BATTERIES POUR VEHICULES ELECTRIQUES : RESTEZ AU COURANT !

6 juillet 2017

Nerf de la guerre depuis qu'existe le véhicule électrique, la batterie est redoutée pour son autonomie et...son poids. Les progrès ne cessent pourtant de croître avec enfin la réelle implication des constructeurs historiques poussés par des marques toutes neuves sur le marché tel Boloré pour le grand public (en autopartage à 99%) et surtout Tesla qui a su séduire avec un produit performant et haut de gamme une clientèle fortunée capable de faire la pluie et le beau temps sur les marques premiums essentiellement allemandes alors qu'elles n'étaient pas encore impliquées dans des scandales de pollution ! Ayant toutes senties le danger, elles se sont impliquées progressivement avant d'accélerer la cadence rattrapées directement ou indirectement par les affaires du désormais connu "dieselgate". L'avenir est bien là puisque Volvo annonce l'arrêt de la production de nouveaux modèles 100% thermiques (ils seront au minimum hybrides) et le Ministre de l'écologie Nicolas Hulot promet la fin de la vente des voitures diesel et essence d'ici 2040.

Avant de voir les principales combinaisons de batteries sachez que Renault pourtant "précurseur" en 2007 dans l'ère électrique de masse avec des investissements colossaux au point de déséquilibrer pendant un temps le renouvellement de ces différentes gammes thermiques classiques semble avoir raté le train des batteries qui auraient pourtant du être françaises. Le pire c'est que la marque s'oriente dès le début vers une combinaison lithium-ion dont l'un des co-inventeur est français ! Si l'Etat a bien encouragé cet élan avec des subventions, si Renault devait bien créer une usine de production à Flin et ne le fera pas et si la Saft marque bien française est très impliquée historiquement sur le secteur des accumulateurs, les différents constructeurs se sont en fait orientés vers des pays proposant des batteries à l'assemblage plus performants : la Corée (du Sud) le Japon et surtout la...Chine. Moralité Renault a signé un accord avec la marque Coréenne LG et PSA qui aura également des batteries LG pour ces produits hybrides rechargeables à venir, intégrera des batteries chinoises pour ces véhicules 100% électriques. Le train national des batteries est donc raté, le seul espoir pour l'avenir est que les recherches sur de nouveaux mélanges aboutissent et détrônent les mélanges des batteries actuelles. Résultats pour nos recherches en cours dans...10 ans ou avant si d'autres concurrents étrangers découvrent des batteries encore plus performantes !

Depuis toujours la batterie dite de traction possède certains handicaps eu égard justement à ces capacités et à la puissance nécessaire pour déplacer normalement un véhicule terrestre : la recherche de puissance embarquée suffisante entraîne un volume qui lui même possède un poids (en centaines de kilos) le tout mettant un temps certain à se recharger. On mesure par là toute la performance d'un moteur thermique....Quoi qu'il en soit l'évolution progresse puisque les batteries sont à présent intégrées au châssis dès la conception ( alors qu'elles étaient ajoutées jusque là sur la base d'un véhicule thermique) et il faut bien reconnaître que nous sommes passés en quelques années de déplacements comparables à ceux du début de l'automobile (ou l'on tenait un réel roadbook tant les déplacements étaient faits d'embuches et d'imprévus) à une technologie qui peut atteindre (pour Tesla) le niveau des meilleures marques premiums thermiques où l'on peut envisager normalement un départ en week-end voir en vacances. Il faut bien sur ajouter à cela le maillage national des bornes de recharges qui n'est pas à la hauteur et la durée de recharge qui reste un frein de développement important.En effet si la France fabrique des bornes de recharges, les politiques ont souhaités privilégié la (modeste) implantation (avec aides fiscales naturellement) de bornes semi lentes (2 ou 3 heures de charge pour des batteries de 20 à 25 kW). Moralité dès aujourd'hui avec une Zoé 40, le temps double... L'avenir est donc porté vers des chargeurs 50 kW.

Autant lever l'ambiguité de suite : la communication sur les puissances des moteurs électriques et la puissance des batteries fait que l'on mélange souvent les 2 ! Il faut dire que les constructeurs communiquent sur ce nouveau segment en mettant en avant leur "plus" technique pour marquer les esprits et que l'on parle de kilowatts et de... kilowatts l'in pour la puissance comme sur les moteurs thermiques et l'autre pour la batterie. Bref c'est pas gagné et cette nouvelle ère est un véritable défit pour les équipes de marketing (pardon de mercatique ) !!!

