Une nouvelle étude montre : Les batteries des véhicules électriques durent beaucoup plus longtemps que prévu

Alors que les voitures diesel ne cessent de rouler, les batteries des voitures électriques tombent rapidement en panne et transforment la nouvelle voiture coûteuse en une perte financière totale - des déclarations de ce type se retrouvent régulièrement sur les médias sociaux. P3 a analysé les données de plus de 7 000 voitures électriques, ce qui permet de mieux comprendre le vieillissement réel des batteries. Les données recueillies sur le terrain brossent un tableau tout à fait différent.

Qu'il s'agisse du travail des enfants dans les mines de cobalt, de l'anxiété liée à l'autonomie ou de l'effondrement du réseau électrique si toutes les voitures électriques se rechargent en même temps, l'internet regorge d'affirmations erronées et de demi-vérités sur les voitures électriques et leurs batteries. Dès qu'un sujet est réfuté par des faits ou rendu obsolète par une plus grande autonomie et de meilleurs réseaux de recharge, la rumeur suivante se répand. L'un de ces mythes est le vieillissement des batteries : les voitures électriques d'occasion seront presque impossibles à vendre car la batterie vieillit rapidement, perd de l'autonomie et, dans le pire des cas, doit être remplacée - soi-disant.

Comme beaucoup de mythes, celui qui concerne le vieillissement des batteries contient une part de vérité : les batteries vieillissent de deux manières. C'est pourquoi toute personne souhaitant en savoir plus sur les voitures électriques tombera tôt ou tard sur ce genre d'histoires. Une chose est sûre : la batterie est l'élément le plus coûteux d'une voiture électrique. C'est pourquoi on peut légitimement se demander comment cela affecte la valeur résiduelle de la voiture ou à quelle fréquence les batteries des voitures électriques doivent être remplacées et quelles en sont les conséquences financières.

Le cabinet de conseil en gestion P3, spécialisé dans la mobilité électrique, a mené une étude pour apporter une réponse factuelle et contrer les mythes sur les batteries. Dans un premier temps, P3 a examiné 50 voitures électriques de sa propre flotte, puis a analysé les données de mesure réelles de 7 000 voitures électriques. P3 souhaite utiliser les résultats pour fournir aux consommateurs des informations complètes afin d'éliminer les malentendus sur la mobilité électrique et la durée de vie des batteries. "La désinformation peut avoir un impact négatif sur la transition vers la mobilité électrique en alimentant des craintes infondées et en réduisant ainsi l'acceptation sociale et la pénétration du marché des véhicules électriques. Il est donc essentiel de fournir des données fiables et transparentes pour donner une image réaliste de l'autonomie réelle des batteries et renforcer ainsi la confiance dans les véhicules électriques", indique le livre blanc.

L'état de santé comme principal indicateur

Avant d'aborder les résultats, clarifions brièvement quelques termes. L'"état de santé", ou SoH en abrégé, est au cœur du vieillissement des batteries. Il n'existe pas de définition standardisée à ce sujet ; dans cette publication, P3 se réfère uniquement à la capacité de la batterie. L'état de santé est défini comme le rapport entre la capacité actuelle mesurée et la capacité à l'état neuf - à proprement parler, la capacité nette dans chaque cas, c'est-à-dire le contenu énergétique que le client peut utiliser. La capacité brute, c'est-à-dire le contenu énergétique installé dans le véhicule, est plus élevée mais n'a pas d'importance ici. En fin de compte, seule l'énergie disponible pour le client dans la voiture électrique compte. En d'autres termes, la capacité nette lorsque la batterie est neuve correspond à une SoH de 100 %. Si la capacité actuelle diminue par la suite, le SoH passe également sous la barre des 100 %. Les conditions de garantie du fabricant spécifient souvent 70 ou 80 % après un certain kilométrage ou une certaine période d'utilisation.

