L’autonomie des véhicules électriques à batterie (BEV) n’a cessé d’augmenter au cours de la dernière décennie, et les projections indiquent que cette tendance va se poursuivre. Cependant, l’augmentation de l’autonomie nécessite une batterie plus grande, ce qui peut avoir un impact négatif sur la consommation d’énergie et entraîner une augmentation des émissions de gaz à effet de serre (GES). L’installation d’une batterie plus grande augmente aussi considérablement le prix du véhicule, ce qui rend les BEV moins abordables pour de nombreux consommateurs. Une alternative à l’achat d’un BEV à grande autonomie doté d’une batterie lourde et coûteuse est-elle d’opter pour une batterie plus petite et d’utiliser la recharge rapide lors de trajets occasionnels sur de longues distances ? C’est ce qu’a essayé de savoir l’ONG International Council On Clean Transportation (ICCT).
L’ONG International Council On Clean Transportation (ICCT) a réalisé une étude cherchant à évaluer l’impact de quatre tailles de batterie différentes dans le même modèle de véhicule et les changements qui en résultent au niveau de la stratégie de recharge, de la consommation d’énergie, des émissions de gaz à effet de serre (GES) sur l’ensemble du cycle de vie, du coût total de possession et de la commodité d’utilisation.
Profils et paramètres
L’étude est réalisée pour trois types d’utilisateurs génériques :
- un navetteur urbain n’ayant pas de borne chez lui et parcourant en moyenne 22 km/jour ;
- un navetteur rural disposant d’une borne AC et parcourant 34 km/jour ;
- un habitué de longues distances possédant une borne AC à domicile et « avalant » 374 km/jour.
Un véhicule électrique (BEV) compact à batterie a été modélisé, ressemblant à la Volkswagen ID.3, et l’effet de la taille de la batterie a été analysé en simulant quatre capacités de batterie :
- 28 kWh (275 km d’autonomie) ;
- 58 kWh (429 km) ;
- 87 kWh (616 km) ;
- 116 kWh (784 km).
L’analyse prend en compte l’effet de la capacité de la batterie sur la masse du véhicule, le type de chargement utilisé et la consommation d’énergie du système de gestion thermique de l’habitacle et de la batterie. Elle tient également compte de la variabilité annuelle de la température ambiante à Berlin, en Allemagne.
Par contre, cette analyse ne tient pas compte du surpoids dû à d’éventuels renforts de châssis ou à une variation de la taille du véhicule selon la batterie. Pour l’empreinte carbone de la batterie, l’ONG a considéré que celle-ci était produite en Europe. Concernant la recharge, voici les prix de l’électricité qui ont été utilisés :
- 0,302 €/kWh en AC domestique
- 0,49 €/kWh en AC public sans abonnement
- 0,56 €/kWh en AC public avec abonnement0,59 €/kWh en DC public sans abonnement
- 0,70 €/kWh en DC public avec abonnement
Méthodologie
Afin de simuler une large gamme de tailles de batteries pour le même modèle de véhicule, l’étude utilise le logiciel de simulation Simcenter Amesim de Siemens. Les données relatives au modèle de véhicule proviennent d’un récent projet d’essai mené par l’université technique de Munich (TUM) et de la base de données du club automobile allemand ADAC. Le modèle du système de gestion thermique est calibré à l’aide des résultats d’une étude sur la consommation d’énergie des véhicules électriques dans le monde réel publiée par l’Agence fédérale allemande de l’environnement. Le modèle du véhicule est calibré pour correspondre aux valeurs officielles de consommation d’énergie de la procédure d’essai mondiale harmonisée pour les véhicules légers (WLTP) du véhicule de référence Volkswagen ID.3 avec une batterie de 58 kWh, ainsi qu’aux valeurs rapportées par les consommateurs sur le site spritmonitor.de.
Consommation d’énergie
Les résultats de la simulation, illustrés dans la figure 1 ci-dessous, montrent que la consommation d’énergie augmente avec la capacité de la batterie, tandis que le nombre d’arrêts de recharge rapide en cours de route diminue.
Une batterie plus grande augmente la consommation d’énergie pour tous les utilisateurs, mais seul le conducteur longue distance bénéficie d’une diminution substantielle des arrêts de recharge en cours de route. L’utilisation d’une batterie de 116 kWh au lieu d’une batterie de 28 kWh augmente la consommation d’énergie de 13,4% à 16,9% pour les trois types de conducteurs.
