Pertes de recharge voiture électrique : l’écart trompeur à comprendre

La borne indique qu’elle a délivré 44 kWh, tandis que l’application du véhicule semble montrer que la batterie n’en a récupéré que 40. Il manque donc, en apparence, 4 kWh. Où cette énergie est-elle passée ?

Cette question revient souvent dès que l’on commence à suivre précisément la consommation de chaque recharge. Le premier réflexe peut être de soupçonner une erreur du compteur, un gaspillage de la borne ou même un dysfonctionnement de la batterie. Pourtant, dans la majorité des cas, cet écart est parfaitement normal.

L’électricité ne passe pas directement du compteur aux cellules de la batterie. Elle doit d’abord parcourir l’installation électrique, traverser la borne et le câble, être convertie du courant alternatif en courant continu, puis alimenter différents systèmes de contrôle du véhicule. Une partie est transformée en chaleur ; une autre sert à gérer la sécurité, les communications et la température de la batterie.

Il faut également tenir compte d’un point souvent négligé : le pourcentage affiché au tableau de bord n’est pas un compteur d’énergie de précision. L’état de charge est une estimation calculée par le Battery Management System, ou BMS. Il ne peut pas toujours être converti en un nombre exact de kilowattheures.

Pour comprendre les pertes de recharge d’une voiture électrique, il faut donc distinguer deux phénomènes :

• l’énergie réellement consommée ou dissipée pendant la recharge ;

• l’écart apparent créé par des estimations, des arrondis ou des mesures effectuées à des endroits différents.

Lorsqu’on suit le trajet complet de l’électricité, du réseau jusqu’aux cellules, les prétendus kWh disparus deviennent beaucoup plus faciles à expliquer.

Énergie prélevée et énergie stockée : pourquoi les valeurs ne correspondent pas

Ce que mesure le compteur électrique pendant la recharge

Le compteur mesure l’énergie prélevée sur le réseau.

Si l’on utilise le compteur général du logement, la lecture comprend la recharge du véhicule, mais aussi les autres consommations produites au même moment : réfrigérateur, éclairage, chauffage électrique, pompe à chaleur, chauffe-eau, plaques de cuisson ou appareils laissés en veille.

Lorsqu’un compteur dédié est installé sur le circuit de recharge, la mesure devient plus ciblée. Selon son emplacement, il peut enregistrer l’énergie entrant dans la borne ou celle envoyée vers le véhicule.

Dans tous les cas, la mesure est généralement effectuée avant que l’électricité n’atteigne la batterie.

Les kWh relevés peuvent donc inclure l’énergie qui sera ensuite :

• dissipée dans les câbles ;

• consommée par l’électronique de la borne ;

• perdue pendant la conversion électrique ;

• utilisée par les calculateurs du véhicule ;

• consacrée au chauffage ou au refroidissement de la batterie ;

• transformée en chaleur dans les cellules.

Le compteur ne sait pas quelle part sera réellement stockée. Il mesure simplement l’ensemble de l’énergie appelée en amont.

En France, la recharge doit également s’intégrer à la puissance souscrite du logement. Une borne réglée à 7,4 kW peut, par exemple, utiliser une grande partie d’un abonnement de 9 kVA si plusieurs appareils fonctionnent simultanément. Le choix de la puissance de la borne de recharge doit donc tenir compte du véhicule, de l’installation et des autres usages électriques.

Ce que représente réellement le pourcentage de batterie

L’énergie stockée dans la batterie se situe à la fin du processus. C’est la part qui reste disponible pour faire avancer le véhicule et alimenter ses équipements.

La plupart des voitures n’affichent toutefois pas directement cette énergie en kWh. Elles indiquent plutôt un pourcentage : 40 %, 65 %, 80 % ou 100 %.

Cette valeur, appelée State of Charge ou SoC, est estimée par le BMS à partir de plusieurs données :

• tension des cellules ;

• courant entrant et sortant ;

• température ;

• historique d’utilisation ;

• comportement précédent de la batterie ;

• modèles de calcul développés par le constructeur.

Le résultat est ensuite simplifié et arrondi avant d’apparaître à l’écran.

Un passage de 40 % à 60 % ne prouve donc pas que la batterie a reçu exactement 20 % de sa capacité annoncée. Le calcul peut fournir une approximation utile, mais il n’offre pas la précision d’un véritable compteur énergétique.

Le bilan énergétique entre le réseau et la batterie

Le processus peut être résumé par une relation simple :

Énergie prélevée sur le réseau = énergie stockée dans la batterie + énergie utilisée ou dissipée pendant la recharge

Si une borne mesure 40 kWh et que la batterie en stocke 36, le rendement global de la session est de 90 %.

Les 4 kWh restants ne se sont pas volatilisés. Ils ont été convertis en chaleur ou utilisés par les différents systèmes nécessaires à la recharge.

Le résultat dépend également de l’endroit où commence la mesure.

Un compteur placé dans le tableau électrique peut inclure les pertes du câble reliant le logement au garage. Le compteur intégré dans la borne peut les exclure. Deux essais apparemment identiques peuvent donc produire des pourcentages différents simplement parce qu’ils ne mesurent pas le même périmètre.

Pertes réelles et kWh manquants uniquement sur le papier

Tout l’écart entre le compteur et la batterie ne correspond pas forcément à une perte physique.

Prenons une voiture annoncée avec une batterie de 60 kWh. Le conducteur la recharge de 20 % à 70 % et estime que 30 kWh ont été stockés. La borne en indique 35, ce qui semble correspondre à une perte de 5 kWh.

Le calcul peut cependant être erroné pour plusieurs raisons :

• les 60 kWh peuvent désigner la capacité brute ;

• la capacité réellement utilisable peut être inférieure ;

• la batterie a peut-être perdu une partie de sa capacité avec le temps ;

• les valeurs de 20 % et 70 % sont arrondies ;

• le chauffage de l’habitacle a pu fonctionner pendant la session ;

• l’application du véhicule ne s’est peut-être pas encore mise à jour.

L’écart observé peut donc combiner des pertes réelles et une incertitude de mesure. Avant de conclure à une anomalie, il faut séparer ces deux éléments.

Où l’énergie est-elle utilisée pendant la recharge ?