Pour être complet, on parle souvent de vieillissement "calendaire" et "cyclique". Au cours du vieillissement calendaire d'une batterie, les structures chimiques des cellules de la batterie changent, même sans utilisation active. Le vieillissement cyclique entraîne des contraintes supplémentaires dues à la charge et à la décharge de la batterie. Ces deux facteurs ne peuvent pas être évités complètement (nous y reviendrons plus tard) et ne peuvent pas être clairement séparés l'un de l'autre. C'est pourquoi la définition de SoH n'inclut pas de valeurs telles que l'historique de la charge et de la décharge, mais seulement la capacité - qui est pertinente pour les voitures électriques du point de vue du client.

Analyse des données de plus de 7 000 véhicules

La nouveauté de cette étude réside dans le fait qu'elle est basée sur des données réelles provenant de véhicules en circulation. Dans son modèle SoH, P3 faisait auparavant des prédictions sur la durée de vie en se basant sur des données académiques et des mesures en laboratoire - généralement au niveau des cellules. Les données provenant des voitures électriques ajoutent non seulement des facteurs externes tels que les influences environnementales et le comportement de conduite et de charge, mais aussi la programmation du système de gestion de la batterie et les stratégies de vieillissement mises en œuvre par les constructeurs automobiles en ce qui concerne la manière dont ils sollicitent et/ou protègent leurs batteries.

P3 a adopté deux approches pour obtenir les données essentielles sur les véhicules : Tout d'abord, 50 véhicules de la flotte de l'entreprise ont été mesurés, la batterie a été examinée pour vérifier si elle avait déjà vieilli et le SoH a été mis en corrélation avec l'utilisation et le comportement de charge. "Les véhicules ont été sélectionnés pour obtenir des informations sur le plus grand nombre possible de profils de conduite et de charge et pour identifier les différences entre les fabricants", explique P3.

Pour étayer ces analyses individuelles qualitatives par des données plus quantitatives, la deuxième étape a fait appel à la startup autrichienne de diagnostic de batteries Aviloo. Selon cette dernière, elle a déjà effectué plus de 60 000 tests de capacité. Petite parenthèse : Aviloo propose deux analyses différentes : le "Flash Test" et le "Premium Test". Dans les deux cas, l'Aviloo Box, un dongle OBD, est connecté au port OBD du véhicule. Pour le "Premium Test", la batterie est chargée à 100 % et réduite à 10 % avec le dongle connecté. De cette manière, de nombreuses données relatives à la batterie sont mesurées et analysées sur les serveurs d'Aviloo. Le "Flash Test" n'a lieu que lorsque le véhicule est à l'arrêt et analyse les valeurs mesurées disponibles en se basant sur la base de données qui a été établie pour le type de batterie concerné par le "Premium Test".

Pour son analyse, P3 a utilisé les données de plus de 7 000 véhicules, qui ont tous été analysés à l'aide du "Premium Test", une procédure plus complexe mais aussi plus précise. Cet ensemble de données comprenait également des véhicules ayant parcouru plus de 300 000 kilomètres. "Cela a permis d'évaluer le vieillissement de la batterie de manière plus détaillée et plus quantitative en fonction du kilométrage", indique le livre blanc. "Cela complète spécifiquement l'analyse de la flotte P3 et fournit une base de données plus large pour une évaluation bien fondée.

Image : Groupe P3

Le résultat de l'évaluation est clair : au cours des quelque 30 000 premiers kilomètres, la perte de capacité s'accélère, ce qui signifie que l'état de santé passe relativement rapidement de 100 à environ 95 %. La bonne nouvelle est que la dégradation réelle diminue au fur et à mesure que le kilométrage augmente. Les données d'Aviloo sur les 7 000 véhicules montrent un SoH (moyen) d'environ 90 % à 100 000 kilomètres. Ensuite, la ligne de tendance est presque horizontale ; entre 200 000 et 300 000 kilomètres, elle est presque stable - et se situe bien au-dessus des 70 à 80 % prévus par la garantie de la batterie. En fait, elle est plus proche de 87 %.

La perte rapide de SoH dans la phase initiale s'explique simplement : une couche dite SEI (solid electrolyte interphase) se forme sur l'anode (c'est-à-dire la borne négative) de la cellule de la batterie au cours des premiers cycles de charge et de décharge. Il s'agit de dépôts de produits de réaction de l'électrolyte qui se forment toujours. En fonction du véhicule et de la composition chimique de la batterie, ce phénomène peut se produire de manière très différente, ce qui explique la grande variabilité des données. Toutefois, la ligne de tendance obtenue à partir de plus de 7 000 ensembles de données sur les véhicules fournit une bonne estimation.

