A quoi correspond 1% de batterie ?

[Rozlou]

Bonjour à tous,

L’indication de la charge de la batterie en % est-elle fiable ? Si oui, en appliquant le principe de linéarité, on s’attendrait à ce que chaque % affiché corresponde exactement à 0.64kWh. Qu’en est-il en réalité ? N’a-t-on pas l’impression parfois que les % de batterie descendent plus vite dans la deuxième moitié de la batterie que dans la première ?

J’ai réalisé des mesures sur plusieurs longs trajets pour avoir des éléments de réponse. A partir des informations de distance et de consommation relevées sur les afficheurs « Info conduite » et « Info de consommation » que ma/mon copilote a notées minutieusement lors de chaque changement de % de batterie, j’ai pu calculer l’énergie correspondant à chacun des % de batterie, sur une bonne partie de la plage utilisable. J’ai ensuite moyenné les mesures sur les différents trajets pour réduire l’impact des imprécisions inévitables (liées en particulier à la fréquence de rafraîchissement des indications de distance-consommation-%batterie, et la non synchronisation des différents échantillons).

Voici les résultats.

 

En abscisse le pourcentage p de batterie, en ordonnée l’énergie correspondant au passage de p+1% à p.

 

Par rapport à notre attente initiale d’une valeur constante de 0.64kWh, on peut faire les observations suivantes :
-    La courbe montre des grandes tendances (décrites ci-dessous), superposées à un bruit lié aux imprécisions de mesures
-    La valeur en énergie du premier % de batterie (passage de 100% à 99%) est particulièrement faible (de l’ordre de 0.1kWh)
-    Ensuite l’énergie de chaque % monte jusqu’à des valeurs de l’ordre de 0.8 ou 0.9kWh (autour de 90% de batterie), puis redescend
-    L’énergie de chaque % est supérieure à 0.64kWh sur la plage allant de 97% à 65%
-    Puis cette énergie baisse progressivement jusqu’à des valeurs proches de 0.6 ou 0.55kWh (à un niveau de charge de 15% ou 20%)
-    Dans la plage 14% à 1% où je n’ai pas de mesure, j’ai prolongé la courbe en extrapolant la régression linéaire effectuée sur la partie 99-15% (je ferai des mesures dans la plage 14-1% plus tard…)
-    Il ressort que la moyenne de l’énergie correspondant à 1% de batterie dans la plage haute (51 à 100%) est de 0.70kWh, alors que cette quantité vaut 0.59kWh dans le bas de la plage (1 à 50%), soit 16% de moins, ce qui n’est pas négligeable : ceci corrobore l’impression que l’on peut avoir sur les longs trajets de « vider » plus rapidement la batterie vers la fin, par rapport au début.

 

Ensuite, en utilisant les valeurs cumulées, j’ai calculé l’énergie disponible dans la batterie à un certain pourcentage tel qu'affiché par la voiture, et l'ai comparé à celle attendue au même pourcentage pour une batterie de 64kWh bénéficiant d’un affichage linéaire.

 

En abscisse le pourcentage de batterie, en ordonnée l’énergie disponible en batterie (courbe rouge), et l’énergie attendue pour une batterie de 64kWh à affichage linéaire (courbe bleue).

On peut ainsi lire par exemple que pour un affichage de 50%, on s’attend à ce que l’énergie encore en batterie soit de 32kWh, mais elle est en réalité plutôt proche de 29.5kWh. L’écart est faible mais non négligeable (de quoi faire autour de 15km).

Plus globalement, on constate les choses suivantes :
-    L’énergie totale en batterie quand elle est chargée à 100% est très proche de 64kWh, sans doute même légèrement supérieure (même si l’écart est peu significatif du fait des imprécisions de mesures et de l’extrapolation faite)
-    Dans la plage 100%-93%, l’affichage du % d’énergie disponible dans la batterie est pessimiste, il donne une valeur plus faible que la réalité
-    Dans la plage 92%-15% (extrapolée jusqu’à 1%), l’affichage est optimiste, en réalité l’énergie disponible en batterie est plus faible que celle affichée (ce qui peut être source de quelques mauvaises surprises…).

 

Le graphique ci-dessous présente l’évolution de l’erreur que l’on fait en se fiant à l’affichage, et par conséquent la correction à appliquer pour connaître le vrai pourcentage de batterie disponible en fonction du pourcentage affiché.

