Calcul de Consommation Théorique d'un VE et Réflexion sur l'influence de certains paramètres

[Shivan64]

Bonjour à tous,

 

Je ne savais pas où poster ce sujet qui pourrait être dans le général.

Néanmoins, le comparatif étant centré sur la Model 3 SR+ MiC, je poste le sujet ici…

 

En VE, on parle beaucoup consommation du fait de la capacité énergétique limitée des batteries.

Et dans les débats thermiques / VE, beaucoup de personnes attendent que les autonomies augmentent… sans trop se soucier de comment cela peut se faire ni ce que ça implique.

 

J’ai donc souhaité regarder combien consomme « en théorie » un véhicule, qu’est ce qui impacte le plus sa consommation et ce que ça laisse comme marge de manœuvre.

Ne trouvant rien de concret sur la toile, j’ai décidé de faire une petite analyse moi-même. 😊

Bien entendu, le résultat de mes calculs enfonce des portes ouvertes mais c’est la partie chiffrée et quantitative que je trouvais intéressante.

 

J’ai donc calculé pour plusieurs VE électriques :

- leur conso théorique à 110km/h et comparaison avec les valeurs par défaut ABRP,

- la répartition de la consommation entre résistance aérodynamique et résistance au roulement,

 - L’évolution de la conso selon les vitesses,

- L’évolution de la conso selon la température de l’air, (hors chauffage)

 

Voici quelques retours que j’ai trouvé intéressant :

 

Force de roulement :

La résistance au roulement est loin d’être négligeable ! entre 25% et 37% selon les modèles à 130m/h et entre 70 et 80% à 50km/h. Le poids a donc une incidence beaucoup plus importante que je ne l’imaginais. (Coucou les SUVs de 2 tonnes)

 

Force aérodynamique :

Le Cx est roi mais la Surface Frontale a une incidence non négligeable. Tous les véhicule un peu haut paye très cher les 5cm de garde au toit supplémentaires sur les consommations autoroutières ! Même en soignant son Cx, les Ioniq 5, EV6 ou Model Y ne font pas de miracles. (Coucou les SUVs de 2 tonnes)

L’EQXX arrive à ses très bons résultats aussi grâce à sa hauteur de 1.35m. J’attends de voir l’espace intérieur et la garde au toit aux places arrière… ^^

La Mégane ZE avec un Cx pas trop mauvais, une largeur moyenne et un gabarit pas trop haut arrive à un résultat… plutôt moyen. Elle brille sur cycle WLTP grâce à son poids contenu (vitesse moyenne WLTP inférieure env. 45km/h) mais ne fera pas de miracle sur Autoroute. Nous y reviendront plus loin.

 

Ecart / conso ABRP @110km/h :

L’écart ABRP / aux valeurs calculées pourrait représenter le rendement moteur du véhicule.

On constante des rendements entre 81 et 94% ce qui n’est pas incohérent avec les rendements moteurs réels à 110km/h mais certaines valeurs m’interpellent.

On remarque le mauvais rendement de la e-208/2008, Zoe, EV6, Ioniq 5, qui ont en effet plus ou moins déçus lors des tests autoroutiers.

On remarque des rendements très bons (en bleu) supérieurs à 90% sur des modèles n’utilisant pas des technologies moteurs si performants que ça à haute vitesse. Je suppose des valeurs plutôt favorables d’ABRP sur ces modèles : ID3, Cupra Born, Kona. Leur conso réelle est à mon avis un peu plus élevée que les valeurs annoncées par ABRP.

Je serai curieux de savoir si le modèle X consomme vraiment si peu à 110km/h et si ce « rendement » de 90% est cohérent de part ses moteurs à induction.

Concernant la Mégane ZE, la valeur ABRP est à mon avis bien trop optimiste au regard des caractéristiques du véhicule.

