La charge rapide en courant continu réduit-elle vraiment la capacité de la batterie de votre VE ?

La charge rapide de votre VE semble être une bonne chose puisqu’un chargeur rapide de 350 kilowatts peut amener un VE à grosse batterie comme la Lucid Air Pure à un état de charge de 80 % en 15 minutes. Bien qu’elle ne soit pas aussi rapide que le plein d’un véhicule à essence traditionnel, la charge rapide en courant continu réduit le temps nécessaire pour faire le plein d’un véhicule électrique.

Mais la commodité de la recharge d’un véhicule électrique se paie-t-elle au prix de la dégradation de la batterie ? C’est ce que nous allons découvrir.

Qu’est-ce que la charge rapide en courant continu et comment fonctionne-t-elle ?

Pour mieux comprendre la longévité de la batterie d’un véhicule électrique, il est important de savoir ce qu’est la charge rapide et comment elle fonctionne. D’une manière générale, la batterie d’un véhicule électrique peut être rechargée à l’aide de trois méthodes différentes, appelées charge de niveau 1, charge de niveau 2 et charge de niveau 3. Les deux premiers types de charge reposent sur le courant alternatif (CA), tandis que la charge de niveau 3, également connue sous le nom de charge rapide CC, nécessite du courant continu.

La distinction importante est que les chargeurs de niveau 1 et de niveau 2 utilisent le chargeur embarqué du véhicule pour convertir le courant alternatif en courant continu, car la batterie lithium-ion de votre véhicule ne peut pas prendre directement le courant alternatif.

Les chargeurs rapides de niveau 3, quant à eux, peuvent injecter du jus directement dans la batterie sans passer par le chargeur embarqué. Cela permet à la charge en courant continu d’injecter d’énormes quantités de courant et de tension dans la batterie sans être limitée par les capacités du chargeur embarqué du véhicule.

Pourquoi les batteries au lithium-ion perdent-elles de leur capacité au fil du temps ?

Les batteries lithium-ion convertissent l’énergie chimique en énergie électrique et, en théorie, cette réaction devrait durer éternellement. Cependant, nous savons tous que les batteries lithium-ion ne durent pas éternellement. Mais quelle est la raison exacte de cette dégradation ?

Plusieurs réactions chimiques se produisent à l’intérieur d’une cellule lithium-ion lorsqu’elle est chargée ou déchargée. Certaines réactions contribuent à produire de l’électricité, tandis que d’autres consomment des ions lithium qui réduisent la capacité de la batterie. En d’autres termes, à chaque cycle de charge et de décharge, la batterie lithium-ion d’un véhicule électrique perd un peu de sa capacité ; cela se produit réellement et n’entre pas dans la catégorie des mythes sur la charge des véhicules électriques.

Cela dit, il est important de comprendre que ces réactions se produisent à des rythmes différents en fonction de plusieurs conditions environnementales, et qu’il existe des mesures à prendre pour prolonger la durée de vie de la batterie.

C’est pourquoi la plupart des fabricants de batteries fournissent une plage de températures à laquelle les batteries sont le plus performantes. Cette plage varie en fonction de la composition chimique de la batterie, mais dans la plupart des cas, elle se situe entre -4 et 140 degrés Fahrenheit pour la décharge et entre 0 et 45 degrés Fahrenheit pour la charge.

Cette plage opérationnelle montre que les batteries peuvent être chargées dans une plage de températures plus basse, et que les charger dans des conditions extrêmes, à la fois froides et chaudes, peut poser des problèmes car ces conditions augmentent la vitesse à laquelle des réactions indésirables se produisent, consommant des ions lithium et réduisant la capacité.

Que se passe-t-il lors de la charge rapide des batteries au lithium-ion ?

Maintenant que nous savons pourquoi la capacité d’une batterie lithium-ion diminue, nous pouvons essayer de comprendre ce qui se passe à l’intérieur de la batterie lorsqu’elle est chargée rapidement.

1. Dommages causés aux électrodes de la batterie par un courant et une tension élevés

La charge rapide utilise un courant à haute tension pour charger la batterie. Les ions lithium sont retirés de la cathode avec une plus grande force et sont déplacés vers l’anode lorsqu’ils sont chargés. Cela provoque des fissures dans la cathode et génère des dendrites sur les électrodes. En raison de ces fissures et de l’accumulation de dendrites, la capacité des cellules lithium-ion diminue et la résistance de la batterie augmente.

2. Dégradation à haute température

La résistance interne d’une batterie augmente lors d’une charge rapide. En raison de cette augmentation de la résistance et du courant élevé absorbé pendant la charge rapide, une chaleur excessive est générée à l’intérieur des batteries. Cette température élevée réduit la capacité des batteries lithium-ion.

3. Placage de lithium à basse température

Lorsqu’une batterie lithium-ion est chargée rapidement à l’aide de courants élevés à basse température, un phénomène connu sous le nom de placage de lithium se produit à l’anode. En raison de ce phénomène, les atomes de lithium ne s’intercalent pas à l’intérieur de l’anode. Il en résulte un lithium métal inerte (qui ne peut pas produire d’électricité) à la surface des électrodes.

Comprendre les blocs-batteries des VE

Si l’on examine la liste des mécanismes de dégradation présentés ci-dessus, il est évident que la charge rapide est vouée à réduire la durée de vie d’un véhicule électrique. Cela dit, les batteries des véhicules électriques sont conçues pour éviter toute dégradation de la batterie. Par conséquent, avant de conclure que la charge rapide est néfaste pour les véhicules électriques, il convient de comprendre comment leurs batteries sont conçues pour lutter contre la dégradation.

