Il apparaît opportun de rappeler quelques notions simples sur la charge des batteries des véhicules électriques afin de clarifier certains ordres de grandeur.
L’énergie embarquée dans la batterie:
Typiquement les premiers EV de large diffusion mis sur le marché qui veulent afficher les psychologiquement nécessaires 100 miles d’autonomie, sont équipés de batteries de types Li-Ion qui présentent des énergies comprises entre 15 et 25 kWh. En effet la consommation d’électricité d’un véhicule équipé de la récupération d’énergie au freinage, va aujourd’hui consommer autour des 15 kWh aux cent kilomètres en cycle urbain. Les réductions de consommation par réduction de la masse et l’optimisation de la traction (motorisation in-wheel ) conduiront à terme à des valeurs inférieures à 10 kWh aux cent km, comme l’annonce le prototype de Sim-Drive de l’Université de Keio. Cette énergie embarquée que nous allons choisir égale à 20 kWh pour simplifier et ne facher aucun constructeur, sera constituée typiquement d’un ensemble d’accumulateurs connectés en série-parallèle du type 200V x 100 Ah (par exemple: 56 éléments, 3,6V, 100 Ah).
La consommation moyenne quotidienne d’énergie:
Pour un parcours moyen annuel de douze mille kilomètres la consommation annuelle d’énergie par le moteur sera de 120 centaines de km x 15 kWh/100km = 1800 kWh/an soit un peu moins de 5 kWh par jour.
L’énergie annuelle appelée au réseau doit tenir compte du rendement de charge-décharge de la batterie donnée par le rapport entre tension nominale et tension de charge: 3,6V/4,2V = 0,857 et le rendement du redresseur estimé à 95%. Ces données conduisent à un rendement global charge-décharge de la batterie de 81%. Pour réaliser ces 12 mille kilomètres annuels le véhicule appellera donc au réseau en moyenne dans les 6 kWh par jour.
Cette consommation moyenne est à rapprocher de celle d’un cumulus de 200 litres d’eau dont on doit remonter la température de 30°C en fin de journée. Soit: 200 x 30 x 4.18/3600= 7 kWh.
Une voiture électrique consomme en moyenne l’énergie d’un cumulus d’eau chaude.
La charge de la batterie:
Un batterie Li-Ion se recharge aussi simplement qu’une batterie au plomb avec une limitation en tension (typiquement 4,2V par élément, soit 235V pour notre exemple de 56 éléments connectés en série) et une limitation en courant au cinquième de la capacité (C/5) pour assurer une recharge complète en six ou sept heures. Ceci représente un courant continu de 20A dans notre exemple d’une batterie de 100 Ah. La puissance continue appelée en début de charge va donc être de 235V x 20A = 4700W soit, compte tenu du rendement du redresseur, un appel au réseau de 5kW environ.
Remarque: de nombreux projets font appel à des modes de charge rapide qui devraient permettre de recharger une fraction de la batterie en quelques minutes. Il y a là une approche marketing du problème qui tiendra difficilement la route sur le long terme parce que les bornes de charge qui devront débiter des puissances de 25 à 50 kW seront hors de prix par rapport au service rendu. Quand à ceux qui veulent réaliser des échanges standard de batteries chargées, en dehors du côté publicitaire évident de cette pratique, le prix de revient global de l’opération (investissement, besoin en fond de roulement, surveillance, etc.) sera sans commune mesure avec la faible valeur ajoutée du service. Mais ceci n’empêchera pas certains élus subitement épris d’écologie, de réaliser ces dépenses…au frais du contribuable. Le marché du véhicule électrique sera au démarrage un marché largement « municipal », avec toutes les mauvaises pratiques rattachées.
Les contraintes horaires:
Contrairement à un cumulus électrique toujours là et dont on peut programmer la chauffe à distance sur une ou plusieurs plages horaires, la voiture ne sera pas toujours à son poste de recharge le moment venu. Ce doit donc être au véhicule de signaler sa présence au chargeur et à déclarer la quantité d’énergie dont il a besoin pour sa recharge. Ces informations, compte tenu des contraintes du réseau, vont permettre de programmer l’heure de démarrage optimum de la charge et même, pourquoi pas, de programmer la puissance maximum nécessaire à cette recharge.
Le 19 Mai 2011
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