Pertes dans le circuit entre le compteur et la borne

Tout conducteur électrique possède une résistance. Lorsque le courant le traverse, une petite partie de l’énergie se transforme en chaleur par effet Joule.

Cette perte dépend principalement de :

• la longueur du circuit ;

• la section des conducteurs ;

• l’intensité du courant ;

• le matériau utilisé ;

• la température ;

• la qualité des raccordements.

Un câble long ou sous-dimensionné présente davantage de résistance qu’un circuit court et correctement dimensionné. Les pertes résistives augmentent également avec le courant.

Dans une installation correctement conçue, cette composante doit rester limitée. Elle peut toutefois devenir plus importante lorsque la borne se trouve loin du tableau électrique, notamment dans certains parkings de copropriété, ou lorsque des connexions se sont détériorées.

Un échauffement excessif des câbles, des bornes de raccordement ou des dispositifs de protection ne doit pas être considéré comme une simple question de rendement. Il peut signaler un défaut de l’installation et doit être contrôlé par un professionnel.

En France, la série de normes NF C 15-100 encadre les installations électriques basse tension. Sa partie dédiée à l’alimentation des véhicules électriques prévoit notamment un circuit spécialisé pour la prise ou la borne de recharge.

Chute de tension et puissance réelle de recharge

La chute de tension est une conséquence directe de la résistance du circuit.

La tension disponible au niveau de la borne peut être légèrement inférieure à celle mesurée à l’origine. Une partie de cette différence est dissipée sous forme de chaleur.

Une faible chute de tension est normale et prise en compte lors du dimensionnement. Elle devient problématique lorsqu’elle est excessive, provoque un échauffement important ou perturbe la recharge.

Elle influence aussi la puissance réellement délivrée.

Sur une installation monophasée de 230 V, une intensité de 32 A correspond théoriquement à environ 7,36 kW. Si la tension réelle baisse, la puissance diminue elle aussi.

La session peut alors durer plus longtemps et maintenir les calculateurs du véhicule actifs pendant une durée supérieure.

Sur une alimentation triphasée de 400 V entre phases, la puissance est répartie sur trois phases. Le résultat dépendra néanmoins de l’installation, de l’équilibrage des phases et des capacités du chargeur embarqué du véhicule.

Consommation propre de la borne

Une borne de recharge n’est pas un simple interrupteur. Elle contient des composants électroniques chargés de gérer la communication avec la voiture, la sécurité, la mesure de l’énergie et, pour les modèles connectés, les échanges avec une application ou une plateforme en ligne.

Selon le produit, les éléments suivants peuvent rester actifs pendant la recharge :

• cartes électroniques ;

• connexion Wi-Fi, Ethernet ou mobile ;

• lecteur RFID ;

• voyants LED ;

• écran ;

• compteur d’énergie ;

• dispositifs de communication ;

• systèmes de contrôle et de protection.

La consommation propre de la borne est généralement faible par rapport à l’énergie envoyée au véhicule. Si le compteur se trouve en amont, elle est toutefois incluse dans le bilan de la session.

Il faut également distinguer la recharge de la consommation en veille. Une borne connectée peut continuer à utiliser une faible quantité d’électricité lorsqu’aucune voiture ne charge. Si le système de mesure ne sépare pas les sessions, cette consommation risque d’être attribuée à tort au véhicule.

Les fonctions de suivi, de programmation et de modulation d’une borne de recharge intelligente permettent justement de mieux observer et piloter ces flux.

Pertes dans le câble et les connecteurs

Le câble reliant la borne au véhicule possède lui aussi une résistance. Plus il est long et plus le courant est élevé, plus l’énergie transformée en chaleur augmente.

Les connecteurs ajoutent plusieurs points de contact. Lorsqu’ils sont propres, intacts et correctement enclenchés, leur résistance reste faible. L’usure, l’oxydation, les dommages ou un branchement incomplet peuvent au contraire l’augmenter.

Dans une installation en bon état, le câble ne constitue généralement pas la principale source de pertes. Une légère élévation de température peut être normale à forte intensité. Un échauffement marqué, irrégulier ou localisé doit en revanche être examiné.

En France comme dans le reste de l’Union européenne, le connecteur Type 2 est largement utilisé pour la recharge AC. Il permet notamment la recharge monophasée et triphasée lorsque le véhicule et l’installation sont compatibles. Les différents critères sont détaillés dans le guide Daze consacré au choix d’une wallbox compatible avec son véhicule électrique.

Pertes de conversion dans le chargeur embarqué

Pendant une recharge en courant alternatif, la borne fournit du courant AC, tandis que la batterie stocke du courant continu.

La conversion est réalisée dans le véhicule par le chargeur embarqué, ou On-Board Charger.

Aucun convertisseur réel n’atteint un rendement de 100 %. Une partie de l’énergie est dissipée dans :

• les semi-conducteurs ;

• les composants magnétiques ;

• les filtres ;

• l’électronique de puissance ;

• le système de refroidissement.

Le rendement n’est pas constant. Il peut varier en fonction de :

• la puissance demandée ;

• la tension ;

• le nombre de phases ;

• la température ;

• l’architecture du chargeur ;

• la stratégie de contrôle du véhicule.

Le chargeur embarqué représente ainsi l’une des principales sources de pertes pendant une recharge AC. Les essais de l’ADAC identifient également l’électronique du véhicule et le circuit d’alimentation parmi les éléments contribuant à l’écart entre l’énergie prélevée et celle stockée.

Il explique aussi pourquoi une borne plus puissante ne recharge pas nécessairement une voiture plus rapidement. Si le chargeur embarqué accepte au maximum 7,4 kW en AC, le véhicule ne profitera pas de 11 ou 22 kW, même si la borne peut les fournir.

Consommation du BMS et des calculateurs

Pour recevoir de l’énergie en toute sécurité, le véhicule doit maintenir de nombreux systèmes actifs.

Le BMS surveille notamment :

• la tension des cellules ;

• leur température ;

• le courant ;

• l’état de charge ;

• l’équilibrage du pack.

D’autres calculateurs gèrent la communication avec la borne, tandis que des contacteurs relient le circuit haute tension. Le réseau 12 V alimente les capteurs et différents modules électroniques.