 

En abscisse le pourcentage de batterie lu sur l’afficheur, en ordonnée la correction à apporter. Exemple : l’affichage de 50% correspond en fait à 50-4=46% de batterie encore disponible en réalité.

 

Je crois me rappeler que @Alergo avait fait des observations analogues sur son Kona lors de son exploit d’hypermiling à 945km sur une seule charge (!), non ?

 

Autre point surprenant : il semble que les % de batterie gagnés lors d’une recharge intermédiaire valent un peu plus que les % consommés avant ladite recharge sur la même plage. Voir la courbe ci-dessous.

 

En abscisse le pourcentage p de batterie, en ordonnée l’énergie correspondant au passage de p+1% à p. En rouge la courbe déjà vue correspondant à la charge de 100%. En superposition les portions de courbe correspondant pour chacune à la décharge faisant suite à une recharge intermédiaire de 73 à 83% (en orange), et de 26 à 36% (en violet).

Il semble qu’on observe après une recharge le même phénomène (avec une amplitude et une durée plus faible) que celui vu au début de la décharge d’une batterie remplie à 100% : le premier % consommé contient moins d’énergie, la dizaine de % suivants contiennent un peu plus d’énergie que si l'on n'avait pas procédé à la recharge intermédiaire.

Une précision : j’ai effectué ces mesures avec une température extérieure proche de 8°. Est-ce que la température peut influencer les valeurs relevées ? Je referai peut-être des mesures analogues l’été prochain pour voir. Pour info également mon e-Niro a un an et 25000km.

Pour finir, ces essais m’ont suggéré des questions que je pose à @Pzucchel (notre spécialiste électrochimie des batteries !) ou à ceux qui ont des éléments :
-    A-t-on une idée de la façon dont est élaboré l’indicateur % batterie ? A partir de la tension des cellules ? Via une fonction affine, avec (ou pas) un facteur corrigeant une éventuelle non-linéarité ?
-    Comment se manifestera sur nos voitures la dégradation des batteries (baisse de leur State of Health) ? Une recharge complète conduira-t-elle à ne pas pouvoir dépasser 99% puis 98%, etc ? Ou l’affichage en fin de charge complète sera toujours de 100%, mais chaque % de batterie « vaudra » moins de kWh ?

Au plaisir de lire vos remarques et commentaires. Attention, évitez de citer l’ensemble du message, très (trop ?) long…

Modifié janvier 24, 2020 par Rozlou

[Invité]

sans faire la moindre mesure je te donnais le résultat.

l'affichage est 0 à 100% mais les BMS sont de 5 à 95% environs

la courbe d'affichage ne peut donc en aucun cas etre linéaire théorique si tu ne prend pas en compte cet élément

et de plus, tu a omis la régénération , plus ou moins importante selon le dénivelé de la route

voila pourquoi les courbes ne peuvent en aucun cas se chevauché, mais c'est très bien d'avoir pensé aux erreur de mesure

à cause du rafraîchissement

 

 

[Koniq77]

Merci @Rozlou, excellent rapport, On se rend bien compte sur le terrain de ce réel problème, peut importe BMS ou display, on fonctionne pragmatique, donc avec l'affichage des pourcents écrans et pas ceux qui sont juste visible via une application et un Obd

J'ai le même problème avec la Ioniq, je dirais même extrapolé à 5% au début et presque 8 à la fin.

Quand on connait le problème on le gère. 

[PHILIPPE50]

Merci a ROZLOU pour cette étude détaillée qui confirme par les mesures ce qu'empiriquement j'avais pensé observer moi même au cours de plusieurs longs trajets  (700 Km) sur autoroute, avec recharges intermédiaire.  Cela correspond exactement à mon vécu. 

 

[Invité]

J'avais bien dit encore un retraité 😉, que c'est chiant la retraite, je vais proposer à Macron de passer à un age pivot de 115 ans🤣.

 

 

Plus sérieusement merci pour ton travail toujours très sérieux.

 

Mes relevés lors de l'hypermiling ne sont pas aussi aboutit que les tiens n'ayant pas de copilote pour noter( en plus c'est du poids mort ça nique les stats 🤣). Certains de mes relevés sont donc approximatifs.