Deux exemples simples pour comprendre la difficulté :

Renault sort sa Zoé en 2012. L'autonomie est rapidement pointée du doigt avec 100 kilomètres environ malgré une homologation donnée pour 210 kilomètres. La marque travaille le sujet et présente une évolution avec son propre moteur. L'autonomie d'homologation est alors portée à 240 kilomètres en 2015. La version R240 (pour Rapide 240) vient remplacer peut à peut celle qui deviendra alors la Q210 (pour Quick 210). Le virage arrive fin 2016 au mondial de Paris où la marque communique avec son évolution de Zoé sur le thème des 400 kms. Il s'agit là d'un kilométrage d'homologation (qui est exactement de 403 kms) annonçant en parallèle qu'elle est de 300 kms réels sans préciser d'ailleurs qu'ils seront atteints en saison tempérée, la saison froide faisant descendre l'autonomie réelle à 200 kms. La voiture est badgée dans cette version "Zoé 40" non pas pour 400 kilomètres mais pour 40 kilowatts/heure soit la capacité de charge utilisable de la batterie. Elle vient ainsi remplacer l'ancienne batterie de 22kWh dont l'autonomie restait limitée sur Zoé avec 120 voir 150 kms. La batterie est alors mise sur des Zoé ayant des puissances différentes et, paradoxe, la plus performante des deux 400 kms (dite R (pour Rapide) disponible en 2 puissances R75 ou R90 (en rapport aux 77cv ou 92 cv disponibles sur le moteur) est la plus longue à charger. L'autre offre existante équipée cette même batterie 40 mais avec le moteur (plus ancien) dit Q90 pour Quick 90 cv (88cv en réalité) n'est homologuée qu'avec une autonomie de 370 kms !! En effet le moteur dit Q90 possède une puissance de charge de 43kW alors que le R90 n'a droit qu'à 22kW. Ainsi avec l'ancienne batterie 22kWh la R90 mettait 1 heure pour se charger (sur borne rapide) alors que la Q90 30 mins ! Avec la nouvelle batterie dite "40", la R90 met 2 h et la Q90 1 h.

Bref vous l'aurez compris nous ne sommes pas loin du fiasco en terme de communication claire. Là aussi il faut du temps....

L'autre exemple est la fameuse Tesla partie de zéro, la marque n'a pas d'antériorité sur les désignations commerciales. Le modèle S n'a que des chiffres. 70,75,90,90 ou encore 100. Ce sont bien sur des kilowatts mais pas ceux de la puissance moteur mais ceux de la batterie

Les technologies de batteries actuelles :

Pour la très grande majorité, elles ont pour base générique le fameux assemblage Lithim-ion même si depuis 2 ans leur "emprise " a baissée de 20% et va se poursuivre. LG est particulièrement bien représenté mais la marque Samsung n'est pas en reste tout comme Panasonic partenaire de Tesla. Toutefois se cache derrière cette dénomination des approches différentes :

- Lithium dioxyde de manganèse (LMO) : Cette technologie date de 1996 ! Elle est fiable et permettait d'avoir une autonomie de 120 à 140kms sur des produits comme le Nissan Leaf ou la première Renault Zoé.

- Lithium phosphate de fer (LFP) : Approche ancienne mais plus récente que le LMO. Son coût réduit lui a valu d'être adopté par les marques chinoises pour leurs véhicules (non importés en Europe).

- Lithium nickel manganèse cobalt (MNC) : Sorti en 2008 par LG, on le retrouve sous le châssis de la dernière version dite 400 kms de la Zoé et badgée "Z.E 40 Electric". Performante et offrant une autonomie séduisante, sa recharge est toutefois plus lente que sur l'ancienne génération de batteries.

- Lithium métal polymère (LMP) : Cet assemblage a été développé en France et au Canada. Il est, depuis 2007, détenu et exploité par Bolloré pour sa Bluecar (dont l'autopartage Autolib de Paris), elle a été déclinée sur la Bluesummer devenue e-Mehari chez Citroen. Sa faible densité (et donc une autonomie et des performances limitées) ainsi que sa température élevée de fonctionnement (entre 60 et 80°) provocant une auto-consommation naturelle de son énergie la classe déjà dans une technologie de précédente génération. Moralité la voiture à l'arret doit rester branchée en permanence et une décharge trop importante endommage ces composants. Seule consolation : les batteries sont sous garanties car en location. Elle peuvent donc être changées à moindres frais.

- Lithium nickel cobalt aluminium (NCA) : sorti en 2012, ce mariage coûteux se retrouve sous le châssis des fameuses Tesla avec les performances que vous connaissez sûrement.