Ces consommations sont souvent qualifiées d’auxiliaires ou de fixes. Cela ne signifie pas qu’elles restent parfaitement constantes, mais qu’elles n’augmentent pas nécessairement dans la même proportion que la puissance envoyée à la batterie.

Voilà pourquoi la durée de la session compte.

Si l’électronique consomme une puissance comparable pendant toute la recharge, une session de quinze heures fera peser cette consommation davantage qu’une session de cinq heures.

Dans les véhicules testés par l’ADAC, les systèmes nécessaires au pilotage de la recharge ont consommé environ 100 à 300 W. Leur impact relatif augmente donc lorsque la recharge se prolonge à faible puissance.

Énergie utilisée pour chauffer ou refroidir la batterie

Les batteries lithium-ion fonctionnent plus efficacement dans une plage de température adaptée.

Si la batterie est trop froide, le véhicule peut avoir besoin de la chauffer avant d’accepter une puissance élevée. Lorsqu’elle est très chaude, il peut activer des pompes, des ventilateurs ou le compresseur de climatisation.

La consommation dépend fortement du modèle. Certains véhicules disposent d’un circuit liquide sophistiqué, tandis que d’autres utilisent une solution plus simple.

La stratégie logicielle joue également un rôle. Le conditionnement thermique peut intervenir :

• avant le début de la recharge ;

• pendant la session ;

• au cours de ces deux phases.

Lors des essais de recharge rapide menés par l’ADAC, les pertes mesurées côté véhicule se situaient entre 1 et 4 % avec une batterie chaude. Elles atteignaient environ 6 à 10 % avec une batterie froide, principalement en raison de l’énergie consacrée à son réchauffement.

Lorsqu’un véhicule préconditionne la batterie pendant le trajet vers une borne rapide, la session peut sembler plus efficace. L’énergie utilisée pour la chauffer a cependant déjà été prélevée dans la batterie : elle n’a pas disparu du bilan global.

Résistance interne et pertes électrochimiques

Même après avoir traversé l’installation, la borne et l’électronique du véhicule, toute l’énergie arrivée aux cellules ne reste pas disponible.

Les cellules possèdent une résistance interne. Lorsque le courant les traverse, une partie de l’énergie est transformée en chaleur.

Cette résistance évolue en fonction de :

• la chimie de la batterie ;

• la température ;

• l’état de charge ;

• l’âge du pack ;

• l’intensité du courant.

À basse température, la résistance interne augmente généralement et la batterie accepte moins facilement l’énergie. À proximité de 100 %, le véhicule réduit progressivement le courant afin de protéger les cellules.

Des travaux expérimentaux du Joint Research Centre de la Commission européenne ont montré que les températures extrêmes peuvent modifier de manière importante la puissance acceptée et l’efficacité du processus de recharge.

Équilibrage des cellules en fin de recharge

Une batterie est composée de nombreuses cellules ou de groupes de cellules. Elles ne vieillissent pas toutes exactement de la même manière, ce qui peut créer de faibles écarts de tension ou de capacité.

Le BMS surveille ces différences et peut équilibrer les cellules, en particulier lorsque le niveau de charge devient élevé.

Pendant cette phase :

• la puissance peut diminuer ;

• les systèmes de contrôle restent actifs ;

• le pourcentage progresse lentement ;

• peu d’énergie utilisable supplémentaire peut être stockée ;

• l’équilibrage du pack peut se poursuivre.

Cela ne signifie pas que recharger jusqu’à 100 % est systématiquement inefficace ou déconseillé. En revanche, une session de 20 à 80 % ne doit pas être comparée directement à une session de 70 à 100 % comme si les conditions étaient identiques.

Pourquoi les pertes apparentes peuvent être surestimées

Capacité brute, nette et utilisable

La capacité d’une batterie peut être présentée de plusieurs façons.

La capacité brute correspond à la capacité théorique totale du pack. La capacité nette ou utilisable désigne la part réellement accessible au conducteur.

Des marges de protection, ou buffers, sont généralement conservées en haut et en bas de la batterie afin d’éviter que les cellules n’atteignent leurs limites physiques.

Si une voiture dispose de 64 kWh bruts mais de seulement 60 kWh utilisables, multiplier la variation du pourcentage par 64 produira une estimation incorrecte.

Pour calculer les pertes, il faut donc utiliser autant que possible la capacité utilisable actuelle, et non simplement la valeur la plus visible dans la documentation commerciale.

Pourquoi le SoC n’est pas une mesure directe de l’énergie

Le BMS doit convertir un comportement électrochimique complexe en une information facile à comprendre.

L’estimation est suffisamment fiable pour conduire et planifier un déplacement. Elle n’est toutefois pas conçue pour remplacer un compteur énergétique.

La relation entre le pourcentage affiché et les kWh stockés peut par ailleurs ne pas être parfaitement linéaire sur toute la plage de la batterie.

Ce point a peu d’importance au quotidien. Il devient beaucoup plus visible lorsqu’on essaie de calculer une perte de 5 ou 10 % à partir de valeurs arrondies.

L’effet de l’arrondi sur le résultat

Prenons une batterie disposant de 60 kWh utilisables.

Un point de pourcentage représente théoriquement 0,6 kWh.

Si la valeur initiale est arrondie vers le bas et la valeur finale vers le haut, l’erreur cumulée peut dépasser 1 kWh.

Sur une petite session de 10 kWh, cette incertitude représenterait déjà environ 10 %.

Une mesure effectuée entre 20 et 80 % sera donc généralement plus représentative qu’un essai entre 50 et 60 %.

Dégradation et capacité réellement disponible

La capacité utilisable diminue normalement de manière progressive avec le temps et les cycles.

Un véhicule qui proposait 60 kWh lorsqu’il était neuf peut en mettre légèrement moins à disposition après plusieurs années.

Si l’on continue à utiliser la capacité d’origine dans le calcul, l’estimation de l’énergie stockée sera faussée.

Pour une observation générale, une capacité actuelle estimée peut suffire. Une analyse plus précise nécessite des données de diagnostic sur le State of Health de la batterie.