Les données des 50 véhicules P3 correspondent également aux résultats de l'analyse d'Aviloo. Certains de ces véhicules ont également été utilisés pour d'autres tests, de sorte que le profil de conduite et de charge de ces véhicules peut être plus extrême que celui d'une voiture de société utilisée principalement pour les trajets domicile-travail. Néanmoins, leurs batteries ont fait preuve d'une grande longévité : "Presque tous les véhicules P3 testés ont un SoH supérieur à 90%. Cela indique que les batteries de la flotte P3 continuent à très bien fonctionner malgré les différents fabricants, les différents profils d'utilisation et l'utilisation intensive.

Un autre résultat intéressant a été obtenu à partir de plus de 7 000 ensembles de données : Les données de terrain suggèrent que la capacité réelle de la batterie est maintenue plus longtemps que prévu dans des conditions réelles, en particulier avec les kilométrages élevés souvent cités de 200 000 kilomètres et plus. Sur la base des essais en laboratoire, le modèle SoH publié par P3 en 2023 donnait des prévisions beaucoup plus pessimistes sur l'état de santé de la batterie. Jusqu'à environ 50 000 kilomètres, le modèle de laboratoire et les données de terrain sont à peu près identiques - au-delà de 100 000 kilomètres. Toutefois, les lignes de tendance divergent considérablement. P3 conclut que les profils d'utilisation réels et le contrôle des cellules par le système de gestion de la batterie sur le terrain réduisent considérablement le vieillissement.

Mais comment expliquer les variations observées ? Après tout, certains véhicules ont encore une SoH extrêmement élevée après plus de 50 000 kilomètres, tandis que certains véhicules atteignent encore 98 % après près de 200 000 kilomètres - tandis que d'autres tombent rapidement en dessous de 90 %. En fait, le comportement des conducteurs en matière de recharge et d'utilisation, ainsi que les véhicules eux-mêmes, ont une influence, tout comme les fabricants. D'une part, le tampon prévu (c'est-à-dire la différence entre la capacité brute et la capacité nette) joue un rôle important en termes de taille et d'utilisation du tampon. En effet, il peut être utilisé, par exemple, pour réduire le vieillissement perceptible pendant la période de garantie, en libérant un peu plus de capacité nette au fil du temps. D'autre part, le comportement de charge peut être modifié par une mise à jour du logiciel. D'une part, il peut s'agir d'une puissance de charge plus élevée pour des temps de charge plus courts, ce qui entraîne une plus grande sollicitation de la cellule. D'autre part, il est également possible qu'une mise à jour améliore le contrôle des cellules, par exemple en optimisant le préconditionnement pour réduire le stress pendant la charge rapide dans des conditions sous-optimales.

La base de données se détériore avec le kilométrage

Deux critiques concernant les ensembles de données ne doivent pas être passées sous silence : P3 lui-même souligne que la base de données pour les véhicules de plus de 200.000 kilomètres est nettement plus petite que pour les véhicules ayant un kilométrage plus faible. "La raison en est qu'il n'y a que peu de véhicules avec une telle autonomie. Cela limite quelque peu la validité des données pour les kilométrages élevés et entraîne également une plus grande dispersion des données", indique l'étude. Le "biais de survie" doit également être pris en compte. En effet, seuls les véhicules à fort kilométrage encore en état de rouler à 200 000 ou 300 000 kilomètres ont été mesurés. Les véhicules qui ne sont plus utilisés en raison d'une défaillance de la batterie ne sont pas pris en compte. Cela peut faire paraître la fiabilité des véhicules trop positive. Mais le gros problème est que même si une voiture électrique tombe en panne prématurément, selon les statistiques de l'ADAC à partir de 2023, ce n'est qu'occasionnellement à cause de la batterie de traction. "Des cas individuels, tels que des pannes causées par un comportement d'utilisation particulier ou des erreurs de production, peuvent toujours se produire et se produisent souvent pendant la période de garantie et constituent donc rarement un risque financier pour les consommateurs", écrit P3.

