée offrant une bonne adhérence, ie : aucun test sur une chaussé glissante ou enneigée;
  • rouler avec des pneus 4 saisons en été à partir de la mi-avril et avec des pneus d’hiver à partir de la fin octobre/début novembre, afin d’être cohérent avec des conditions réelles de conduite pour la période; et
  • maintenir la programmation de la climatisation toujours à 22°C pour refléter un usage normal et maintenir la température de l’habitacle à un niveau confortable.
Le parcours

Toujours par soucis d’obtenir un résultat le plus réaliste possible, j’ai effectué 81 fois un parcours mixte de 44.3 km comme suit :

  • 9.6 km de montée (22% du trajet);
  • 13.5 km de descente (30% du trajet);
  • 21.2 km sans dénivelée apparente (48% du trajet);
  • 149 mètres de dénivelée absolue;
  • 15.7 km en ville à 50 km/h (35% du trajet);
  • 19.4 km sur autoroute à 100 km/h (44% du trajet); et
  • 9.2 km sur route secondaire à 70 et 80 km/h selon l’affichage (21% du trajet).

Ci-contre quelques images prises du trajet sur l’autoroute, la route secondaire et en ville.

085 VEHiver Routes

Les obstacles

Malgré tous mes efforts, certains imprévus ont possiblement influencé légèrement les résultats, en particulier :

  • les vents imprévus et leurs directions;
  • le temps d’arrêt aux feux de circulation; et
  • les automobilistes qui m’ont coupé ou ralenti en chemin.
Les résultats

Le graphique ci-contre indique l’efficacité énergétique de la Leaf en fonction de la température.  La mesure de km/kWh correspond au nombre de km parcourus pour un kilowatt heure (kWh) d’électricité consommée.

Sur le graphique ci-contre, les points noirs reliés en bleu représentent une valeur moyenne du kilométrage obtenu par kWh consommé pour le trajet.  Cette donnée, fournie par l’ordinateur de bord de la voiture, est positionnée sur le graphique en fonction de la température moyenne enregistrée au départ et à l’arrivée.

En rouge, un courbe de tendance polynomiale nous donne une moyenne de référence sur laquelle je vais baser une partie de mon analyse.

En gros, les températures observées se situèrent entre -26.5°C et 33°C, donc un écart de 59°C.  L’autonomie moyenne par kWh a variée de 3.5 à 6.8 km/kWh, donc un écart de 3.3 km/kWh.

085 VEHiver Stats kWh

À souligner, la batterie de la Nissan Leaf 2015 est refroidie uniquement à l’air, c’est-à-dire qu’elle est sans thermorégulation (aucun radiateur pour contrôler la température de la batterie).  Il serait alors possible d’obtenir des résultats légèrement différents avec un autre VÉ disposant d’une thermorégulation de la batterie.  Par exemple, la perte d’autonomie par temps chaud serait possiblement moindre que celle de la Nissan Leaf.

Toutefois, peu importe le véhicule électrique utilisé, il serait probable de retrouver une courbe semblable, car les batteries au lithium n’aiment pas les grands froids ni les grandes chaleurs.

L’analyse

A partir des données réelles (courbe bleu), j’observe que :

La pire efficacité énergétique fut enregistrée à -26.5°C avec une moyenne de 3.5 km/kWh, soit une perte de 48.5%.

La plage idéale d’efficacité énergétique pour maximiser l’autonomie fut située entre 7 et 25°C avec plus de 6 km/kWh.

L’efficacité optimale fut observée entre 17 et 20°C avec 6.8 km/kWh.

A 33°C, j’ai obtenu des performances comparables au point de congélation avec 5.4 km/kWh.

