Véhicules éléctriques: santé et dégradation des batteries

Actuellement, le secteur du transport et de la logistique traverse une transition majeure visant à adopter des pratiques plus durables.  Cela est surtout mis en évidence par une transition généralisée vers les véhicules électriques (VE). En effet, l'électrification des flottes progresse à un rythme exponentiel, et cette tendance ne fera que s'intensifier à mesure que l'urgence de la crise climatique mondiale s'accroît. Au lieu d'être une perspective lointaine, cette situation est désormais une réalité actuelle, exigeant une action immédiate.

Cette préoccupation est particulièrement pertinente pour les parcs automobiles, car en 2021, le secteur des transports était le principal émetteur de gaz à effet de serre (GES) en France, représentant 31 % des émissions totales (source). Toutefois, depuis la publication de ces chiffres par le gouvernement français, les émissions globales ont considérablement diminué. Il est donc clair que les gestionnaires de flotte réagissent de manière proactive, contribuant ainsi à un changement significatif.

Toutefois, l'avènement de ces solutions de transport modernes a introduit de nouvelles incertitudes pour les gestionnaires de flotte, notamment en ce qui concerne la durabilité et la dégradation des batteries alimentant les véhicules électriques. Cette problématique est similaire à celle que l'on rencontre avec les batteries de téléphones qui perdent en capacité avec le temps, ce qui soulève des questions sur la durabilité à long terme des batteries de véhicules électriques et son impact sur l'efficacité globale de la flotte. Dans ce guide, nous avons compilé des réponses aux questions les plus pertinentes que se posent actuellement les gestionnaires de flotte.

Qu'est-ce que la dégradation de la batterie ?

Pour le dire simplement, la dégradation de la batterie se produit lorsque la quantité d'énergie qu'une batterie peut stocker diminue de manière permanente, entraînant une diminution de sa capacité de puissance. Cette dégradation est inévitable car elle est un processus naturel, principalement causé par des réactions chimiques et physiques qui se produisent à l'intérieur des cellules de la batterie.

Comprendre l'état de santé (SOH) de la batterie

Le terme « état de santé » (EdS ou SOH - State of Health) désigne l'état particulier d'une batterie, et ce pourcentage calculé fait référence à la quantité de kilowattheures (kWhs) qu'elle est capable de fournir. Une batterie commence généralement son cycle de vie avec un SOH de 100 %, qui diminue progressivement avec le temps.

Par exemple, une batterie de 60 kWh avec un SOH de 90 % offre les mêmes performances qu'une batterie neuve de 54 kWh. Les kilowattheures (kWh) disponibles ne représentent pas nécessairement la distance exacte qu'un véhicule électrique (VE) peut parcourir, car plusieurs facteurs influencent cette autonomie, notamment le comportement au volant, la charge transportée, l'utilisation des équipements auxiliaires, le niveau de charge de la batterie, le nombre de cycles de charge, ainsi que l'environnement dans lequel le conducteur de la flotte évolue.

Les deux types de vieillissement des batteries

La dégradation de la batterie survient de deux manières, connues sous les noms de vieillissement calendaire et de vieillissement cyclique.

Le vieillissement calendaire se produit progressivement lorsque la batterie reste inactive et est influencée par des facteurs tels que la température, l'état de charge et la durée de stockage. En revanche, le vieillissement cyclique se produit lors des cycles de charge et de décharge de la batterie. Ces deux processus de vieillissement sont inévitables.

Les gestionnaires de flotte sont particulièrement concernés, car une batterie de véhicule électrique est généralement considérée comme en fin de vie lorsque sa capacité de stockage d'énergie descend à 70 %. Cependant, de nombreux véhicules électriques continuent de fonctionner normalement au-delà de ce seuil, parfois pendant près de 10 ans. Par ailleurs, des garanties pour les batteries de véhicules électriques couvrent souvent plusieurs années.

Combien de temps dure une batterie de VE ?

Poser la question de la durée de vie des batteries de véhicules électriques (VE) est parfaitement légitime, mais il est peu probable d'obtenir une réponse directe. En effet, de nombreux facteurs influencent la longévité d'une batterie de VE. C'est pourquoi les garanties fixes ou les estimations de kilométrage sont souvent utilisées pour répondre partiellement à cette question.

Les facteurs qui contribuent au taux de dégradation d'une batterie électrique incluent la fréquence d'utilisation, le style de conduite (vitesse moyenne, utilisation des freins, etc.), les conditions environnementales, le niveau de charge habituel de la batterie, son âge et la fréquence des cycles de charge et de décharge. 

