Avis aux pros de la batterie

[Sered]

Bonjour à tous 

En parcourant ce forum je me suis aperçu qu'il y avait de vrais polytechniciens de la batterie ici, alors voilà ma question (désolé si cela a déjà été abordé): 

On parle du froid comme facteur diminuant l'autonomie des VE, mais à partir de quelle température observe t'on réellement ce phénomène, est-ce brutal ou progressif?

En est-il de même avec le chaud?

A vos claviers!

 

 

[alfniev]

Je pars volontairement en hors sujet.

Pour expliquer qu'une bonne partie de la perte d'autonomie provient des 2 facteurs suivants

 

 - Hiver , air plus dense, plus de conso , tout le monde en est conscient.

masse volumique de l'air a -5°C : 1,316  , a 25°C : 1,184 ==> +10% de conso

 

- Hiver : besoin de chauffer l'habitacle

a la louche pour chauffer une voiture froide : 3kWh

a la louche puissance nécessaire pour maintenir 1kW , donc 1kWh après 1 heure de route

 

Mes chiffres ne sont ne sont pas exacts et varient suivants les véhicules ( pompe a chaleur , etc... )

Mais je veux surtout exclure ces 2 facteurs du débat !

Modifié novembre 7, 2018 par alfniev

[TeslaOuTesPasLa]

J'ai trouvé ça sur le sujet mais cela concerne des batteries de faible voltage. Les règles physiques doivent être transposables au VE

http://tpe-batterie-lithium.e-monsite.com/pages/ii-influence-de-la-temperature.html

Modifié novembre 7, 2018 par TeslaOuTesPasLa

[ChristophedeNiort]

il y a 13 minutes, TeslaOuTesPasLa a dit :

J'ai trouvé ça sur le sujet mais cela concerne des batteries de faible voltage. Les règles physiques doivent être transposables au VE

http://tpe-batterie-lithium.e-monsite.com/pages/ii-influence-de-la-temperature.html

Sur un VAE ou un cyclomoteur électrique où le paramètre air plus dense influe très peu vu les vitesses pratiquées et où le paramètre chauffage de l'habitacle est totalement absent, on a bien une perte de capacité quand la température descend.

Il semble effectivement que 20 / 25 °C soit la température idéale.

Pour un cyclo électrique, par 25 °C ma compagne arrivait à faire l'aller et le retour sans recharger, par température négative ce n'était pas possible et elle devait recharger au boulot (batterie amovible).

Avec son VAE elle constate bien le même phénomène (recharge plus fréquente, impossible de faire toute la semaine avec une seule charge).

Par contre je ne sais pas si les valeurs de ton lien sont les bonnes.

 

Pour le VE idem mais je n'arrive pas bien à isoler le facteur air plus dense.

Modifié novembre 7, 2018 par ChristophedeNiort

[alfniev]

Pas mal de VE ont une gestion de la température de la batterie ce qui fausse les calculs.

Et je pense que la batterie "s'auto-réchauffe" au cours de la décharge , mais je n'ai aucun élément concret.

[alfniev]

Il y a 1 heure, ChristophedeNiort a dit :

Sur un VAE ou un cyclomoteur électrique où le paramètre air plus dense influe très peu vu les vitesses pratiquées

10% de conso en plus  ( dépends de la t°, ) , car l'air est 10% plus dense.

Même impact sur un VE ou VAE.

 

 

[djoul62]

il y a 15 minutes, alfniev a dit :

Pas mal de VE ont une gestion de la température de la batterie ce qui fausse les calculs.

Et je pense que la batterie "s'auto-réchauffe" au cours de la décharge , mais je n'ai aucun élément concret.

 

Le rapidgate sur les leafs....
Une batterie chauffe lorsqu'elle est en charge, surtout a grande vitesse!

 

[Invité]

il y a 27 minutes, alfniev a dit :

je pense que la batterie "s'auto-réchauffe" au cours de la décharge

effet joule

tout conducteur parcouru par un courant électrique etc...

https://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Joule

 

[ChristophedeNiort]

Il y a 12 heures, alfniev a dit :

10% de conso en plus  ( dépends de la t°, ) , car l'air est 10% plus dense.

Même impact sur un VE ou VAE.

 

 

Calcul totalement faux.

La conso. dépend de deux paramètres pour vaincre :

- la résistance au roulement qui dépend de l'adhérence et de la masse du mobile (les fameuses particules d'abrasion viennent de là),

- la résistance aérodynamique qui dépend de la densité de l'air et de la vitesse.