Autre constat

Par temps froid, lors des premiers kilomètres, j’ai pu observer une consommation d’énergie beaucoup plus importante avec des lectures sous la barre des 2 km/kWh.  Au fil des km, la batterie se réchauffait pour en arriver aux lectures ci-haut.  Sans surprise, plus il fait froid, plus il faut du temps pour que la batterie puisse se réchauffer d’elle même.  En moyenne, les valeurs plus normales furent atteintes après les premiers 5 à 25 km de route, selon la température.  Je vais explorer davantage ce constat lors de mon prochain article.

L’autonomie

Pour obtenir l’autonomie estimée en fonction de la température, j’ai tout simplement multiplié la mesure d’efficacité par la capacité de la batterie.

Selon Ressources naturelles Canada, la Nissan Leaf 2015 affiche une autonomie de 135 km.

Considérant qu’elle est munie d’une batterie de 24 kWh dont seulement 22.6 kWh seraient réellement accessibles, à partir des données recueillies et multipliées par 22.6 kWh, j’obtiens le graphique suivant :

085 VEHiver Stats Autonomie

Malgré l’autonomie affichée de 135 km, pour effectuer un parcours comparable à ce test, à une température de -25°C, l’autonomie réelle serait plutôt de 81 km avec une pleine charge, tandis qu’elle serait de 146 km à 20°C.

À souligner également, l’autonomie serait probablement moindre si le parcours était réalisé uniquement sur l’autoroute.   A l’inverse, un parcours réalisé en ville ou sur une route secondaire ferait augmenter l’autonomie indiquée ci-haut.

085 VEHiver FJCruiserBien que les batteries des VÉ soient davantage influencées par les écarts de température, les véhicules à combustion sont également influencés par les variations de température.

A titre d’exemple, l’un de mes anciens véhicules à essence, un FJ Cruiser de Toyota affichait une augmentation moyenne de sa consommation d’essence de 24% en hiver, passant de 12.8 à 15.9 L/100km ou si l’on préfère, une perte d’autonomie de 24% en hiver.

Alors que le graphique ci-haut exprime l’autonomie totale en fonction de la température, le graphique ci-contre reprend les mêmes données, mais exprimées en pourcentage.  Le tout afin de vous offrir une échelle de référence et de simplifier la comparaison avec un autre VÉ.

À noter que les valeurs et pourcentages indiqués aux tableaux ci-haut et ci-contre ont été établies à partir de la courbe en rouge.

085 VEHiver Stats Pourcent

Observations

Puisque la Leaf affiche une autonomie de 135 km, j’ai d’abord attribué 100% à cette valeur.

Selon les statistiques recueillies (les points noirs sur le graphique), la pire autonomie totale réelle observée pour ce parcours fut de 79 km à -26.5°C, ce qui correspond à une perte de 41% ou une autonomie totale de 59% par rapport à l’autonomie annoncée par Nissan.  A l’opposée, la meilleure autonomie totale réelle fut de 154 km à 19.5°C, ce qui correspond à un gain de 14% ou une autonomie totale de 114% par rapport aux 135 km annoncés.

A partir de la courbe en rouge du dernier graphique ci-haut, on retrouve à la première rangée du tableau, un pourcentage qui indique les gains ou pertes par rapport à l’autonomie annoncée de 135 km.  Ainsi à 20°C, le véhicule a connu un gain d’autonomie de 8% par rapport au 135 km annoncé.

Sur la deuxième rangée de ce tableau, j’ai accordé la valeur absolue de 100% à la meilleure autonomie moyenne (146 km) obtenue à 20°C.  Ainsi à -25°C, la Leaf a perdu 44% d’autonomie par rapport à sa meilleure performance qui était de 146 km.

Par conséquent, le tableau ci-dessus donne un aperçu des variations d’autonomie en fonction de la température et permet de conclure que la température idéale pour maximiser l’autonomie de la Nissan Leaf 2015 se situe à 20°C.