Le compteur, la borne et l’application ne mesurent pas forcément la même chose

Les différents systèmes peuvent afficher des chiffres qui semblent comparables, alors qu’ils décrivent des étapes différentes.

Le compteur principal peut inclure :

• la borne ;

• le circuit jusqu’au garage ;

• les autres consommations du logement.

La borne peut afficher :

• l’énergie entrant dans l’appareil ;

• l’énergie envoyée au véhicule ;

• la consommation d’une session précise ;

• des valeurs arrondies.

L’application du véhicule peut présenter :

• l’état de charge ;

• l’énergie ajoutée estimée ;

• l’autonomie récupérée ;

• la consommation de certains systèmes ;

• des informations actualisées avec un délai.

Comparer ces valeurs sans connaître leur périmètre revient un peu à comparer un prix hors taxes à un montant toutes taxes comprises. Les deux peuvent être corrects sans représenter la même chose.

Précision des compteurs et délai de mise à jour

Chaque instrument possède une précision, une résolution et une fréquence de mise à jour.

Un compteur dédié peut fournir une lecture détaillée, tandis qu’une application n’affiche parfois que des valeurs entières ou arrondies au dixième de kWh.

Avant d’effectuer une comparaison, il faut vérifier que :

• la session est bien terminée ;

• l’application a été actualisée ;

• les deux lectures concernent la même période ;

• l’unité est identique ;

• aucun autre intervalle de consommation n’est inclus.

Les autres consommations du logement

Relever le compteur principal avant et après la recharge paraît simple. Pourtant, le logement continue à consommer de l’électricité pendant toute cette période.

Si une maison maintient une consommation moyenne de 300 W pendant une session de huit heures, le compteur enregistre 2,4 kWh qui n’ont rien à voir avec le véhicule.

Cet écart peut provenir de :

• réfrigérateur ;

• box internet ;

• éclairage ;

• pompe à chaleur ;

• chauffe-eau ;

• four ;

• plaques de cuisson ;

• batterie domestique ;

• appareils en veille.

Une mesure dédiée au circuit de recharge est donc beaucoup plus fiable.

Préconditionnement et fonctions du véhicule

Lorsqu’elle est branchée, la voiture peut utiliser l’électricité du réseau pour :

• chauffer ou rafraîchir l’habitacle ;

• dégivrer ou désembuer les vitres ;

• maintenir la batterie à température ;

• alimenter des fonctions de surveillance ;

• gérer la connectivité et les logiciels.

Cette énergie est réellement consommée. Elle ne doit cependant pas être automatiquement considérée comme une perte de conversion.

Tout dépend de la question posée.

Pour calculer uniquement le rendement du stockage, ces fonctions doivent être désactivées ou enregistrées séparément.

Pour connaître le coût énergétique total d’utilisation du véhicule, elles doivent au contraire être incluses.

De quoi dépend le rendement de la recharge ?

Puissance de recharge et rendement de conversion

Un convertisseur ne fonctionne pas avec le même rendement à toutes les puissances.

Lorsque la puissance est très faible, une partie des consommations électroniques reste presque constante alors que moins d’énergie est transférée chaque heure. Leur poids relatif augmente.

À l’inverse, une intensité plus élevée accroît également les pertes résistives dans le câblage.

Il serait donc incorrect d’affirmer que recharger toujours à la puissance maximale est automatiquement la solution la plus efficace.

Le point de fonctionnement optimal dépend notamment :

• du chargeur embarqué ;

• de l’installation électrique ;

• du nombre de phases ;

• de la température ;

• de la gestion thermique ;

• du modèle de véhicule.

Pourquoi une recharge très lente peut perdre davantage d’énergie

Supposons que les systèmes auxiliaires du véhicule consomment en moyenne 200 W pendant la recharge.

En cinq heures, ils utilisent environ 1 kWh.

En quinze heures, ils en consomment environ 3.

La batterie peut recevoir la même quantité d’énergie, mais le poids relatif de l’électronique est beaucoup plus élevé pendant la session longue.

Cet effet explique en partie pourquoi une recharge sur prise domestique peut présenter des pertes plus importantes qu’une borne dédiée.

Dans les essais de l’ADAC, les pertes globales mesurées sur une prise domestique se situaient approximativement entre 10 et 30 %, contre environ 5 à 10 % avec une borne de 11 kW pour les véhicules étudiés. Ces chiffres décrivent des essais précis et ne constituent pas des seuils universels.

En France, il faut également distinguer la prise domestique classique, la prise renforcée adaptée à la recharge répétée et la borne dédiée. Les équipements de recharge non ouverts au public et limités à 3,7 kW peuvent utiliser une prise déclarée adaptée à cet usage, dans les conditions prévues par la réglementation.

Durée de la session et consommations fixes

Le temps de recharge ne dépend pas uniquement de la puissance nominale.

Il est aussi influencé par :

• l’énergie à ajouter ;

• le SoC initial et final ;

• la température ;

• les limites du véhicule ;

• la puissance souscrite disponible ;

• la gestion dynamique ;

• les interruptions ;

• la réduction de puissance en fin de charge.

Deux sessions qui ajoutent la même quantité d’énergie peuvent donc afficher des rendements différents.

Une prise à faible puissance peut suffire à certains usages occasionnels, mais une borne dédiée réduit généralement la durée pendant laquelle les systèmes auxiliaires restent actifs.

Installation monophasée et triphasée

La majorité des logements français sont alimentés en monophasé à 230 V, même si le triphasé reste présent dans certaines maisons, exploitations, ateliers ou bâtiments ayant des besoins électriques importants.

En monophasé :

• 16 A correspondent à environ 3,7 kW ;

• 32 A correspondent à environ 7,4 kW.

En triphasé à 400 V entre phases :

• 16 A permettent environ 11 kW ;

• 32 A permettent environ 22 kW.

Répartir la puissance sur trois phases réduit le courant dans chaque conducteur pour une même puissance totale. Le rendement final dépend cependant de l’architecture du chargeur embarqué.

Tous les véhicules n’acceptent pas la recharge triphasée et tous les logements n’en ont pas besoin. Il faut aussi tenir compte de l’équilibrage des phases et de la puissance souscrite.

Température de la batterie en hiver

Une batterie froide peut ne pas être prête à accepter une puissance élevée.