Pour les conducteurs longue distance, les arrêts de recharge en route par an diminuent de 260, soit une moyenne de 0,7 arrêt de recharge par jour. Cependant, les navetteurs urbains et ruraux n’économisent que 35 arrêts supplémentaires par an, soit une moyenne de 0,14 arrêt par jour, en multipliant par plus de quatre la taille de la batterie. C’est que l’autonomie de la batterie de plus faible capacité couvre la plupart de leurs trajets.
Emissions et TCO
Sur la base des résultats de la simulation, l’ICCT a calculé les émissions de GES sur l’ensemble du cycle de vie et le coût total de possession (TCO) pour une période de détention de 4 ans par le premier propriétaire du véhicule.
Les émissions de GES sur l’ensemble du cycle de vie et le coût total de possession sont influencés par l’augmentation de la consommation d’énergie, l’augmentation des émissions de GES dues à la production et l’augmentation du prix de la batterie.
Comme le montre la figure 2 ci-dessous, le doublement de l’autonomie réelle des BEV, qui passe de 250 km à 500 km, augmente la consommation annuelle moyenne d’énergie de 8 à 10% pour les trois types d’utilisateurs. Dans le même temps, les émissions de GES sur l’ensemble du cycle de vie augmentent de 15 à 20%.
En termes relatifs, c’est pour le navetteur urbain que l’augmentation des émissions est la plus importante lorsque la taille de la batterie est doublée (20%). Cela s’explique en grande partie par les trajets plus fréquents et plus courts de ce type d’utilisateur, qui nécessitent un refroidissement ou un chauffage plus fréquent de l’habitacle et de la batterie, ce qui augmente la consommation d’énergie du système de gestion thermique.
Le coût par kilomètre est supérieur de 15% pour le conducteur longue distance, d’environ 23% pour le navetteur urbain et de 20% pour le navetteur rural. Pour les navetteurs urbains et ruraux, la commodité d’utilisation, exprimée par le nombre d’arrêts de recharge en cours de route, ne s’améliore pas les jours de trajet lorsque l’autonomie est doublée. Pour le conducteur longue distance, un arrêt de charge par jour de trajet est évité en moyenne.
Pour les quelques trajets de loisirs longue distance que ces conducteurs effectuent chaque année, le nombre de charges en route passe de quatre à deux pour le navetteur urbain et le conducteur longue distance, tandis qu’il passe de cinq à deux pour le navetteur rural.
Conclusions et recommandations
Sur la base des résultats de l’étude, l’ICCT a formulé des conclusions et des recommandations :
La plupart du temps, une batterie plus grande n’apporte pas d’avantages supplémentaires aux navetteurs urbains et ruraux en termes d’arrêts de recharge rapide évités en cours de route. La recharge rapide le long de l’itinéraire n’est nécessaire que pour les trajets de longue distance, qui, dans le cas de cette simulation, représentent moins de 2% des jours de l’année.
Pour les types d’utilisateurs considérés, une batterie plus petite combinée à une recharge rapide est plus rentable qu’une batterie plus grande. Malgré le prix plus élevé de l’électricité associé à une recharge rapide plus fréquente, une batterie plus petite se traduit par une consommation d’énergie plus faible, un prix d’achat du véhicule plus bas et un coût total de possession plus faible.
L’utilisation d’une petite batterie et la réduction de la consommation d’énergie électrique sont essentielles pour réduire les émissions de gaz à effet de serre sur le cycle de vie des BEV. Les émissions de gaz à effet de serre des BEV sur l’ensemble de leur cycle de vie augmentent avec la taille de la batterie. Pour réduire l’empreinte environnementale des BEV, il est essentiel de fournir aux consommateurs des informations suffisantes pour qu’ils puissent choisir la taille de batterie qui correspond à leurs besoins.
La consommation d’énergie et l’autonomie des BEV sont fortement influencées par les conditions ambiantes et l’utilisation du véhicule. En raison de la consommation d’énergie du système de chauffage et de climatisation, ainsi que du système de gestion thermique de la batterie, la consommation d’énergie moyenne et l’autonomie disponible varient considérablement d’un mois à l’autre. Cet effet est particulièrement prononcé pour les utilisateurs qui effectuent fréquemment des trajets de courte distance.
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