Analyse statistique de la vitesse de recharge en fonction de la température

085 VEHiver Recharge

Bien que les variations de température influencent le temps de recharge des bornes niveau 2 et 3, l’impact sera plus facile à observer lors d’une recharge rapide (Niv3 ou BRCC) (à noter que je n’ai tout simplement pas pris le temps d’observer celui de ma borne Niv1 120 volts)

A l’aide des 3 graphiques ci-contre, je vais illustrer les variations observées lors d’une première recharge rapide (BRCC) d’une Nissan Leaf 2015 de 24 kWh.  Les recharges furent effectuées à 18°C (courbe verte), à -3°C (courbe rouge) et à -15°C (courbe bleue).

Le graphique ci-contre indique le temps nécessaire pour atteindre une recharge à 85%.  Le niveau de départ de la batterie était de 26% à -3 et -15°C tandis qu’il était de 28% à 18°C.

On peut observer qu’à 18°C (courbe verte), il faut moins de 19 minutes pour atteindre 85% de charge tandis qu’il en faut le double, soit 40 min à -3°C (courbe rouge), et près de 56 minutes à -15°C (courbe bleue).

085 VEHiver Stats Charg 01

Les deux graphiques ci-contre, démontrent qu’à 18°C (courbe verte) la puissance de recharge fut assez constante à 47 kW durant les 8 premières minutes, ce qui a permis d’ajouter rapidement 32% de charge à la batterie, tandis que la puissance a diminué continuellement au cours des 11 minutes suivantes.  Pour obtenir les derniers 10%, 5 minutes furent nécessaires.  A la fin de la recharge, la BRCC offrait une puissance de 18 kW.

Contrairement à 18°C, en dessous du point de congélation, on observe que la puissance de recharge initiale est moindre et qu’elle diminue continuellement avec la Leaf 2015.

À -3°C (courbe rouge), la recharge a démarré à 35 kW tandis que les 9 dernières minutes ont fourni une puissance décroissante sous la barre des 10 kW.  Pour obtenir les derniers 10%, 13 minutes furent nécessaires.  À la fin de la recharge, la BRCC offrait une puissance de 7 kW.

À -15°C (courbe bleue), la recharge a démarré à 32 kW tandis que les 26 dernières minutes ont fourni une puissance décroissante sous la barre des 10 kW.  Pour obtenir les derniers 10%, 22 minutes furent nécessaires. À la fin de la recharge, la BRCC offrait une puissance de 2 kW.

085 VEHiver Stats Charg 02

085 VEHiver Stats Charg 03

Il est à noter que chaque VÉ réagit de manière différente aux recharges rapides, ainsi qu’aux variations de température lors des recharges.  Nous pourrions ainsi obtenir des graphiques assez différents d’un VÉ à l’autre.  Toutefois suite à l’essai de différents VÉ, une réalité demeure, les variations de température influencent l’efficacité des recharges, en particulier le froid.

En extrapolant, il est facile d’imaginer qu’une recharge rapide au-delà de 85% n’est jamais recommandée à moins d’en avoir absolument besoin.  Elle sera encore plus lente et plus dispendieuse, sans compter qu’elle nuira à d’autres électromobilistes qui pourraient nécessiter l’utilisation de la BRCC.

Pour réduire le temps consacré aux recharges durant un long voyage, dans un monde idéal, il est préférable de trouver la plage optimale de recharge de son VÉ et de se déplacer à l’intérieur de ces intervalles.  Dans le cas de la Leaf ci-haut, la plage serait située entre 20 et 65%.

Un aspect que je n’ai pas abordé dans cet article, la durée des recharges subséquentes qui pourrait être affectée par la chaleur accumulée lors des recharges rapides précédentes et ce, surtout pour les VÉ comme la Leaf qui n’ont pas de thermorégulation de la batterie et particulièrement pour la dernière génération de la Leaf qui dispose d’une plus grosse batterie.

Enfin, peu importe le VÉ, il ne faut pas s’empêcher de parcourir de grandes distances, mais il faut juste s’adapter en conséquence, d’où l’importance de choisir le VÉ qui convient le mieux à ses besoins.