Globalement, les « rendements » côté Tesla ne sont pas si différents que chez les autres véhicules malgré l’avantage réel des moteurs à induction ou à réluctance variable à haute vitesse.

à A mon avis, les consos ABRP Tesla sont surévaluées ou celles des modèles utilisant des aimants permanents sous évaluées.

 

Consommation selon la vitesse : On remarque qu’un VE efficace quelque soit les conditions doit avoir à la fois un faible Scx ET un poids contenu. Si seulement une des conditions est réunie, c’est la cata.

La Zoe qui pêche sur son Scx le paye très cher à haute vitesse malgré son poids contenu.

La valeur « limite » de poids semble être d’env. 1700/1750kg si on ne veut pas être dans le rouge à faible vitesse.

L’EV6 par exemple paye ses 2 tonnes… (ce n’est pas la seule)

Le Model X paye à la fois son poids ET une surface frontale de pachiderme obèse malgré un Cx plutôt très bon. Tesla à limiter la casse à sur ce sujet.

On remarque que l’EQXX a limité également son poids à 1750kg et travaillé son Scx pour atteindre 15% de conso en moins par rapport à une model 3.

 

Incidence de la température : Rien que la masse volumique de l’air qui augmente lorsque la température diminue impacte de façon sensible la consommation d’un véhicule électrique ! (sans compter le chauffage) : Quasi 8% en moyenne entre 0 et 35°C !

Je n’aurai pas pensé autant sans cette estimation chiffrée….

 

Globalement, j’ai trouvé très intéressant cette petite analyse.

 

On remarque qu’il n’y a plus grand-chose à gratter niveau rendement moteur (à part qqs VE particulièrement peu efficients à haute vitesse) et que le gain d’autonomie ne pourra venir que de 4 facteurs maintenant :

- Diminution du Cx : mais les Cx usuels de 0.22 à 0.26 sont déjà très bons – Peu de marge a priori,

- Diminution de la surface frontale : Retour en masse des berlines à moyen terme ?

- Diminution du Poids : Très limité sans revoir à la baisse nos exigences en terme de confort, d’acoustique et de sécurité dans les véhicules…

- Augmentation de la capacité de batterie : et de la densité énergétique afin de ne pas impacter le poids et le volume du véhicule,

à J’ai l’impression que certains constructeurs espèrent des miracles côté batteries pour s’affranchir des efforts à consentir sur les 3 premiers points… Et vous ?

 

Je vous laisse analyser les données par vous-même et rebondir sur certains sujets.

 

Et pour finir et faire réfléchir :

- Un diesel qui consomme 6l/100 en moyenne équivaut à une conso de 644Wh/km

- Une essence qui consomme 7.5l/100 en moyenne équivaut à une conso de 722Wh/km

- Un litre de Diesel à 1.6€/l correspond à un prix de revient du kWh de…15c€/kWh soit le prix de l’électricité actuellement !

Un VE est plus économique à l’usage surtout pour son efficience et pas forcément pour le coût de l’énergie contrairement à ce que certains pensent !

Calcul-P-utile_Conso-théorique_VE.pdf

[knorkator6]

Bel effort.👍

[docpierre29]

👏👏👏

[Aharpyk]

Joli travail !

Côté batterie, on arrive à optimiser encore les li-ion mais le futur sera surement côté batteries tout solide ou d'une techno en développement type li-air.

Une autre problématique de l'augmentation de la capacité des batteries sera la puissance à envoyer pour les charges rapides mais ce n'est pas le sujet ici.

 

[MrFurieux]

Intéressant !

Comment tu fais pour calculer la résistance au roulement ? C'est dépendant des pneus aussi non ?

NB pour un calcul réaliste il faut ajouter au moins un poids pour le conducteur, voire une autre ligne avec 4 passagers + bagages. Pour les cycles EPA / WLTP le test se fait avec à peu près 150 kg de charge.