Pour un mobile de 100 kg (cycliste + vélo + équipement) et un SCx de 0,40 (cycliste bras tendus), il faut dépasser 10 km/h pour que la résistance aérodynamique deviennent prépondérante sur la résistance au roulement. Donc à cette vitesse, si j'augmente de 10 % la densité de l'air j'augmente de 10 % la résistance aérodynamique mais je n'augmente la consommation que de 5 %.

A 20 km/h, une augmentation de 10 % de la densité de l'air augmente la consommation de 5 %.

A 25 km/h, une augmentation de 10 % de la densité de l'air augmente la consommation de 8,6 % (vitesse maxi. d'un VAE).

Je considère donc que tes calculs d'abrasion étaient aussi totalement faux.

 

Modifié novembre 8, 2018 par ChristophedeNiort

[stephane_l]

Je me suis permis de faire un copier/coller extrait d'un de mes derniers messages sur ce forum, car il est en rapport avec le sujet évoqué (j'y ai inclus quelques modifications)

 

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Le froid ne vide pas "spécifiquement" les batteries, et c'est même tout le contraire.

Le froid permet de mieux maintenir la charge d'une batterie que la chaleur (5°c contre 30°c par exemple).

 

 

Alors pourquoi une nuit passée dans le froid diminue parfois fortement le pourcentage des batteries de nos différents appareils ? (EV mais aussi ordinateurs portables, smartphones ...).

Parce que le % n'est pas relatif à la charge de la batterie mais à sa plage de tension fonctionnelle.

La plage 0-100% est définie par ==> 0% = tension fonctionnelle minimum / 100% = tension fonctionnelle maximum

 

Le froid diminuant le mouvement des électrons, il diminue donc la tension du milieu, mais sans en modifier la charge !!!

Le froid ne décharge donc pas la batterie, mais modifie la quantité d’électrons exploitables avant que le tension minimale viable soit atteinte.

Une batterie chargée à 30% réel peut donc se retrouver à 0% affichée (exploitable), car les conditions environnementales actuelles ne permettent pas d'exploiter les 30% d'électrons restants sur une plage de tension viable pour le système embarqué.

 

C'est un cas connu des trekkers en conditions de froids extrêmes.

Lors d'un souci majeur qui implique l'appel des secours, le portable ou téléphone satellite est bien souvent inutilisable car sa batterie est indiquée comme totalement déchargée (stockage à -20°c par exemple)

Mais il suffit de placer l'appareil en question contre son corps pendant un certain laps de temps pour que l'appareil redémarrage et permette une communication.

Placer un téléphone contre son corps ne le recharge évidemment pas, mais il permet (par rayonnement thermique) de rendre exploitable une partie de la charge qui était devenue inexploitable.

 

 

 

Exemple vulgarisateur sur un véhicule électrique (non précisément conforme à la réalité physique, juste pour donner une idée globale du processus)

 

- Batterie chargée à 40% (30°c)

puis => Voiture stationnée 36H dans un environnement aux alentours de 5°c

puis => Voiture démarre avec batterie chargée à 28% (température de batterie de 5°c)

 

Explication ==> La voiture n'a pas perdu 12points% de charge, c'est juste que 12points% de charge sont devenus inexploitables avant l’arrivée au seuil de tension minimale exploitable dans les conditions actuelles.

 

Qu'est ce que ça sous-entends ? Et bien que sur un trajet de plus d'une heure, la batterie froide au départ pourra, au fur est à mesure de son réchauffement pendant le trajet (effet joule), se mettre à exploiter les 12 points de pourcentage qui étaient au départ non exploitables (et donc non pris en compte par le BMS)

 

Ce phénomène d' "auto-récupération de potentiel" est uniquement valable pour les longs trajets qui permettent le réchauffement interne adéquat de la batterie par effet joule.

 

Dans le cas d'un court trajet, ce phénomène n'est pas exploitable pour 2 raisons :

1) batterie n'ayant pas le temps de se réchauffer par effet joule pour récupérer le potentiel perdu.

2) Dans le cas de la mise en action d'un réchauffement spécifique de la batterie au démarrage, l’énergie déployée sera supérieure à celle de la plage de charge récupérée.

 

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En ce qui concerne la surconsommation du véhicule par temps froid, elle n'est donc pas due à un éventuel impact du froid sur la capacité de la batterie, mais bien à l'augmentation de densité de l'air.