La suite dans mon prochain article.

 

Sources :

http://www.wind-works.org/cms/index.php?id=84&tx_ttnews%5Btt_news%5D=3983&cHash=250fae380e25cd8b110c959f5b3dd727

https://fcr-ccc.nrcan-rncan.gc.ca/fr

 

 

15 commentaires sur « L’hiver et les véhicules électriques – Partie 1 – L’impact »

  1. Bonjour Monsieur Forget. D’abord félicitations pour la rigueur avec laquelle vous avez mené cette analyse, c’est un vrai travail de moine. Je roule en Chevy Bolt depuis une année. La batterie de cette voiture est conditionnée. Cela me donne peut-être un petit gain en terme de réduction de la décroissance d’efficacité en liens avec le chaud et le froid et je dis petit parce que ce système tire du bouillon lui aussi. Possiblement que cette caractéristique a aussi un effet positif sur la durabilité de la batterie. Bref, quand je regarde de façon général vos constats sur l’autonomie annoncé de votre batterie versus l’autonomie mesuré selon les degrés de température, cette variation est proportionnellement très similaire aux variations de performance batterie que je constate sur ma voiture. Le fruit de votre travail, je dirais presque de votre étude pourras certainement aider les gens qui se questionne sur le sujet et aussi les guider sur le choix d’une voiture qui convient à leurs besoins. Encore une fois Bravo pour cette contribution.

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    1. Merci pour vos commentaires. Effectivement, je suis convaincu que la thermorégulation de la batterie de la Bolt EV aide à protéger la batterie à long terme. Je crois comprendre que Nissan a choisi de ne pas aller dans cette direction par soucis d’économie. Toutefois, en Californie, où les températures sont plus élevées, la dégradation des batteries des Nissan Leaf est plus remarquée.

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  2. Félicitations pour votre étude très interressante et menée avec beaucoup de professionnalisme. Je me demande quelle différence il y aurait avec une voiture ayant une batterie thermorégulée?
    Nous en saurons plus lors de l’essai ,cet hiver , de différentes voitures électriques , organisé par le circuit electrique.
    Merci et continuez votre bon travail .

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    1. Je n’ai malheureusement pas assez de données à propos des VÉ avec batterie thermorégulée. Toutefois je serais porté à croire que cela aplanirait un peu la courbe aux extrémités, surtout par temps chaud. Ainsi, si le système réussi à maintenir la batterie plus froide par temps chaud, il y aura donc moins de perte d’autonomie.

      A l’autre extrémité de la courbe, cela est moins évident, mais si le système permet de récupérer le peu de chaleur générée par le moteur électrique, ou de mieux la répartir à l’intérieur de la batterie, alors une fois de plus l’autonomie s’en verrait augmentée par temps froid. Ici, je ne pense pas que la différence serait majeure, à moins d’avoir un système de chauffage au carburant fossile… mais dans ce cas, on défait l’intérêt d’avoir une voiture électrique.

      Toutefois, ce ne sont là que des spéculations de ma part.

      Une chose est certaine, cela prolonge la durée de vie de la batterie, puisqu’elle peut mieux évacuer sa chaleur, ce qui va atténuer sa dégradation.

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      1. Pardonnez moi mon erreur, il s’agit plutôt d’un test comparatif de l’AVEQ, organisé par le chroniqueur automobile Daniel Breton , entre la Chevrolet Bolt, la Nissan Leaf plus, la Tesla modèle 3 sr+ et la Kia Niro EV. Ce test à été effectué cet été et devrait être refait cette fois en plein hiver. Bien hâte de voir les resultats.