Le véhicule peut alors :

• limiter le courant ;

• activer le chauffage de la batterie ;

• prolonger la session ;

• maintenir les pompes et calculateurs actifs plus longtemps.

Des pertes plus importantes en hiver ne signifient donc pas nécessairement qu’un composant est défectueux.

Lorsque cela s’intègre naturellement aux habitudes, commencer la recharge après avoir roulé peut être avantageux, car la batterie conserve une partie de sa chaleur.

Refroidissement pendant les périodes chaudes

La chaleur peut également augmenter les consommations auxiliaires.

Pendant une recharge à puissance élevée, les cellules et l’électronique produisent de la chaleur. Le véhicule peut activer :

• les pompes du circuit de refroidissement ;

• les ventilateurs ;

• le compresseur de climatisation.

Cette consommation supplémentaire permet de maintenir la batterie dans une plage sûre.

Réduire ou désactiver la gestion thermique ne serait pas une manière pertinente d’améliorer le rendement. Elle protège la sécurité, les performances et la durée de vie du pack.

État de charge initial et final

Dans la partie centrale de sa capacité, la batterie accepte généralement l’énergie de manière plus stable.

En approchant de la limite supérieure, le BMS réduit progressivement le courant.

La dernière phase peut donc :

• durer plus longtemps ;

• maintenir les systèmes auxiliaires actifs ;

• exiger un contrôle plus précis ;

• comprendre l’équilibrage des cellules.

Recharger jusqu’à 100 % peut être nécessaire avant un trajet ou recommandé périodiquement pour certaines chimies. Il faut simplement comprendre qu’une telle session n’est pas directement comparable à une recharge arrêtée à 80 %.

Interruptions et redémarrages

Une session stable permet à la voiture et à la borne de fonctionner sans transitions répétées.

Chaque redémarrage peut nécessiter :

• l’ouverture puis la fermeture des contacteurs ;

• une nouvelle communication ;

• des contrôles de sécurité ;

• la réactivation des calculateurs ;

• le redémarrage de la gestion thermique.

La consommation liée à chaque événement est faible, mais elle peut devenir visible lorsque la recharge est divisée en de nombreux intervalles courts.

Pilotage dynamique et variations de puissance

Adapter la puissance de recharge est utile pour éviter que l’ensemble des consommations dépasse la puissance souscrite.

Le rendement peut toutefois diminuer si la puissance reste longtemps proche du minimum accepté par le véhicule ou franchit régulièrement ce seuil.

Cela peut entraîner :

• des pauses fréquentes ;

• des redémarrages ;

• une session plus longue ;

• un fonctionnement moins efficace du chargeur embarqué ;

• une plus forte incidence des consommations fixes.

L’objectif n’est pas de supprimer la modulation, mais de la rendre stable.

En France, le pilotage permet également de déplacer la recharge vers les heures creuses et d’éviter une augmentation inutile de la puissance souscrite. Enedis souligne que ces systèmes peuvent lancer la recharge au moment le plus favorable et ajuster la puissance pour prévenir les déclenchements.

Un système de gestion de l’énergie peut coordonner la borne avec les autres usages du logement, le photovoltaïque et les contraintes du réseau.

Recharge photovoltaïque avec une production variable

La recharge solaire introduit un compromis intéressant.

Suivre chaque variation de la production photovoltaïque permet d’augmenter l’autoconsommation. Cela peut toutefois maintenir la voiture à très faible puissance ou interrompre la session lorsque des nuages réduisent la production.

Le rendement technique peut alors diminuer légèrement. Pourtant, l’utilisation d’une énergie produite sur place peut rester plus avantageuse économiquement et énergétiquement.

Une session affichant 88 % de rendement avec du surplus solaire peut coûter moins cher qu’une recharge à 92 % reposant entièrement sur l’électricité achetée au réseau.

Le rendement et l’économie ne sont donc pas exactement la même chose.

Le guide Daze consacré à la recharge d’une voiture électrique avec des panneaux solaires explique comment coordonner production, autoconsommation et recharge.

Pourquoi deux voitures affichent des pertes différentes

La borne ne représente qu’une partie du système.

Deux véhicules branchés au même équipement peuvent avoir :

• des chargeurs embarqués différents ;

• des batteries de technologies et de capacités différentes ;

• des stratégies thermiques distinctes ;

• des consommations auxiliaires différentes ;

• un logiciel de gestion propre ;

• une compatibilité monophasée ou triphasée différente.

Utiliser le même câble, la même borne et la même puissance nominale ne garantit donc pas le même rendement.

La comparaison la plus utile consiste souvent à suivre le même véhicule dans le temps, avec le même point de mesure et dans des conditions similaires.

Pertes en AC et en DC : ce qui change réellement

Ce que comprend une mesure en courant alternatif

Pendant une recharge AC, la borne fournit du courant alternatif et indique au véhicule l’intensité disponible.

La conversion en courant continu est réalisée à bord de la voiture.

L’énergie mesurée par la borne comprend donc généralement :

• l’énergie envoyée au véhicule ;

• les pertes du chargeur embarqué ;

• la consommation des calculateurs ;

• la gestion thermique ;

• les pertes internes de la batterie.

Si le compteur est situé en amont de la borne, il peut également inclure la consommation de celle-ci et les pertes du circuit d’alimentation.

Où se produit la conversion pendant une recharge DC

Sur une borne rapide DC, la conversion du courant alternatif en courant continu est effectuée dans l’infrastructure.

La batterie reçoit donc directement du courant continu sans utiliser le chargeur AC embarqué.

Les pertes de conversion ne disparaissent pas : elles sont déplacées du véhicule vers la borne.

La valeur affichée à l’utilisateur dépend de l’endroit où l’énergie est mesurée. La station peut indiquer les kWh DC envoyés au véhicule, alors que sa consommation totale sur le réseau est supérieure.

Quels systèmes du véhicule restent actifs

Pendant une recharge DC, les éléments suivants continuent de fonctionner :

• BMS ;

• calculateurs ;

• contacteurs ;

• capteurs ;

• réseau 12 V ;

• pompes ;

• chauffage ou refroidissement ;

• systèmes de communication.