 

- 35°c de différentiel = environ 13% de pression de différentiel = environ 28 % d'augmentation de résistance

(ex : 5°c nuageux en hiver contre 30°c ensoleillé en été dont la résultante sera 40/45°c à hauteur de batterie sur l'asphalte)

 

Comme indiqué par ChristophedeNiort, cet impact de 28% ne se traduit pas par une augmentation nette de 28%, car elle s'ajoute à bien d'autres effets qui ont une influence plus ou moins importante selon le profil de conduite.

 

A savoir aussi que les 28% de résistance supplémentaires ne s'appliquent pas qu'au sens du roulement (il y'a donc des contre-annulation).

L'augmentation de pression impacte de manière égale toutes les directions du véhicule à l'arrêt, mais tend à impacter à 100% (sans jamais l'atteindre) sons sens de roulement au fur et à mesure qu'elle prend de la vitesse, les 28% ne sont donc que théoriques.

 

Ne me demandez pas des chiffres et courbes précises, je serais incapable de vous les fournir ^^

Je ne suis pas doctorant en mécanique des fluides, loin de là. Je me permets juste de partager le vision du schéma global des processus en question ?

 

[Dordrecht]

@stephane_l : un grand merci pour cette explication très utile. Je n'ai pas encore de VE, mais j'ai un smartphone. L'hiver dernier, par grand froid je n'ai pas pu m'en servir. Je sais maintenant ce qu'il faut faire !

Modifié novembre 8, 2018 par Dordrecht

[rodge]

Etudes des phénomènes thermiques dans les batteries Li-ion. Charles-Victor Hémery - thèse 2014

https://tel.archives-ouvertes.fr/file/index/docid/968666/filename/THESE_CharlesVictor_HEMERY.pdf

Modifié novembre 8, 2018 par rodge

[Sered]

Merci pour ces explications claires!

[ChristophedeNiort]

En résumé une baisse de température a un impact sur la tension de la batterie.

Communément lorsque l'on parle de capacité de batterie on parle d'une valeur en Wh qui devrait en fait être exprimé en VAh où V est la tension.

Donc le froid a bien un impact sur la capacité disponible et réduit donc bien l'autonomie.

C'est bien ce que Sered a dit initialement "froid comme facteur diminuant l'autonomie des VE" et ce que j'ai qualifié de "perte de capacité quand la température descend".

 

 

[Philippe38]

Ou alors t'as batterie et congeler au démarrage et en roulant elle récupère ça capacité en se réchauffant (enfin pour faire très simple )

[Sered]

Donc en préchauffant la voiture avant de partir (combien de temps avant? Quelle température atteindre?) on peut partir avec autonomie classique et seule la surconsommation due à la densité de l'air froid diminuera l'autonomie totale finale?

ou j'ai rien compris?

[Kratus]

Calcul totalement faux.

Je considère donc que tes calculs d'abrasion étaient aussi totalement faux.

Toujours aussi nuancé...

[Kratus]

Donc en préchauffant la voiture avant de partir (combien de temps avant? Quelle température atteindre?) on peut partir avec autonomie classique et seule la surconsommation due à la densité de l'air froid diminuera l'autonomie totale finale?

Tout à fait.

Mais il est énergétiquement plus efficace de programmer la charge de façon à ce qu'elle se termine à l'heure de départ prévue.
Ainsi, on profite gratuitement de la chaleur liée à la charge pour préchauffer la batterie.

[Sered]

Mais on rentre en moufles dans la voiture lol.

et c'est plus économique meme si on doit ensuite chauffer la voiture?

on pourrait pas allier les deux?

[Kratus]

La question concernait la batterie.

Si ma réponse ne te convient pas, fais comme tu veux.

[Sered]

non pas de souci merci

[stephane_l]

Merci pour le lien vers la thèse Rodge ?

Je le garde précieusement de côté ...... en espérant que la gestion thermique de mon cerveau me permette d'aller au delà de 3 pages  ?

 

 

Sur ce, en survolant très succinctement cette thèse, j'ai pris conscience d'avoir éludé un processus qui pourtant nuance (voir annihile totalement !) mon idée d'"auto-récupération de potentiel par effet joule".

 

Cet effet, certains en ont connaissance ici, et il a beaucoup fait parler de lui dernièrement, car il est (indirectement) à la source du rapidgate de la Leaf 40kWh.

Je parle de l'augmentation de résistance de certains matériaux à faible température.

Cette même résistance accrue qui a provoqué, sur la Leaf 40kWh, des deltas de +40°c en moins d'une heure de charge Chadémo en Norvège et lors de la vague de froid qui a touché l'Allemagne en début d'automne dernier.