Par conséquent, la santé future d'une batterie au lithium-ion varie d'un cas à l'autre et ne peut être déterminée que sur une base individuelle. Cependant, en général, une utilisation raisonnable plutôt que sévère du véhicule électrique prolongera sa durée de vie.

Les voitures électriques perdent-elles en autonomie au fil du temps ?

Oui, les véhicules électriques perdent de l'autonomie au fil du temps en raison de la dégradation de leur batterie. Cependant, avec un taux de dégradation moyen de seulement 1,8 % par an, les VE devraient conserver la majeure partie de leur autonomie pendant plus d'une décennie, ce qui les rend fiables et intéressants sur le long terme pour les gestionnaires de flotte.

Quels sont les facteurs influençant la durée de vie des batteries?

Les véhicules électriques à batterie et hybrides rechargeables modernes fonctionnent principalement avec des piles lithium-ion. C’est une grande performance et une batterie durable. Plusieurs facteurs jouent cependant sur la durée de vie de ces batteries :

L'âge et les cycles de charge

Toutes les piles se dégradent avec le temps, réduisant leur capacité. Chaque cycle de charge/décharge impacte la capacité à la marge. Étonnamment, les recherches montrent que les véhicules électriques beaucoup utilisés ne subissent pas une dégradation beaucoup plus importante de leur batterie que les véhicules qui roulent peu. C'est une nouvelle encourageante pour les flottes, car plus souvent ils roulent, plus les véhicules électriques deviennent financièrement intéressants.

L'impact de la température sur la durée de vie

La chaleur ou le froid extrêmes accélèrent l'usure, ce qui rend d'autant plus importante une bonne gestion thermique. Les batteries de VE exposées à des températures élevées se détériorent plus rapidement que celles fonctionnant dans des climats plus frais. Par exemple, la batterie d'un VE en Arizona aura une durée de vie plus courte que celle du même modèle de véhicule en Norvège.

L'état de charge optimal

Maintenir la charge entre 20 et 80 % réduit la pression sur la batterie et prolonge sa durée de vie. Faire tourner une batterie presque pleine ou vide peut réduire sa durée de vie.

Les modes de charge : CA vs CC

Le recours fréquent à la charge rapide en CC peut dégrader les batteries plus rapidement que la charge en AC, plus lente. En particulier dans les climats chauds, l'utilisation d'un équipement de charge rapide en courant continu (DCFC) semble avoir un impact significatif sur la vitesse à laquelle les batteries se dégradent. La charge rapide d'une batterie implique des courants élevés qui entraînent des températures élevées, ce qui met à mal les batteries.

La composition chimique et le système de gestion thermique

Les batteries de type lithium-ion, par exemple NMC ou LFP, n'offrent pas la même durabilité. Le système de batterie et la gestion thermique contribuent à préserver l'efficacité et à éviter les surchauffes.

Les systèmes de refroidissement par liquide préservent davantage la longévité de la batterie des VE que les systèmes de refroidissement par air passifs. Par exemple, la Tesla Model S 2015, dotée d'un refroidissement par liquide, a un taux de dégradation moyen de 2,3 %, tandis que la Nissan Leaf 2015, équipée d'un système de refroidissement par air passif, affiche un taux beaucoup plus élevé de 4,2 %.

La durée de vie dépend-elle de la marque et du modèle?

Oui, la durée de vie de la batterie d’un véhicule électrique est différente en fonction de la marque, du modèle et de l’année de production. Les deux principaux déterminants de la durée de vie sont la composition chimique de la batterie et la gestion du système de température.

Les variantes chimiques des batteries lithium-ion réagissent chacune de manière différente à la pression, et les techniques de refroidissement, qu'elles impliquent l'air ou un liquide, peuvent avoir un impact significatif sur les taux de dégradation. Les modèles plus récents affichent généralement de meilleures performances que les générations précédentes grâce aux progrès technologiques.

Quel est l'impact de l'état de charge sur la durée de vie ?

L'état de charge (SOC) désigne la quantité d'énergie qu'une batterie de véhicule électrique contient par rapport à sa capacité totale. Une batterie complètement chargée est à 100 % de son état de charge, une batterie complètement déchargée à 0 %.

Les tampons de protection de la batterie

Faire tourner une batterie presque pleine ou vide risquant de réduire sa durée de vie, les constructeurs automobiles les dotent de tampons pour éviter les niveaux de charge extrêmes. Ces tampons limitent la capacité de charge via les paramètres d'usine pour faire en sorte que la batterie n'atteigne pas régulièrement ses niveaux de charge maximum ou minimum.