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    1. Bonjour M. Dubé,
      Effectivement, tel que mentionné dans mon article ci-haut, un de mes critères fut de « maintenir la programmation de la climatisation toujours à 22°C pour refléter un usage normal et maintenir la température de l’habitacle à un niveau confortable. »

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  3. Bonjour, je suis nouveau propriétaire d’eGolf 2020, et j’en suis fort satisfait. Un ami me suggère de ne pas charger la batterie à 100% de sa capacité car cela pourrait lui être dommageable. Est-ce vrai? Il ne recommande de la programmer pour un max de 90%. Merci de m’éclairer.

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    1. Bonjour M. Chapley,

      Effectivement, pour préserver une batterie plus longtemps, plusieurs fabricants recommandent d’éviter de la décharger totalement et/ou de la charger à 100% trop souvent.

      Entre autres, Tesla suggère de ne pas charger au quotidien à plus de 90%, mais permet de charger le véhicule à 100% lorsqu’il cela est nécessaire pour parcourir de grande distances sur la route. L’idée c’est d’éviter de laisser le véhicule stationnaire durant de longues périodes alors que la batterie est chargée à 100%, ce qui accélère la dégradation.

      Personnellement, lorsque j’ai besoin de parcourir de très longues distances avec la Tesla, je la charge à 90% à la maison, puis 90 minutes avant de prendre la route, je poursuis la charge à 100%. Dès que j’arrive à 99 ou 100% je prends la route, mais il s’agit de situations occasionnelles.

      D’autres véhicules comme la Nissan Leaf ne permettent pas de contrôler le pourcentage de la recharge, souvent en raison que l’on n’a pas accès à 100% de la batterie. Ainsi, lorsque la Leaf nous indique 100% de charge, la batterie n’est pas chargée à 100% réellement, il reste une petite plage que nous n’avons pas accès.

      Par exemple, dans le cas d’une Leaf 2015, lorsque nous croyons avoir chargé une batterie de 24 kWh à 100%, c’est à peine un peu plus de 20 kWh qui nous sera accessible, les 2 extrémités de la batterie ne nous seront jamais accessibles, puisque la batterie se gardera toujours une réserve pour ne pas se vider totalement, ni pour se remplir réellement à 100%.

      Dans le cas de la Tesla, le fabriquant nous permet de charger réellement la batterie à 100%, mais il nous incite à ne pas le faire sur une base régulière.

      N’étant pas familier avec la e-Golf, je vous suggère de vérifier votre manuel du propriétaire.

      Personnellement, si la e-Golf permet limiter la recharge à 90%, à défaut d’avoir une réponse claire du fabricant, c’est la limite que je m’imposerais au quotidien pour prolonger la durée de vie de la batterie.

      Par conséquent, oui votre ami vous a donné un sage conseil.

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    1. Bonjour Lisa,

      Le Kona EV comme tous les autres VÉ (sauf Tesla) peut utiliser n’importe quelle borne 240 volts équipée d’un pistolet J1772 (que l’on retrouve partout sauf pour les bornes Tesla).

      Les bornes Flo Maison, EV One, La Station verte, Grizzl-e et EV Duty sont tous bonnes et adaptées à notre climat. Pour plus d’info consultez la fin de mon article : https://vepassion.com/2020/08/02/roulez-electrique-precurseur-et-visionnaire-partie-1/

      Reste à savoir quels sont vos besoins ie : la borne sera proche ou loin de votre véhicule? ce qui est important pour choisir la longueur du câble de recharge. Désirez-vous une borne qui affiche la consommation d’énergie? Une borne qui intègre un support pour le câble? Quel est le style (apparence) de borne voulez-vous accrocher à votre habitation?

      Une borne qui offre 30 ampères est amplement suffisante, au-delà de cela, votre véhicule ne pourra pas le prendre.

      Je favorise également les bornes canadiennes, car les bornes américaines ne sont pas toujours conçues pour nos hivers froids qui rendent le câble très rigide.

      Bon magasinage et n’hésitez pas à aller en essayer quelques unes chez Roulez Électrique. .

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