La durée de vie des batterie : Difficile encore à dire objectivement tant le recul nécessaire n'est pas suffisant. Il est clair que certaines s'usent plus que d'autre mais cela dépend de l'assemblage utilisé mais aussi de l'utilisation et la fréquence de recharge. Le groupe Bolloré change ces batteries (qui sont toutes en location à 79€/mois kilométrage illimité) à partir de 400 000 kms. La marque est donc très confiante sur la durée de vie.

Acheter ou louer ? Le risque d'acheter est d'avoir un côut lors d'un éventuel changement de batterie de traction de plusieurs milliers d'euros. Néanmoins les cas semblent rares d'autant plus que comme sur la chaîne de traction, les constructeurs étendent leur garantie à 5 voir 8 ans alors qu'elle n'est (très souvent) que de 2 ans pour les véhicules thermiques traditionnels.Les utilisateurs de véhicules diesels malchanceux (et il y en a) devront pour s'aider dans la réflexion faire l'addition de tous les sur-coûts qu'ils ont eu lors de la vie de leur véhicule (pompe injection, injecteurs, vanne egr, fap, turbo, moteur complet, volant moteur,... ), sur-coûts liés à la défaillance mécanique pure mais aussi et surtout à la mauvaise utilisation du véhicule.

La location a certes un coup mais permet à ce niveau là de dormir tranquille puisque le constructeur offre des garanties notamment en terme de capacité et donc d'autonomie (75% de capacité de charge minimum chez Renault par exemple). Avec une marque comme Renault vous n'avez de toute façon pas le choix toutes les batteries étant en location (sauf dans certains pays où la batterie doit appartenir pleinement au véhicule et où la marque ne peut alors exporter ces véhicules), ce qui n'est pas le cas du cousin Nissan, qui lui, offre le choix au moment de l'achat neuf. Attention si Nissan propose les 2 solutions, d'occasion vous ne pourrez modifier le choix initial.

Voici les marques qui ont ou peuvent avoir un système de location de batteries : Bolloré , Citroen ( avec la e Mehari car système Bolloré), Nissan (système Flex) ,Renault (tous les modèles) ou Smart Fortwo version 2012 ayant un contrat de location puisque l'acheteur avait le choix lors de l'achat neuf (les versions 2017 ne se louent plus).

Côté garanties des batteries voici ce que disent les constructeurs qui sont partis d'une estimation sur le papier à savoir que la durée de vie d'une batterie devait être de 10 ans ou 2000 cycles de charge :

Audi : A priori comme VW : 8 ans ou 160 000 kms

BMW : 8 ans ou 100 000 kms

Bolloré : En location donc sous garantie permanente. Changement possible sans frais au bout de 400 000 kms (durée de vie estimée par Bolloré)

Citroen : 8 ans ou 100 000 kms (C zéro, Berlingo) Pour la e-Mehari qui est le clone de la Bluesummer c'est donc identique à Bolloré. Pour les systèmes Hybrid4 la garantie est (ou était) de 5 ans ou 100 000 kms

Ford : 8 ans ou 160 000 kms

Honda : 8 ans ou 160 000 kms pour l'Insight et 5 ans pour la Jazz et le coupé CR-Z hybrides qui ne sont plus au catalogue depuis janvier 2015 pour l'Insight et le CR-Z et octobre 2016 pour la Jazz

Hyundai : 8 ans ou 200 000 kms

Infiniti : 8 ans ou 160 000 kms

Kia : Comme le véhicule : 7 ans ou 150 000 kms

Lexus : Système de traction électrique et batteries sont garantis 5 ans ou 100 000 kms comme Toyota

Mercedes : 6 ans ou 100 000 kms pour les versions hybrides et 8 ans ou 100 000 kms pour la B250 e 100% électrique avec une puissance minimale de la batterie de 19.6 kWh

Mini : A priori comme BMW soit 8 ans ou 100 000 kms mais sous réserve, la communication n'étant pas encore faite, son modèle étant en présentation presse pour le moment.

Mitsubishi : 8 ans 160 000 kms (Outlander), 5 ans 100 000 kms iMiev

Nissan : 8 ans ou 160 000 kms / 5 ans ou 100 000 kms (Leaf, NV 200)

Opel : 8 ans ou 160 000 kms (Ampera, e Ampera ou Chevrolet Volt)

Peugeot : 8 ans ou 100 000 kms (ion, Partner), 5 ans ou 100 000 kms pour les versions HYbrid4

Porsche : à priori 2 ans, le constructeur ne communiquant rien sur le sujet

Renault : Toute la gamme est en location. Intervention sur la batterie ou changement si la capacité est inférieure à 75%.