 

Sinon tu as cité les facteurs directs de gain d'autonomie, mais il y a aussi des leviers indirects:

- baisse de la limitation de vitesse sur les autoroutes (=> moins de conso)

- densification du réseau de recharge (=> moins besoin d'une grosse batterie)

- hausse des taxes sur l'électricité (=> favorisation de l'efficience)

- évolution des codes esthétiques (=> fin de la mode des jantes géantes qui diminuent l'autonomie)

[Raymes]

Le 20/01/2022 à 10:09, Shivan64 a dit :

- Un litre de Diesel à 1.6€/l correspond à un prix de revient du kWh de…15c€/kWh soit le prix de l’électricité actuellement !

En France, parce qu'en Belgique/Allemagne on est plutôt à 30 c€/kWh...

[Pedritto]

Je ne comprends pas pourquoi tu incrimines tant le poids dans la force au roulement. C'est plutôt les pneus (bon là ok, plus de poids, plus gros pneus mais c'est du 2nd ordre) et la transmission qui génèrent cette force.

Un train est très lourd mais a une faible résistance au roulement.

Il manque a mon sens comme paramètre important les pertes par effet joule (rendements moteurs quoi) qui ont une très forte influence a basse (asynchrone ) ou haute (synchrone) vitesse selon la techno utilisée.

 

Si on veut être complet sur la consommation, il faudrait aussi parler de rendement de charge/décharge. C'est a mon sens là que l'on a le moins de données a se mettre sous la dent ( et ca l'influence en rien l'autonomie juste le portefeuille).

 

[Pedritto]

Le 20/01/2022 à 16:19, MrFurieux a dit :

- baisse de la limitation de vitesse sur les autoroutes (=> moins de conso)

Mouaip....

C'est une limite: si je veux consommer moins, je peux de mon propre chef réduire ma vitesse. Y être obligé ne fera pas baisser ma conso.

 

Sinon je te rejoins sur le reste. Notamment les jantes : rendez moi mes pneus à gros flancs plus confortable et moins sensibles aux trottoirs mal garés !!

Modifié janvier 20, 2022 par Pedritto

[Remy]

Le 20/01/2022 à 17:10, Pedritto a dit :

Je ne comprends pas pourquoi tu incrimines tant le poids dans la force au roulement. C'est plutôt les pneus (bon là ok, plus de poids, plus gros pneus mais c'est du 2nd ordre) et la transmission qui génèrent cette force.

Un train est très lourd mais a une faible résistance au roulement.

La force de résistance au roulement, c'est (en première approximation) un coefficient de frottement multiplié par le poids (tout comme la force aérodynamique c'est un coefficient multiplié par le carré de la vitesse).

Ce qui donne la valeur du coefficient, ce sont les pneus, la transmission, mais aussi la nature du sol (goudron lisse, râpeux, sec, mouillé, terre, sable, ...)

 

Sur un sol identique, de très gros pneus sur une voiture très légère donneront peut-être une force totale inférieure à des pneus fins sur une voiture lourde.

 

Le 20/01/2022 à 17:10, Pedritto a dit :

Un train est très lourd mais a une faible résistance au roulement.

Parce que le coefficient de frottement des roues métalliques sur le rail lui aussi métallique est très très faible (d'ailleurs, un train a aussi beaucoup de mal à freiner fort...)

Modifié janvier 20, 2022 par Remy

[Mathieu82]

Merci, mais je ne comprends pas trop le calcul sur la consommation.

Un véhicule Diesel qui consomme 6L/100 km (peu finalement si on prend un véhicule Diesel de la taille du TM3, moi j'étais à 7 en ville et sur autoroute, 5 sur nationale a 80) coute 6*1,60€= 9,60€/100 kms.

En Tesla moyenne de 18 kwh/100 kms, soit 18*0,18 = 3,24 kWh/100 kms. J'ai pris le tarif heure pleine TTC. Donc 3 fois moins cher.

C'est du pratique. 