À puissance élevée, le refroidissement peut devenir important. Avec une batterie froide, son chauffage peut dominer la première partie de la session.

Pourquoi les pourcentages AC et DC ne sont pas directement comparables

Une mesure AC et une mesure DC peuvent utiliser des périmètres différents.

En AC, on peut mesurer l’énergie entrant dans la borne.

En DC, on peut mesurer l’énergie sortant de la station après la conversion.

La première mesure inclut les pertes du chargeur embarqué ; la seconde peut exclure les pertes de conversion de la station.

La puissance, la durée, la température, le SoC et la précision du compteur peuvent également différer.

Affirmer qu’une recharge DC ne présente aucune perte serait donc incorrect.

L’article Daze sur les différences entre une borne AC et une borne DC approfondit le rôle de chaque architecture.

Comment calculer les pertes de recharge

Les données nécessaires

Pour calculer le rendement, il faut disposer de deux valeurs correspondant à la même session :

1. l’énergie mesurée au point d’entrée choisi ;

2. l’énergie réellement stockée dans la batterie.

La première peut être mesurée de manière assez précise par la borne ou par un compteur dédié.

La seconde est plus difficile à obtenir. En l’absence de données de diagnostic, elle est généralement estimée à partir de la capacité utilisable et de la variation du SoC.

Formule pour calculer les kWh non stockés

Énergie non stockée = énergie prélevée − énergie stockée

Exemple :

• énergie prélevée : 30 kWh ;

• énergie stockée : 27 kWh ;

• énergie non stockée : 3 kWh.

Ces 3 kWh comprennent toutes les pertes et consommations situées entre les deux points de mesure.

Formule pour calculer le pourcentage de perte

Pertes de recharge en % = [(énergie prélevée − énergie stockée) ÷ énergie prélevée] × 100

Dans l’exemple :

[(30 − 27) ÷ 30] × 100 = 10 %

Formule du rendement

Rendement de recharge en % = (énergie stockée ÷ énergie prélevée) × 100

Dans l’exemple :

27 ÷ 30 × 100 = 90 %

Comment vérifier le résultat

Lorsque les deux pourcentages sont calculés par rapport à l’énergie d’entrée :

Rendement + pertes = 100 %

Un rendement de 90 % correspond donc à des pertes de 10 %.

Pourquoi le dénominateur est important

Certains calculs divisent l’écart par l’énergie stockée et non par l’énergie prélevée.

Avec 30 kWh en entrée et 27 kWh stockés :

• pertes par rapport à l’énergie d’entrée : 10 % ;

• écart par rapport à l’énergie stockée : environ 11,1 %.

Les deux calculs sont mathématiquement corrects, mais ils ne décrivent pas le même indicateur.

Pour parler de rendement du réseau à la batterie, il faut utiliser l’énergie d’entrée comme dénominateur.

Estimer l’énergie stockée à partir du SoC

Lorsqu’aucune mesure directe n’est disponible :

Énergie stockée estimée = capacité utilisable actuelle × augmentation du SoC

Exemple :

• capacité utilisable : 60 kWh ;

• SoC initial : 30 % ;

• SoC final : 80 % ;

• variation : 50 %.

Énergie stockée estimée :

60 × 0,50 = 30 kWh

Si la borne mesure 33 kWh, les pertes estimées sont de 3 kWh, soit environ 9,1 %.

Les limites de cette estimation

Le résultat reste approximatif, car il dépend de :

• la capacité réellement utilisable ;

• la dégradation ;

• la température ;

• l’arrondi de l’affichage ;

• la calibration du BMS ;

• le caractère éventuellement non linéaire du SoC ;

• les autres consommations pendant la session.

La méthode est utile pour observer une tendance, mais pas pour certifier le rendement exact d’un véhicule.

Exemple complet de calcul

Considérons une voiture dont la capacité utilisable estimée est de 60 kWh.

La session commence à 10 % et se termine à 90 %, soit une augmentation de 80 %.

La borne mesure 53,5 kWh.

Énergie théoriquement stockée

60 kWh × 0,80 = 48 kWh

Énergie non stockée

53,5 − 48 = 5,5 kWh

Pourcentage de perte

5,5 ÷ 53,5 × 100 = environ 10,3 %

Rendement estimé

48 ÷ 53,5 × 100 = environ 89,7 %

Les deux pourcentages totalisent 100 %.

L’effet d’une erreur d’un point de pourcentage

Sur une batterie de 60 kWh, un point de pourcentage correspond théoriquement à 0,6 kWh.

Si les lectures initiale et finale sont toutes deux arrondies de manière défavorable, l’estimation peut varier de plus de 1 kWh.

La perte réelle pourrait donc être plus proche de 4,5 ou de 6,5 kWh, et non exactement de 5,5 kWh.

Le calcul reste utile, mais sa précision réelle n’est pas forcément celle que suggère la présence d’une décimale.

Comment mesurer les pertes chez soi

Toujours utiliser le même point de mesure

Par ordre de pertinence, il est possible d’utiliser :

1. un compteur dédié au circuit de recharge ;

2. le compteur intégré à la borne ;

3. un système de suivi énergétique du logement ;

4. le compteur général.

La dernière option est la moins précise, car elle inclut les autres consommations.

Choisir une variation de SoC suffisamment large

Pour réduire l’effet des arrondis, il est préférable de mesurer une variation de plusieurs dizaines de points.

Une session de 20 à 80 % est généralement plus représentative qu’une session de 50 à 60 %.

Il n’est pas nécessaire de décharger complètement la batterie ou de la porter à 100 % uniquement pour réaliser un test.

Enregistrer les conditions

Il peut être utile de noter :

• la date ;

• la température extérieure ;

• le SoC initial et final ;

• la puissance utilisée ;

• la durée ;

• les kWh mesurés ;

• les éventuelles interruptions ;

• la climatisation ou le préchauffage ;

• l’utilisation récente du véhicule.

Il n’est pas nécessaire de recréer un laboratoire. Il suffit de recueillir les données de manière cohérente.

Exclure les consommations sans rapport avec le stockage

Pour analyser uniquement le rendement de la recharge, il est préférable de désactiver ou de noter séparément :

• le chauffage ou la climatisation programmés ;

• le dégivrage ;

• les fonctions de surveillance énergivores ;

• certains services connectés facultatifs.