Que peuvent donc faire les consommateurs pour améliorer la santé des batteries et ralentir le processus de vieillissement ? En gros, en adoptant un comportement prudent en matière de conduite et de charge. Pour une réponse plus détaillée, il convient de faire la distinction entre le vieillissement calendaire et le vieillissement cyclique. Important : il s'agit d'affirmations générales. Au cas par cas, un comportement différent est possible en fonction du véhicule et de la batterie. Toutefois, les recommandations P3 suivantes n'endommagent pas la batterie.

Dans le cas du vieillissement du calendrier, les principaux facteurs sont la température et l'état de charge. Lorsqu'elles ne sont pas utilisées, les piles préfèrent des températures basses à moyennes, inférieures à 25 degrés, selon P3. Une température trop élevée (plus de 60 degrés) est une "force motrice pour les réactions chimiques, ce qui conduit à une dégradation accélérée de la capacité". Toutefois, la gestion du véhicule ou de la batterie peut également jouer un rôle, comme le montre notre analyse technique approfondie de la plateforme PPE du groupe VW. Le niveau de charge auquel une voiture électrique est garée pendant une longue période est également important. Un niveau de charge plus élevé signifie une tension plus élevée dans la cellule, ce qui accélère le vieillissement sur une période plus longue. P3 recommande de garer le véhicule à un niveau de charge faible à moyen (de 10 à 50 %) pour les périodes de stationnement très longues.

Un comportement de conduite et de recharge en douceur aide la batterie

La température joue également un rôle dans le vieillissement cyclique, c'est-à-dire dans l'utilisation, mais dans un domaine différent. Si la batterie est utilisée, elle ne doit être ni trop chaude ni trop froide. Cela s'applique à la charge (rapide) et à la conduite. Les courants élevés (charge rapide, forte accélération, conduite à grande vitesse) ne sont généralement pas propices à la SoH, mais surtout à des températures extrêmes. En d'autres termes, un comportement de conduite modéré avec des vitesses faibles et constantes et une charge rapide peu fréquente à des températures moyennes serait idéal - et avec une faible profondeur de décharge, c'est-à-dire si le niveau de charge reste compris entre 20 et 80 %. Ce n'est pas la fin du monde si l'on s'en écarte au cas par cas (car la recharge rapide est également nécessaire sur l'autoroute en hiver). Cependant, un comportement de conduite et de charge essentiellement doux peut ralentir le vieillissement de la batterie.

L'enquête montre également que le vieillissement réel de la batterie enfreint rarement les conditions de la garantie de la batterie. La garantie standard pour les systèmes de batterie des VE est actuellement de huit ans ou 160 000 kilomètres, les premiers fabricants allant jusqu'à 250 000 kilomètres et dix ans. Lexus propose même une extension de garantie à un million de kilomètres ou dix ans sur le UX300e (certes peu utilisé). La batterie dure donc généralement beaucoup plus longtemps que la garantie ou d'autres pièces du véhicule.

Image : Groupe P3

Grâce à cette longue durée de vie, une deuxième utilisation de la batterie après la "première vie" dans le véhicule est bien sûr possible, par exemple comme stockage d'énergie stationnaire - la "deuxième vie". Ce n'est qu'après cette seconde utilisation, soit environ 20 ans ou plus, qu'une batterie est recyclée. C'est du moins ce que prévoit le modèle.

Pour répondre à la question posée au début sur la valeur résiduelle, celle-ci dépend fortement de la phase d'utilisation actuelle. Pendant la période de garantie du fabricant, elle est naturellement plus élevée qu'après l'expiration de la garantie, même si la batterie du véhicule est encore fonctionnelle. La valeur résiduelle diminue au fur et à mesure qu'elle n'est plus remplacée ou réparée sous garantie. "Pendant la période de garantie, la perte de valeur dépend fortement du vieillissement et de la capacité restante", écrit P3. "Après l'expiration de la garantie, il faut s'attendre à une perte de valeur plus importante. À la fin de la première durée de vie, en fonction du coût des nouvelles batteries, la batterie peut encore avoir une valeur résiduelle significative grâce à une seconde utilisation."