Les batteries des véhicules électriques sont constituées de plusieurs cellules lithium-ion qui sont connectées pour créer des modules. Plusieurs modules sont connectés pour créer le pack, et l’état de la batterie est géré par le système de gestion de la batterie, également connu sous le nom de BMS.

Le BMS est essentiellement un ordinateur connecté à plusieurs capteurs qui surveillent la tension, le courant et la température de chaque cellule. Il analyse ensuite ces données pour s’assurer que chaque cellule fonctionne de manière optimale.

Si les cellules à l’intérieur du bloc-batterie sont trop chaudes, le BMS augmente le refroidissement pour réduire la température globale du bloc-batterie. S’il détecte une tension ou un courant de cellule élevé pendant la charge rapide en courant continu, il régulera les deux paramètres pour éviter d’endommager la batterie.

Le BMS est donc l’élément du VE qui joue le rôle le plus important dans la réduction de la dégradation de la batterie.

Quels sont les dommages causés par la charge rapide à la batterie de votre véhicule électrique ?

Examinons quelques études qui montrent à quel point les véhicules sont endommagés par la charge rapide. Quatre véhicules électriques Nissan Leaf 2012 ont été conduits à Phoenix, en Arizona, par le laboratoire national de l’Idaho. Deux véhicules ont été rechargés à l’aide d’une charge rapide en courant continu, tandis que les deux autres ont été rechargés à l’aide d’une charge en courant alternatif de niveau 2, avec les résultats suivants :

1. Les tests de capacité pour les deux ensembles de véhicules ont été effectués après avoir parcouru 50 000 miles, et la différence de perte de capacité entre les véhicules chargés en utilisant la charge rapide et la charge de niveau 2 en courant alternatif s’est avérée être de l’ordre de 3 à 9 pour cent.

   

2. Les véhicules rechargés en charge rapide à une vitesse constante de 45 mph pouvaient offrir une autonomie de 70 miles, tandis que ceux rechargés en AC Level 2 offraient une autonomie de 82 miles.

   

3. Au début de l’essai, les véhicules rechargés par charge rapide en courant continu pouvaient offrir une autonomie de 102 miles lorsqu’ils étaient conduits à une vitesse constante de 45 miles par heure. Après avoir parcouru 63 000 miles, le même véhicule n’offrait plus qu’une autonomie de 58 miles. Cela représente une diminution de 43 % de l’autonomie. Le véhicule rechargé par charge rapide en courant alternatif offrait une autonomie de 104 miles, ramenée à 64 miles à l’issue des essais. La dégradation de l’autonomie est de 38 %.

   

La dégradation de la batterie se produit quelle que soit la méthode de charge, mais elle est plus importante dans les véhicules à charge rapide ; la différence est d’environ 5 %.

Les implications de la charge rapide dans les batteries au lithium-ion

Dans le cadre d’une expérience distincte de celle décrite ci-dessus, deux batteries de Nissan Leaf ont été testées en laboratoire par le laboratoire national de l’Idaho. L’une d’entre elles a été chargée en courant continu, tandis que l’autre n’a été chargée qu’en courant alternatif. L’objectif de ce test était de voir ce qu’il advient de l’ensemble du pack, et non de chaque cellule comme dans l’expérience précédente.

1. Le pack chargé en courant alternatif a subi une perte de capacité de 23,1 % après 780 cycles de charge-décharge. Le pack qui n’a été chargé que rapidement a vu sa capacité diminuer de 28,1 %.

   

2. Une forte corrélation entre la capacité et la température a été constatée lorsque la capacité du pack a été comparée à la capacité de la cellule à différentes températures : la perte de capacité était plus importante dans les cellules testées à des températures plus élevées et était plus faible lorsque les cellules étaient à une température ambiante de 68 degrés Fahrenheit (20 degrés Celsius).

Cela montre une forte corrélation entre la dégradation des batteries et la température, ce qui suggère que la charge rapide n’est pas un facteur aussi important pour la dégradation des batteries.

Ce que 6 000 batteries de VE nous apprennent sur la santé des batteries de VE

Dans une autre étude, Geotab, une société de gestion de flotte, a recueilli des données sur l’état des batteries de 6 000 VE et a conclu que la charge rapide augmentait la vitesse de dégradation d’une batterie. Cette étude, comme beaucoup d’autres, a montré que la charge rapide augmentait la vitesse de dégradation de la batterie lithium-ion de votre véhicule et a mis en évidence le rôle vital du système de gestion de la batterie (BMS) pour maintenir la dégradation à un niveau aussi bas que possible.

La charge rapide en courant continu est-elle mauvaise pour votre véhicule électrique ?

La batterie de votre véhicule électrique est vouée à perdre de sa capacité au fil du temps. Cela dit, la vitesse à laquelle cette dégradation se produit dépend de plusieurs facteurs, et la charge rapide est certainement un facteur qui peut accélérer ce processus.

Une autre chose à noter est que l’utilisation modérée de la charge rapide ne réduira pas considérablement l’autonomie de votre batterie, et vous pouvez l’utiliser lors de longs trajets pour réduire le temps nécessaire pour recharger votre véhicule en énergie.