La gestion thermique automatique de la batterie doit en revanche rester active. Elle fait partie du processus normal et sécurisé.

Répéter le test

Une seule session peut être influencée par :

• un froid intense ;

• l’équilibrage des cellules ;

• une mise à jour logicielle ;

• une interruption ;

• une erreur de lecture ;

• une activité auxiliaire inhabituelle.

Trois sessions comparables ou davantage permettent d’obtenir une moyenne plus utile.

Ne modifier qu’une variable à la fois

Pour comparer deux puissances, il faut conserver des conditions similaires :

• même véhicule ;

• plage de SoC comparable ;

• température proche ;

• même compteur ;

• absence de climatisation ;

• sessions continues.

Modifier simultanément la puissance, la température et le niveau de charge empêcherait d’identifier la cause de l’écart.

Quel pourcentage de perte peut être considéré comme normal ?

Il n’existe pas de valeur universelle valable pour toutes les voitures et toutes les sessions.

Le résultat dépend :

• du modèle ;

• du point de mesure ;

• de la puissance ;

• de la durée ;

• de la température ;

• du SoC ;

• de l’installation ;

• de la méthode de calcul.

Dans les essais AC de l’ADAC portant sur quatre véhicules, les pertes mesurées avec une borne de 11 kW se situaient approximativement entre 6,3 et 9,7 %. Les pertes observées sur prise domestique étaient sensiblement plus importantes.

Ces valeurs constituent des repères, pas des seuils permettant de diagnostiquer automatiquement tous les véhicules.

Il est souvent plus utile de comparer la voiture avec son propre historique.

Un rendement de 90 % peut être parfaitement normal. Si le même véhicule atteignait auparavant 95 % dans des conditions équivalentes, la variation mérite néanmoins d’être observée.

Comment analyser des pertes anormalement élevées

Vérifier les données avant le matériel

Avant de chercher une panne, il faut confirmer que :

• les deux lectures correspondent à la même session ;

• la capacité nette a été utilisée ;

• le SoC a été relevé correctement ;

• les autres consommations ont été exclues ;

• les applications ont été actualisées ;

• la formule utilise le bon dénominateur.

De nombreuses anomalies apparentes s’expliquent à cette étape.

Comparer des sessions à température similaire

Si les pertes augmentent uniquement en hiver, le chauffage de la batterie constitue une explication plausible.

Si elles progressent pendant les fortes chaleurs ou après une conduite exigeante, le refroidissement peut être en cause.

Examiner la durée et l’historique de puissance

Une recharge plus longue que d’habitude peut être liée à :

• une intensité limitée ;

• une puissance insuffisante ;

• le pilotage dynamique ;

• des interruptions ;

• un problème de communication ;

• une phase finale prolongée.

Plus les systèmes du véhicule restent actifs, plus leur consommation totale augmente.

Rechercher des interruptions répétées

L’historique de la borne peut faire apparaître des arrêts provoqués par :

• une modulation trop agressive ;

• une production photovoltaïque irrégulière ;

• des pertes de communication ;

• des perturbations du réseau ;

• des limites fixées par la voiture.

Comparer la borne avec un compteur dédié

Si le compteur situé avant la borne enregistre systématiquement davantage d’énergie que la borne elle-même, l’écart peut provenir :

• du câblage ;

• de la consommation propre de la borne ;

• de la précision des instruments ;

• de périmètres de mesure différents.

Si les deux valeurs correspondent mais que la batterie semble recevoir beaucoup moins, l’origine se situe probablement en aval ou dans l’estimation de l’énergie stockée.

Signes d’un problème électrique

Il est conseillé de demander un contrôle en présence de :

• chute de tension excessive ;

• câbles ou connexions très chauds ;

• puissance instable ;

• odeur inhabituelle ;

• traces de décoloration ;

• déformation ;

• erreurs répétées ;

• même anomalie avec plusieurs véhicules.

En cas d’échauffement important ou de dommage visible, la recharge doit être interrompue.

La norme NF C 15-100 prévoit un circuit spécialisé pour la recharge. En outre, l’installation d’une infrastructure de recharge d’une puissance supérieure à 3,7 kW doit être réalisée par un professionnel disposant de la qualification IRVE requise.

Le guide Daze sur les points à vérifier avant l’installation d’une borne approfondit la puissance disponible, les protections et l’état du tableau électrique.

Éventuel problème du véhicule

L’origine peut se situer dans la voiture lorsque :

• le comportement se répète sur plusieurs bornes ;

• la puissance est limitée sans raison évidente ;

• des messages d’erreur apparaissent ;

• la gestion thermique fonctionne anormalement longtemps ;

• la batterie 12 V présente des problèmes ;

• le changement suit une panne ou une mise à jour.

Dans ce cas, une lecture des kWh ne permet pas à elle seule d’identifier le composant responsable. Un diagnostic électronique peut être nécessaire.

Comment réduire les pertes pendant la recharge à domicile

Utiliser une installation correctement dimensionnée

La longueur du circuit, la section des conducteurs, les protections et les raccordements doivent être adaptés à l’intensité prévue.

Une installation conforme permet à la fois de maintenir les pertes sous contrôle et de garantir une recharge sûre.

Pour les points de recharge supérieurs à 3,7 kW, le recours à un installateur qualifié IRVE est obligatoire en France, sous réserve des exceptions prévues par les textes.

Maintenir les câbles et connecteurs en bon état

Il est utile de vérifier régulièrement :

• la propreté ;

• l’usure ;

• les dommages ;

• le jeu dans les raccordements ;

• les échauffements anormaux.

Un mauvais contact ne réduit pas seulement le rendement : il peut aussi compromettre la sécurité.

Éviter une puissance inutilement faible

Réduire le courant peut être pertinent lorsque :

• la puissance souscrite est limitée ;

• d’autres équipements consomment beaucoup ;

• la recharge suit la production solaire.

Maintenir systématiquement la puissance au minimum, même lorsque cela n’est pas nécessaire, peut prolonger la session et augmenter le poids des consommations auxiliaires.

La puissance la plus adaptée n’est pas forcément la plus élevée disponible. Elle doit correspondre au véhicule, à l’installation et aux habitudes d’utilisation.