Ton raisonnement c'est de dire que le moteur thermique est 3 moins efficient mais que le coût du kWh est le même.

 

[Shivan64]

Le 20/01/2022 à 16:19, MrFurieux a dit :

Intéressant !

Comment tu fais pour calculer la résistance au roulement ? C'est dépendant des pneus aussi non ?

NB pour un calcul réaliste il faut ajouter au moins un poids pour le conducteur, voire une autre ligne avec 4 passagers + bagages. Pour les cycles EPA / WLTP le test se fait avec à peu près 150 kg de charge.

 

Sinon tu as cité les facteurs directs de gain d'autonomie, mais il y a aussi des leviers indirects:

- baisse de la limitation de vitesse sur les autoroutes (=> moins de conso)

- densification du réseau de recharge (=> moins besoin d'une grosse batterie)

- hausse des taxes sur l'électricité (=> favorisation de l'efficience)

- évolution des codes esthétiques (=> fin de la mode des jantes géantes qui diminuent l'autonomie)

Le calcul prend en compte un conducteur de 80kg.

Oui, je liste les leviers directs et principaux seulement.

Pour la résistance au roulement, j'ai pris un coefficient constant pour tous les véhicules. (je ne suis pas un enc...... de mouches 😆)

 

Le 20/01/2022 à 17:10, Pedritto a dit :

Je ne comprends pas pourquoi tu incrimines tant le poids dans la force au roulement. C'est plutôt les pneus (bon là ok, plus de poids, plus gros pneus mais c'est du 2nd ordre) et la transmission qui génèrent cette force.

Un train est très lourd mais a une faible résistance au roulement.

Il manque a mon sens comme paramètre important les pertes par effet joule (rendements moteurs quoi) qui ont une très forte influence a basse (asynchrone ) ou haute (synchrone) vitesse selon la techno utilisée.

 

Si on veut être complet sur la consommation, il faudrait aussi parler de rendement de charge/décharge. C'est a mon sens là que l'on a le moins de données a se mettre sous la dent ( et ca l'influence en rien l'autonomie juste le portefeuille).

 

Comme l'indique Remy, la résistance au roulement c'est globalement le poids multiplié par un coefficient de frottement.

Ce coefficient change selon la taille du pneu et le type de gomme mais je ne suis pas assez spécialiste dans ce domaine et ne souhaite pas rentrer dans ce détail.

Pour avoir un ordre de grandeur :

Résistance au roulement d'un train : env. 0.00035

Résistance au roulement d'un pneu de voiture : env. 0.0125 soit 35x plus

 

Concernant les rendements moteurs, je ne les prends pas en compte. Je n'ai calculé que la conso théorique sans perte de transmission/circuit de puissance. Le but était justement de savoir qu'elle est la limite de conso que l'on ne pourra pas dépasser.

On remarque néanmoins que l'on est pas trop loin de la vérité et que ces rendements sont très bon en model 3.

-->La conso à 130km/h calculée est relativement proche de ce que je constate une fois dans la voiture !

 

Je te rejoins sur le rendement de charge. Il devrait être testé et la valeur du rendement du chargeur à disposition du consommateur. Mais ce n'était pas le sujet de mon post.  

 

Le 20/01/2022 à 17:23, Mathieu82 a dit :

Merci, mais je ne comprends pas trop le calcul sur la consommation.

Un véhicule Diesel qui consomme 6L/100 km (peu finalement si on prend un véhicule Diesel de la taille du TM3, moi j'étais à 7 en ville et sur autoroute, 5 sur nationale a 80) coute 6*1,60€= 9,60€/100 kms.

En Tesla moyenne de 18 kwh/100 kms, soit 18*0,18 = 3,24 kWh/100 kms. J'ai pris le tarif heure pleine TTC. Donc 3 fois moins cher.

C'est du pratique. 

Ton raisonnement c'est de dire que le moteur thermique est 3 moins efficient mais que le coût du kWh est le même.