A 51 % j'avais effectué 498 kms difficile de faire une estimation par rapport aux 945.3, car le trajet de retour n'a pas été effectué dans les mêmes conditions de dénivelé notamment sur les derniers Kms qui ont été très impactant.

Prochaine tentative des 1000 avec une AY, se fera en partant d'un autre point (il y a un Lidl à Charmes avec une borne 18 kWh)  mais sur le même parcours avec d'autres pneus affaire à suivre en juin certainement.

Je vais essayer de me doter de moyens plus sérieux pour effectuer les relevés, et vais faire un trajet Lidl-Lidl

 

En tout cas bravo pour ton travail et merci.

 

Modifié janvier 24, 2020 par Invité

[Pzucchel]

Cher @Rozlou !!!

 

Quel plaisir à te lire, le concept que tu ramène me fais plus plaisir de découvrir le neutrino tau... Parce que ils confirme plusieurs soupçons que j'avais !!! 

 

Je lance ma première consideration, la plus importante :

 

Est ce que l'échelle de charge de la batterie est une énergie.... Ou une échelle de charge électrique ? La charge est en coulomb, ou Ah. Si vous regardez sur torque, on a effectivement toute l'historique de charge en énergie (VAh=Wh) ... Et en charge (Ah). 

 

Quand on charge, on pompe des électrons entre l'anode et le cathode. Mais leur énergie augmente avec la charge, parce que la tension est différente. 

 

Si la charge de notre e-niro est calibré en charge, tes considérations sont parfaites :à basse charge, la tension est de 3.2V. A haute charge, la tension est 4.2V. Alors la même percentage à plus d'énergie quand la batterie est chargée ! 

 

 

Une petite question. Je comprends et j'apprécie l'éffort d'engager ton copilote et épouse dans la passione VE... Mais pourquoi tu ne mésure pas tout ça avec Torque ? C'est beaucoup plus facile et JE PENSE aussi plus précis (ça entre nous, tout mon respect pour la copilote mais la science est la science ! 🤣🤣🤣) 

 

Bravo rozlou, tu mérite le prix e-niro d'automobile propre au delà du champion du monde 2019 d'eco conduite... 

 

 

 

 

 

 

Modifié janvier 25, 2020 par Pzucchel

[Pzucchel]

Deuxième commentaire sur la linéarité.

 

Comment la "charge" est calculée ? Oublions pour le moment si est une énergie ou une charge électrique... 

 

Une manière est de mesurer le courant que rentre dans la batterie, multiplier le le temps d'écoulement, et calculer la charge (multiplié par le voltage, l'énergie). 

 

Comme vous comprenez, ça marche pas ! Si on démarre la charge avec la batterie déjà chargé, il faut additionner les deux, et après plusieres charge on tombe dans des derives que vont donner des résultats completement incorrects. 

 

Alors, le bms fonctionne différemment :quand la cellule est completement chargé àu limite, les spécifications des nos batteries li-ion nous disent que le voltage est 4.2V.

 

Quand la batterie est à zéro, et il fait jamais y arriver, c'est 2.75V. Voir pdf en pièce jointe que j'ai récupéré dans un article scientifique sur nos batteries kia (sk innovation, copie plus ou moins légale des cellules de LG 😉). 

 

Alors, kia décide que pour le display de la voiture 100%=4.15V et 0%=3.0V. J'ai déjà posté ici la courbe charge-voltage d'une cellule, et évidemment la conversion voltage en charge est une courbe fortement non linéaire...avec un genou (knee ?) vers 0.6 SOC. 

 

Réponse à @Rozlou: si la courbe non linéaire que nous donnes la charge (énergie stockee ?) est incorrecte, ou par exemple DÉPENDE DE LA TEMPÉRATURE, alors la route que tu parcour avec 1% n'est pas la même selon l'état de charge de la voiture... 

 

Je pense que l'on pourrait produire avec Torque des données très précises, sur des long parcours. J'ai posté ici des fichiers Excel avec plusieurs voyages, mais je n'ai pas le temps pour analyser les données... 

 

L’histoire d’un voyage Kia E-niro (3) (1) (2).pdf

Modifié janvier 24, 2020 par Pzucchel

[Pzucchel]

Je m'arrête, mais le fichier éxcel en pièce jointe te donne la courbe tension batterie /charge batterie... 