Privilégier des sessions stables

Lorsque cela est possible, une recharge continue est préférable à une succession de très courts intervalles.

Un bon pilotage doit éviter les dépassements de puissance sans provoquer des redémarrages constants.

Profiter d’une batterie déjà tempérée en hiver

Commencer la recharge après avoir roulé peut réduire l’énergie nécessaire au réchauffement du pack.

Ce n’est pas une obligation, mais cette stratégie peut améliorer le rendement lorsqu’elle s’intègre facilement à la routine.

Distinguer le préconditionnement des pertes de conversion

Chauffer l’habitacle pendant que la voiture est branchée peut être confortable et pertinent.

Lorsqu’on analyse le rendement du stockage, cette énergie doit cependant être classée comme consommation de climatisation, et non comme perte de conversion.

Programmer la recharge en heures creuses

Lorsque le contrat d’électricité comprend une option heures pleines/heures creuses, programmer la recharge pendant les plages les moins chères peut réduire la facture.

Ce choix ne modifie pas forcément le rendement technique, mais il améliore le coût réel de la session.

Enedis recommande également le pilotage pour déplacer la recharge et limiter la nécessité d’augmenter la puissance souscrite.

Stabiliser la recharge photovoltaïque

Une stratégie solaire efficace peut utiliser :

• des seuils minimaux ;

• des périodes de lissage ;

• une puissance stable ;

• un léger appoint du réseau lorsque cela est pertinent.

Dans certains cas, prélever une petite quantité d’énergie sur le réseau pour éviter des interruptions constantes permet d’utiliser plus efficacement le surplus photovoltaïque.

Ne pas optimiser uniquement le pourcentage de rendement

La session affichant le moins de pertes n’est pas toujours la meilleure.

Une recharge légèrement moins efficace peut rester préférable si elle :

• utilise un surplus solaire ;

• évite d’augmenter la puissance souscrite ;

• respecte les horaires de l’utilisateur ;

• protège la température de la batterie ;

• garantit la disponibilité du véhicule.

Le bon choix doit équilibrer rendement, coût, sécurité et confort.

Comment les pertes influencent-elles le coût réel ?

Consommation du véhicule et consommation du réseau

L’ordinateur de bord estime l’énergie utilisée pendant la conduite.

La facture d’électricité reflète ce qui a été prélevé sur le réseau.

Entre les deux se trouvent :

• les pertes de recharge ;

• les consommations auxiliaires ;

• la gestion thermique ;

• le préconditionnement ;

• la consommation de la borne.

Pour calculer le coût réel du véhicule, il est donc plus pertinent d’utiliser la consommation mesurée depuis le réseau.

Coût d’une session

Coût de la session = kWh prélevés × prix réel du kWh

Si la borne mesure 40 kWh et que l’électricité coûte, uniquement à titre d’exemple, 0,25 €/kWh :

40 × 0,25 = 10 €

Le tarif doit être appliqué à l’énergie prélevée, et non seulement à l’énergie estimée dans la batterie.

Coût de l’énergie non stockée

Si 40 kWh sont prélevés et que 36 kWh sont stockés, l’écart est de 4 kWh.

Avec un prix illustratif de 0,25 €/kWh :

4 × 0,25 = 1 €

Cela ne signifie pas que cet euro a été entièrement gaspillé. Une partie a alimenté des systèmes indispensables.

De la consommation batterie à la consommation réelle

Si le véhicule utilise 17 kWh/100 km depuis la batterie et si le rendement moyen de recharge est de 90 % :

17 ÷ 0,90 = environ 18,9 kWh/100 km prélevés sur le réseau

Avec un tarif hypothétique de 0,25 €/kWh :

18,9 × 0,25 = environ 4,73 € pour 100 km

Le résultat réel dépend de l’offre d’électricité, de la période tarifaire, de la température et des conditions de recharge.

Pour une vision plus large, le guide sur le coût d’utilisation d’une voiture électrique analyse les autres dépenses à prendre en compte.

Impact annuel

Supposons que la batterie reçoive 2 500 kWh en un an et que le rendement moyen soit de 90 %.

L’énergie prélevée sur le réseau sera :

2 500 ÷ 0,90 = environ 2 778 kWh

L’écart représente environ 278 kWh.

Avec un prix illustratif de 0,25 €/kWh :

278 × 0,25 = 69,50 € par an

Il s’agit d’un exemple mathématique. Le montant réel dépend du fournisseur, de l’offre, des heures de recharge et de l’éventuelle production photovoltaïque.

Pourquoi la session la plus efficace n’est pas toujours la moins chère

Une recharge nocturne peut présenter un excellent rendement tout en utilisant uniquement de l’énergie achetée au réseau.

Une session solaire peut être légèrement moins efficace mais exploiter un surplus qui aurait autrement été injecté.

De même, augmenter la puissance peut réduire certaines pertes sans être économiquement intéressant si cela impose une hausse durable de la puissance souscrite.

Le coût final dépend donc de plusieurs éléments :

• rendement ;

• prix du kWh ;

• heures pleines et heures creuses ;

• puissance souscrite ;

• autoconsommation ;

• disponibilité du véhicule.

Ce que révèle réellement l’écart entre le compteur et la batterie

Le compteur affiche davantage de kWh parce qu’il mesure l’ensemble du processus, et non uniquement l’énergie conservée dans les cellules.

Une partie de l’écart est inévitable. La conversion, les communications, les contrôles de sécurité et la gestion thermique sont nécessaires pour recharger correctement le véhicule.

D’autres inefficacités peuvent être réduites grâce à :

• une installation correctement dimensionnée ;

• une puissance adaptée ;

• des sessions stables ;

• une gestion intelligente de l’énergie ;

• des mesures cohérentes.

Avant de s’inquiéter des prétendus kWh disparus, il faut vérifier que les chiffres comparés concernent bien la même session et la même partie du parcours énergétique.

Une fois le périmètre de mesure clairement défini, les pertes de recharge cessent d’être mystérieuses. Elles deviennent une information utile pour mieux connaître son véhicule, maîtriser le coût réel et améliorer l’efficacité de la recharge quotidienne.