Ce qui, à l'époque, avait fait dire à certains que cette Leaf ne passerait assurément pas l'été. Une vision catastrophique qui ne ne s'est fort heureusement pas concrétisée, et ce par le simple fait que cet effet est auto-stabilisant ===> Plus la batterie chauffe, moins elle surchauffe (du moins jusqu'à 40/45°c).

 

Vulgarisons donc une nouvelle fois plusieurs cas typiques en y incluant cette effet de résistance accrue à faible température.

C'est sur le cas "C" que cet effet aura un impact.

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A) Je rentre chez moi avec une batterie à 20%, juste suffisant pour me rendre à mon lieu de travail le lendemain matin et recharger gratuitement sur place, je décide donc de ne pas recharger à domicile.

==> Nuit passée à -5°c

==> Réveil le lendemain matin et démarrage du véhicule qui a perdu plusieurs pts%

==> Autonomie insuffisante pour me rendre à mon travail

==> Impossibilité d'avoir une "auto-récupération de potentiel" par effet joule en roulant, car trajet trop court pour chauffer la batterie de manière adéquate

==> ECHEC

 

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B) Similaire au cas "A" sauf que :

==> Ma voiture active un système de chauffage spécifique de la batterie en autarcie (càd sans être branchée au réseau)

==> L'énergie déployée sera supérieure à la plage de potentiel récupérée.

==> ECHEC

 

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C) Je pars de chez moi avec une batterie chargée à 100%, car j'ai besoin de l'autonomie maximale de mon véhicule (ex 400km)

==> La batterie a été chargée il y'a plus de 12H.

==> Nuit passé à -5°c, et température au départ de la batterie de 2°c.

==> Durant mon trajet de plus de 300km, la batterie montera en température jusqu'à 20/25°c.

==> Auto-récupération de potentiel, je récupère bien la plage de charge perdue.

==> Durant cette phase de récupération de potentiel (notamment le passage de 2 à 10°c de la batterie), ma voiture aura surconsommé en conséquence de l'augmentation de la résistance des matériaux.

==> Je surconsomme donc pendant la récupération de potentiel = possible annihilation des 2 effets (dans quelles proportions ? là est toute la question)

==> Impossibilité de faire mes 400km

==> ECHEC

 

Ce cas est intéressant, car la baisse d'autonomie en hiver due à la batterie (en sus de l'impact de la densité de l'air) serait donc bien réel sur les longs trajets ............. mais non parce que le froid "viderait" les batteries, mais parce que le froid augmenterait l'effet joule (déperdition énergétique) du système durant la phase de mise à température stabilisée.

Pour les passionnés curieux comme moi, cette info est intéressante, mais dans la pratique, cet effet se traduit simplement par une vulgaire baisse d'autonomie en hiver.

Peu importe la source du problème pour l'utilisateur, ce qui compte c'est la finalité de la problématique et donc son impact sur le terrain.

 

 

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D) Cas similaire au cas "C" sauf que :

==> Batterie chargée à 100% juste avant le départ (charge programmée la nuit)

==> Nuit passé à -5°c, mais température au départ de la batterie d'environ 15°c.

==> C'est le réseau de recharge (externe à la batterie de voiture donc) qui aura encaissé l'effet d’augmentation de résistance des matériaux = légère augmentation de consommation électrique pour un même nombre de kWh injectés.

==> Quasi plein potentiel exploitable de la batterie au départ (ne reste plus que l'impact de la densité de l'air, mais qui est loin d'être négligeable selon les conditions de conduite)

==> Plus forte probabilité de faire mes 400km

==> "possible" RÉUSSITE (p'têt ben qu'oui, p'têt ben qu'non ?)

 

Attention toutefois au risque de charge loupée dans ce dernier cas (erreur de programmation, branchement mal effectué, fusible sauté etc...), car la charge s'étant faite à la dernière minute, il n'y a aucune marge pour faire une correction de tir.

 

Modifié novembre 9, 2018 par stephane_l

[ChristophedeNiort]

C'est entre autre pour cette raison que j'ai abandonné l'électrique pour mes besoins personnels qui se limitent à des week-end dans la famille (quand je pars en week-end ou en vacances, hors famille, je choisis une destination accessible en train) après avoir vécu ce type de galère de batterie ne délivrant pas la capacité attendue et de borne ne délivrant pas la puissance attendue.

 

Par contre je continue à l'utiliser pour mes besoins professionnels mais les distances sont plus courtes.