Batterie en hiver : Pourquoi celles des voitures électriques sont-elles affectées par les températures négatives ?

Sommaire

• La perte d’autonomie des voitures électriques en hiver

• Le fonctionnement de la technologie lithium-ion, un facteur qui explique la perte d’efficacité de la batterie en hiver

• L’utilisation du chauffage en hiver

• Les autres manifestations du froid sur les batteries de voitures électriques

• Voitures électriques : les solutions pour mieux gérer l’autonomie de la batterie en hiver

• Quid de l’impact du froid sur les bornes de recharge ?

• Conclusion

La perte d’autonomie des voitures électriques en hiver

Alors que l’autonomie annoncée des voitures électriques est basée sur la norme WLTP, l’autonomie réelle, elle, dépend de bien d’autres facteurs. Effectivement, elle est tributaire de modalités comme l’état de la route, le nombre de passagers à bord du véhicule, le type de conduite, et la température extérieure. Parlant de température extérieure, force est de constater qu’elle affecte l’efficacité énergétique de la batterie en hiver, lorsque le mercure affiche des valeurs négatives.

En règle générale, toutes les voitures, qu’elles soient thermiques ou électriques, perdent en performance lorsque l’hiver arrive. Cependant, les véhicules alimentés à l’électricité sont les plus affectés lorsque les températures sont négatives. De fait, alors que le fonctionnement des voitures thermiques génère de la chaleur, celui des électriques ne produit aucune température supplémentaire, puisque toute l’énergie disponible est dédiée au fonctionnement de la voiture.

Lorsque les températures se situent entre 0 et 45°C, des valeurs qui correspondent aux seuils de fonctionnement optimal des voitures électriques, le rendement de ces dernières est particulièrement excellent. En revanche, lorsque le véhicule est soumis à des températures inférieures à 0°C, ce rendement baisse drastiquement. Sur les automobiles fonctionnant à l’électricité, on estime entre 20 et 30% la perte d’autonomie de la batterie en hiver. Qu’est-ce qui explique cette baisse d’efficacité ?

Le fonctionnement de la technologie lithium-ion, un facteur qui explique la perte d’efficacité de la batterie en hiver

La baisse de performance des batteries de voitures électriques en hiver est en partie liée au fonctionnement de la technologie lithium-ion. Des tests corroborent d’ailleurs cela.

Le fonctionnement de la technologie lithium-ion en hiver

La technologie lithium-ion est celle qui équipe la plupart des batteries de voitures électriques. Son fonctionnement est basé essentiellement sur des réactions électrochimiques. Or, lorsque les températures sont basses, les ions Li+ ne se déplacent plus convenablement dans l’électrolyte.

Cette lenteur des ions à se mouvoir impacte la puissance à la décharge, mais surtout à la recharge de la batterie en hiver. Cette dernière mettra logiquement plus de temps à se recharger lorsqu’elle est branchée. Une fois en mouvement, le véhicule se déchargera plus rapidement, perdant entre 20 et 50% d’autonomie, étant donné que sa batterie ne fournit que très peu d’énergie.

Par ailleurs, d’un modèle à un autre, les batteries lithium-ion nécessitent une certaine température pour fonctionner au maximum de leur capacité énergétique. Les batteries en hiver utilisent une partie de leur propre source d'énergie pour se maintenir à une bonne température de fonctionnement en se chauffant. Cela entraîne une mise à contribution inhabituelle et donc une perte d’autonomie.

Les tests et préconisations des constructeurs automobiles

Des tests réalisés par différents laboratoires ont permis de confirmer le changement de comportement des batteries lithium-ion en hiver. Une étude réalisée par la Norwegian Automobile Federation (NAF) en 2020 sur 20 voitures électriques est très intéressante à cet effet.

En soumettant ces voitures aux rudes températures norvégiennes (entre -6°C et +3°C), cette étude a permis d’évaluer la perte d’autonomie réelle par rapport à l’autonomie homologuée en cycle WLTP. Les résultats ont révélé une perte d’autonomie de 26% pour la Tesla Model S, alors que l’Audi e-tron 55 a vu sa batterie en hiver perdre 14% de son autonomie habituelle. Quant à l’unité de stockage de la Nissan Leaf, elle a vu sa capacité énergétique chuter de 23%.

Certains constructeurs automobiles ont pris le soin d’informer leurs utilisateurs de voitures électriques sur l’influence significative du froid sur la batterie en hiver. Ainsi, BMW a précisé dans ses manuels d’utilisation que le système de récupération d’énergie peut s’avérer inefficace lorsque les températures sont trop basses ou trop élevées. De son côté, Nissan révèle qu’à une température extrême de -25°C, les batteries de ses électriques peuvent geler et ne plus délivrer l’énergie nécessaire au moteur électrique.