 

L'apparté sur la conso était juste pour montrer que, au coût actuel de l'énergie en France (dsl pour nos voisins, on vous rattrapera bientôt), le coût du kWh en élec ou en gasoil est globalement le même.

1l de gasoil = 10.7kWh soit à 1.6 €/litre cela représente env. 15c€/kWh. Grosse modo le coût du kWh elec.

Contrairement à ce que l'on pense (c'est assez répandu dans mon entourage en tout cas) le prix au km d'un VE est avantageux non pas car le prix de l'électricité est faible mais seulement parce que l'efficience d'un VE est meilleur qu'un thermique.

Le rapport de coût au km de 3 entre VE et VT est seulement le reflet du rendement de 1/3 du moteur thermique.

 

Modifié janvier 20, 2022 par Shivan64

[doli]

bonjour

Shivan64

Beau travail. Il y a aussi l'altitude pression qui fait varier la densité de l'air.

[seb7788]

Super boulot ça fait plaisir de lire ce rapport VE Thermique 

[Shivan64]

Le 20/01/2022 à 19:01, doli a dit :

bonjour

Shivan64

Beau travail. Il y a aussi l'altitude pression qui fait varier la densité de l'air.

Tout à fait.

Mais il est rare de vivre à 3000m d altitude une moitié de l année et à 100m l autre moitié !

Par contre, l hiver et l été, tout le monde y est confronté. Et plus de 5% d écart rien que sur ce parametre entre un voyage en plein été et l autre en hiver, ce n est pas rien ! 😱

[pistache]

Un site en rapport :

https://www.motormatchup.com/efficiency 

[Vincent72]

Super travail! Y'a pas à tortillé je vois bien que mon ancien US était plus économe que la MIC. Je la regrette presque 😪

[Jboll]

Il y a aussi, comme point a améliorer, la perte dû au convertisseur ac-> dc lors des recharges et qui n’est pas négligeable.

( mais ça n’améliore pas le trajet en lui même)
 

Modifié janvier 20, 2022 par Jboll

[MrFurieux]

Le 20/01/2022 à 17:46, Shivan64 a dit :

Le calcul prend en compte un conducteur de 80kg.

Oui, je liste les leviers directs et principaux seulement.

Pour la résistance au roulement, j'ai pris un coefficient constant pour tous les véhicules. (je ne suis pas un enc...... de mouches 😆)

Donc en prenant la 1ere TM3 par ex:

poids = 1750 kg + 80

Fr = 224 N

=> coefficient = 224 / (1830 *9,81) = 0,0125

c'est bien ça ?

Par curiosité j'ai regardé les Michelin Pilot Sport 4 de ce modèle, ils sont donnés pour 0,00864 - ça fait 45% de différence quand même

La moyenne pour les pneus de tourisme serait plutôt vers 0,01 et probablement en dessous pour les pneus de VE

 

Le 20/01/2022 à 22:34, pistache a dit :

Un site en rapport :

https://www.motormatchup.com/efficiency 

Eux prennent un coeff de 0,008 soit 56% de moins

Modifié janvier 20, 2022 par MrFurieux

[MrFurieux]

Le 20/01/2022 à 22:50, Vincent72 a dit :

Super travail! Y'a pas à tortillé je vois bien que mon ancien US était plus économe que la MIC. Je la regrette presque 😪

En conditions réelles sur route (été) la MIC consomme moins, peut être couple batterie / moteur plus efficient

[Shivan64]

Le 20/01/2022 à 23:40, MrFurieux a dit :

Donc en prenant la 1ere TM3 par ex:

poids = 1750 kg + 80

Fr = 224 N

=> coefficient = 224 / (1830 *9,81) = 0,0125

c'est bien ça ?