Smart : 8 ans ou 100 000 kms

Suzuki : 3 ans 100 000 kms sachant qu'il s'agit d'une hybridation légère avec un alterno-demarreur + batteries

Tesla : 4 ans ou 80 000 kms à ces débuts puis 8 ans km illimité et 8 ans ou 200 000 kms pour la version 60 kWh

Toyota : Système de traction électrique et batteries sont garantis 5 ans ou 100 000. La Prius 2 avait une garantie de 8 ans ou 160 000 kms. Au delà des 5 ans une extension de garantie spécifique peut être souscrite tant que la voiture n'a pas 10 ans d'âge ( par rapport à la date du début de garantie) et qu'elle effectue ans ou et réussit un "bilan de santé de la batterie hybride tous les 15 000 kms ou 1 an.

Volvo : 8 ans ou 160 000 kms

Volkswagen : 8 ans ou 160 000 kms

Il est bon de noter qu' en moyenne la garantie est assurée également pour une perte de charge et donc d'autonomie. L'engagement est d'assurer entre 70 et 75% minimum de la charge d'origine. Pour le prouver, des tests doivent êtres effectués par le représentant de la marque pour envisager un éventuel remplacement. En général ce test est gratuit la première fois ou s'il est à l'initiative du représentant de la marque. Comme sur un téléphone, les modes de rechargent influent directement sur les capacités des batteries et donc leur vieillissement à savoir : les recharges trop répétées, les batteries pas assez chargées, ou trop chargées. Les types de batteries réagissent ainsi plus ou moins bien à ces fonctionnements. Même le passage du véhicule dans une cabine de peinture (donc lieu surchauffé) peuvent avoir un impact avec une dégradation des cellules.

Les recherches progressent sans cesse avec plusieurs axes : des rendements meilleurs pour augmenter l'autonomie mais avec un encombrement et un poids similaire. Les batteries anciennes générations sont prisées pour des adaptations plus légères à bas coûts (approche chinoise par exemple) et aussi vers de l'hybridation.

Les chargeurs évoluent également afin de charger plus rapidement (autre handicap par rapport à la durée d'un plein pour un véhicule thermique) même si le nombre de formats de prises est loin d'être unique et ce malgré une norme européenne. l'objectif est de charger en 15 à 20 minutes à travers des chargeurs de 50 kW et ce pour non pas une mais 3 véhicules en simultanée. Si aujourd'hui certains nous incitent à faire nos courses pendant le long temps de charge, demain il faudra faire évoluer le concept pour permettre à un autre véhicule de charger au bout de 15 à 20 minutes, le propriétaire n'ayant pas finit ses courses dans ce laps de temps.

Pour ce qui est de la recharge par induction, sa déperdition est beaucoup trop importante pour être viable.

Voici un exemple des principales possibilités de chargements pour les véhicules :

Prise domestique 3 kW

Wallbox 3.7 kW

Wallbox 4.6 kW

Wallbox 7.4 kW

Wallbox 22 kW

Wallbox 43 kW

Combo 50 kW

Super Charger (Tesla uniquement) : 120 kW pour la première génération / 135 à 140 pour la seconde et 350 kW pour la 3 ème à venir dite V3

La charge rapide sur bornes s'effectue selon 2 standards :

- courant alternatif, puissance de recharge 43kW (400 V)

- courant continu au standard européen et plus précisemment Allemand (Combo) ou japonnais ( CHAdeMO) pour une puissance jusqu'à 170kW

Le but des constructeurs est, outre le fait d'offrir une autonomie de roulage comparable à une motorisation thermique, de proposer un temps de charge à terme comparable à celui d'un plein d'essence. Le secret est donc de raccourcir le temps d'attente, de divertir sur place pour patienter (faire les courses, restaurant,...) et offrir un coût réduit voir une gratuité de recharge. Si la borne a une capacité d'envoi de puissance, la voiture a sa propre capacité de réception et donc ces limites. Avec une réelle volonté politique, tout va à présent évoluer très vite et c'est donc dans cette équation que réside le succès, ou pas, d'un modèle électrique. Ce qui est certain c'est que la voiture et son utilisation de demain n'aura rien à voir avec ce que l'on connaît actuellement notamment via la voiture connectée. Les aides de l'état pour l'installation de bornes (50% de prise en charge pour les bornes lentes et 30% seulement pour les bornes rapides) doit à présent très rapidement être inversé si l'on veut un réseau en phase avec son marché.

Très rapidement également,mais nous n'en parlons pas encore, va venir la problématique de taxation énergétique qui devra être comparable à celle du pétrole dont la manne financière va forcement se raréfié avant les réserves naturelles dont ces mêmes politiques nous ont pourtant annoncés la disparition des réserves depuis 40 ans !

Frédéric Bourdiaux 06/07/17

La batterie en écorché d'une Nissan Leaf :