L’utilisation du chauffage en hiver

Face aux basses températures, de nombreux conducteurs d’électriques utilisent massivement le chauffage ; à raison d’ailleurs. Effectivement, contrairement au moteur thermique qui peut utiliser la chaleur générée par leur moteur à explosion pour chauffer l’habitacle en hiver, le moteur électrique mise sur l’énergie de sa batterie de traction pour rendre l’intérieur plus confortable par temps froid.

Seulement, avec une voiture électrique, l’utilisation massive du chauffage consomme assez d’énergie, ce qui affecte la performance de la batterie en hiver. Lorsque le véhicule est en mouvement, l’unité de stockage ne pourra pas fournir assez d’énergie au moteur. Selon l’American Automobile Association (AAA), les voitures électriques perdent en moyenne 41% d’autonomie lorsque le chauffage est activé alors que le mercure affiche -6°C.

Ce chiffre a été obtenu lors de tests réalisés sur des modèles de voitures électriques dont la BMW i3, la Tesla Model S 75D, la Volkswagen e-Golf et la petite et élégante citadine Chevrolet Bolt.

Les autres manifestations du froid sur les batteries de voitures électriques

Les effets du froid sur la batterie en hiver sa traduisent également par :

• Une perte d’autonomie à l’arrêt de l’ordre de 1 km/h lorsque la voiture est garée dehors sans être chargées ;

• Un temps de charge 3 à 5 fois plus long que dois plus long que d’habitude, qui plus est sachant que la majorité des électriques intègrent une régulation de température dans leur système de gestion de batterie qui empêche la charge rapide lorsque l’unité de stockage est froide ;

• Une baisse de rendement, étant donné que l’énergie fournie à la voiture est plus importante que l’énergie utilisable rendue par l’auto.

Voitures électriques : les solutions pour mieux gérer l’autonomie de la batterie en hiver

Qu’il s’agisse d’une SUV électrique ou d’une autre catégorie de voiture électrique, il existe des méthodes pour gérer l’autonomie et faire les trajets habituels sans panne, malgré l’incidence du froid en hiver.

Entre autres méthodes, nous conseillons de/d’:

• Activer le mode Eco (si la voiture en dispose) pour adopter une conduite plus souple et préserver l’autonomie du véhicule ;

• Utiliser la voiture à la fin d’une recharge pendant que la batterie est encore chaude ; la chaleur du système de recharge fait gagner quelques kilomètres ;

• Vérifier la pression des pneus et ajouter 0,2 bar de plus que ce que recommande le constructeur, parce que la pression des pneumatiques diminue quand il fait froid ;

• Privilégier le chauffage des sièges chauffants et du volant que le chauffage habituel qui pompe l’autonomie ;

• Chauffer l’habitacle à l’aide de la pompe à chaleur si la voiture en dispose.

Enfin, nous conseillons de garer le véhicule électrique à l’abri du froid.

Quid de l’impact du froid sur les bornes de recharge ?

Si le froid impacte les batteries en hiver, qu’en est-il des bornes de recharge ? En temps normal, ces dispositifs de recharge localisables via Google Maps permettent de gagner quelques kilomètres lorsque la batterie perd en autonomie. Malheureusement, lorsque les températures négatives sont extrêmes, le fonctionnement des bornes peut être affecté.

Normalement, ces unités de recharge sont conçues pour fonctionner à des températures extrêmes comprises entre -35°C et +70°C. Mais factuellement, dans les zones montagneuses régulièrement enneigées et dans les zones à forte exposition au soleil, les bornes ne sont pas adaptées. Dans le meilleur des cas, elles perdent leur capacité et dans le pire, cessent de fonctionner. Pour installer une borne de recharge à domicile, il convient donc d’évaluer les conditions climatiques locales.

Conclusion

En hiver, les batteries des voitures électriques sont très affectées par les basses températures. En cause, le fonctionnement des batteries lithium-ion, la technologie qui équipe la majorité des électriques du marché. L’utilisation massive du chauffage par temps froid et un temps de recharge plus long expliquent aussi la faible autonomie de la batterie en hiver. Cependant, cette baisse d’autonomie de la batterie n’est pas irréversible. Il est même possible d’y remédier grâce à des techniques simples, le temps que les températures ne remontent et que les unités de stockage retrouvent leur autonomie habituelle.