De nombreux VE actuels, permettent d'ajuster la taille de ce tampon au moyen de mises à jour logicielles, ce qui améliore la longévité de la batterie. Certains constructeurs permettent également aux utilisateurs de définir une limite de charge personnalisée, ce qui contribue à prolonger davantage la durée de vie de la batterie.

Combien de batteries faut-il entretenir sur les véhicules électriques ?

Les véhicules électriques disposent généralement de deux types de batteries à entretenir : la batterie haute tension principale qui alimente le véhicule et une batterie de 12 V qui prend en charge les fonctions électriques secondaires telles que l'alimentation des feux et les systèmes d'infodivertissement et de commande du véhicule.

Si la batterie haute tension nécessite habituellement un moindre degré de maintenance prédictive en raison de sa conception, la batterie 12 V doit tout de même être contrôlée régulièrement, car elle est susceptible de s'user au fil du temps. Il est conseillé d'assurer un suivi des deux batteries pour s'assurer que le véhicule reste performant.

La santé des batteries de VE a-t-elle un impact sur la dépréciation ?

L'acquisition et le retrait de véhicules sont des aspects cruciaux de la gestion de flotte qui exigent une attention particulière de la part des gestionnaires. Si ces processus fondamentaux ne sont pas gérés efficacement, cela peut compromettre l'efficacité globale des opérations. Par conséquent, la plupart des gestionnaires de parcs de véhicules envisageant l'adoption de véhicules électriques (VE) se pencheront sur les implications financières, notamment sur l'impact de la santé de la batterie sur la valeur résiduelle.

Il peut être surprenant de constater que deux véhicules, l'un avec une batterie à 70 % de capacité et l'autre avec une batterie à 90 %, peuvent être évalués de manière similaire. En réalité, l'état de la batterie joue un rôle crucial ici. Par exemple, une batterie avec une capacité inférieure peut avoir été moins sollicitée lors de ses cycles de charge, ce qui pourrait lui assurer une meilleure longévité.

Avoir des données détaillées sur l'état des batteries des véhicules électriques est précieux, car le marché n'a pas encore établi de normes claires pour évaluer ces véhicules de manière contrastée. Cependant, il est plausible que les consommateurs préfèrent les VE utilisés dans des contextes commerciaux, étant donné qu'ils sont généralement bien entretenus dans les flottes. 

De plus, la baisse constante du prix des batteries lithium-ion, qui constituent le composant le plus coûteux des VE, représente un avantage majeur pour les gestionnaires de flotte lorsqu'ils envisagent de réutiliser leurs véhicules électriques. Ces batteries ont également de nombreuses applications en seconde vie, tant dans le domaine domestique qu'industriel.

Les gestionnaires de flotte peuvent-ils minimiser la dégradation de la batterie ?

Il est donc essentiel de souligner que les gestionnaires de flotte ont la capacité de minimiser efficacement la dégradation des batteries des véhicules électriques (VE). À mesure que l'électrification des flottes s'accélère, les technologies qui l'accompagnent évoluent également.

Par exemple, il existe des systèmes de gestion de flotte conçus pour intégrer la gestion thermique, garantissant ainsi que les batteries des VE ne se rechargent qu'à une température optimale. Il est bien connu que les batteries se dégradent plus rapidement lorsqu'elles sont exposées à des températures élevées. De plus, maintenir les batteries à une capacité résiduelle évite de les vider complètement, ce qui contribue également à prolonger leur durée de vie.

Bonnes pratiques pour préserver la batterie

Pour préserver l'état des batteries VE, il est recommandé d'éviter autant que possible les charges rapides en CC, surtout pour les flottes qui réalisent des cycles d'utilisation intensifs. Si les véhicules restent au garage pendant la nuit, une charge de niveau 2 (240V) devrait suffire.

Évitez de laisser les véhicules complètement chargés ou déchargés : maintenir l'état de charge de la batterie entre 20 % et 80 % est l'idéal, en particulier pendant les longues périodes d'inactivité. Si vos véhicules en sont dotés, utilisez les tampons de protection réglable pour automatiser ce processus et réserver les charges complètes aux trajets longue distance.

Les solution Michelin Connected Fleet

La solution Michelin Connected Fleet offre aux gestionnaires de flotte une plateforme complète pour suivre l’utilisation des véhicules, analyser l’autonomie des batteries et optimiser les trajets en temps réel. En combinant données de conduite et tableaux de bord intelligents, elle permet de prendre des décisions éclairées pour réduire le coût total de possession et allonger la durée de vie des véhicules électriques.