 

 

[Pzucchel]

@Rozlou

 

Remarque que a 100% la charge passe de courant constant à tension constant. C'est la fameuse solution pour equaliser les tension des cellules, et aussi pour ne pas exposer les cellule à une tension mortelle... C'est pour ça, a mon avis, que tès performances à 100% sont differentes d'une charge partielle... La différence de tensiona la fin de la charge est nulle ou presque... 

Modifié janvier 25, 2020 par Pzucchel

[weg57]

Punaise les gars!...faut bac+5 pour rouler en E-niro!

Je ne pense pas qu'une seule personne ne se soit pencher aussi fort sur

la jauge d'un réservoir d'essence en 100 ans de VT!😀

Chapeau tout de même!

[Pzucchel]

il y a 7 minutes, weg57 a dit :

Punaise les gars!...faut bac+5 pour rouler en E-niro!

Je ne pense pas qu'une seule personne ne se soit pencher aussi fort sur

la jauge d'un réservoir d'essence en 100 ans de VT!😀

Chapeau tout de même!

Oui, mais avec les VT ils nous ont tout appris au démarrage à l'école de conduite: soupapes, injecteurs, embrayage, boîte des vitesses, turbo, diesel, essence, décrasser le moteur, démarrage à froid, contrôle de l'eau de refroidissement, panne d'essence, niveau d'huile, démarrage sur la neige, consommation des plaquettes des freins...presque tout inutile, maintenant! 😉

 

 

 

Modifié janvier 25, 2020 par Pzucchel

[docjl]

il y a une heure, weg57 a dit :

Punaise les gars!...faut bac+5 pour rouler en E-niro!

Pour ne pas effrayer les futurs electromobiliens : On peut AUSSI rouler sans se poser toutes ces questions ; rassurez vous !  😆

 

[Invité]

il y a une heure, Pzucchel a dit :

Oui, mais avec les VT ils nous ont tout appris au démarrage à l'école de conduite: soupapes, injecteurs, embrayage, boîte des vitesses, turbo, diesel, essence, décrasser le moteur, démarrage à froid, contrôle de l'eau de refroidissement, panne d'essence, niveau d'huile, démarrage sur la neige, consommation des plaquettes des freins...presque tout inutile, maintenant! 😉

 

 

 

pas à mon époque, 1974.

les notions de mécanique sont apparues bien plus tard, finalement à mon époque, on avais de l'avance sur ce point.

comme les limitations de vitesse généralisées.

 

Modifié janvier 25, 2020 par Invité

[xixou]

Oui je reconnais que le passage de 90 à 100% de recharge accumule plus que 10% en réalité sur mon Kona,

ça match avec le graph.

Modifié février 7, 2020 par xixou

[flo18]

@Rozlou, je constate également la même chose sur les premiers % avec mon Kona 2019.

 

Départ ce jour avec 100% de batterie. Trajet de 101km avec conso de 12.5kWh/100 sur l'odb donc on pourrait s'attendre à ce qu'il reste 80% de batterie.

Ce n'était pas le cas car j'étais à 83% de batterie restante.

[Casta]

En 40 ans de VT, j'ai toujours eu l'impression que la jauge de carburant descendait bien plus vite, une fois la moitié du réservoir atteinte. Sans aucune connaissance du sujet au niveau technique, j'imagine que cela pourrait avoir été sciemment calculé pour que plus on s'approche du zéro carburant plus la "vitesse" de descente de la jauge soit perceptible par le conducteur et lui indique l'urgence du ravitaillement.

J'ai bien compris que pour une batterie, des données techniques peuvent induire une différence de la "valeur" des pourcentages, mais je me demande si celle-ci ne pourrait pas être compensée par un simple algorithme qui rétablirait une équivalence entre ceux-ci...

Si ce n'est pas fait, ce que les constatations exposées semblent indiquer, c'est peut-être qu'on est dans une démarche équivalente qui vise à accélérer, plus on descend vers le zéro, la perception de la dépense d'énergie. L'idée étant, vous l'avez compris, que si, au fur et à mesure, on inquiète un peu plus le conducteur il risque moins de tomber en panne par excès de confiance.

???

 

[JFB]

Pour faire simple , 1% = 5km , preuve à l'appui !

 

[jpp59]

De l'importance de recharger à fond de temps en temps, ça permet au bms de bien quantifier et extrapoler la courbe de charge/décharge