 

Par curiosité j'ai regardé les Michelin Pilot Sport 4 de ce modèle, ils sont donnés pour 0,00864 - ça fait 45% de différence quand même

La moyenne pour les pneus de tourisme serait plutôt vers 0,01 et probablement en dessous pour les pneus de VE

 

Eux prennent un coeff de 0,008 soit 56% de moins

Oui pour le calcul. J ai pris une valeur moyenne d une table de valeur Wikipedia.

On peut prendre une valeur plus optimisée. Mais comment varie ce coef selon l usure du pneu par exemple ? Je ne suis pas sachant dans le domaine, je préfère retenir des valeurs conservatives et usuelles dans ce cas.

 

Un coef de résistance au roulement inférieur augmentera l importance de l aerodynamisme du véhicule.

 

L important est de conserver la même valeur pour comparer les véhicules entre eux.

Je peux mettre à jour le tableau avec un chef de 0.009 pour voir l impact.

 

 

 

[Shivan64]

Le 20/01/2022 à 23:46, MrFurieux a dit :

En conditions réelles sur route (été) la MIC consomme moins, peut être couple batterie / moteur plus efficient

Si elle consomme moins, c est sûrement que les pneus ont moins de résistance au roulement qu estimé. 🙃

Je n ai pas intégré les rendements moteurs dans le calcul.

On est sur du besoin en énergie, pas sur des consommations.

[MrFurieux]

Le 21/01/2022 à 00:16, Shivan64 a dit :

Oui pour le calcul. J ai pris une valeur moyenne d une table de valeur Wikipedia.

On peut prendre une valeur plus optimisée. Mais comment varie ce coef selon l usure du pneu par exemple ? Je ne suis pas sachant dans le domaine, je préfère retenir des valeurs conservatives et usuelles dans ce cas.

 

Un coef de résistance au roulement inférieur augmentera l importance de l aerodynamisme du véhicule.

 

L important est de conserver la même valeur pour comparer les véhicules entre eux.

Je peux mettre à jour le tableau avec un chef de 0.009 pour voir l impact.

Oui 0,009 est probablement plus proche de la réalité pour les véhicules que tu compares que la moyenne Wikipedia

 

Le 21/01/2022 à 00:19, Shivan64 a dit :

Si elle consomme moins, c est sûrement que les pneus ont moins de résistance au roulement qu estimé. 🙃

Je n ai pas intégré les rendements moteurs dans le calcul.

On est sur du besoin en énergie, pas sur des consommations.

Les MIUS et MIC ont les mêmes pneus, c'était juste une comparaison entre les deux en réponse à @Vincent72

[KevinN78]

super boulot.

 

On peut néanmoins faire des évolutions sur une model 3, que se soit LR ou SR+ 

 

Il est tout a fait possible de réduire le poids en modifiants certaines pièces sans perte de confort, jantes, disques, batterie 12v et pas mal de pièces sur le chassis. On peut envisager de réduire le poids de 35-50 kilos.

 

De m^me rabaisser son véhicule de 3/4 cm permet d'obtenir environ 7% de consommation en moins a 130 km/h

 

 

[docjl]

Le 21/01/2022 à 10:43, KevinN78 a dit :

De m^me rabaisser son véhicule de 3/4 cm permet d'obtenir environ 7% de consommation en moins a 130 km/h

Mais il faudra y ajouter les frais de remise en état du spoiler qui aura frotté sur tous les ralentisseurs......  😛

[KevinN78]

Le 21/01/2022 à 13:00, docjl a dit :

Mais il faudra y ajouter les frais de remise en état du spoiler qui aura frotté sur tous les ralentisseurs......  😛

je frotte moins a -3cm qu'en hauteur stock, les amortisseurs ne pompent pas et ne s'écrase pas... et le spoiler ne touche jamais, si tu regardes ta tesla de coupe, il est relevé

 

j'ai frotté 3 fois avec les amortisseurs de base, et aucune depuis septembre et l'installation des nouveaux a -2.8 cm précisément

Modifié janvier 21, 2022 par KevinN78