Voiture électrique : quelles pertes de puissance entre la batterie et les moteurs ?

La puissance d’une voiture électrique dépend de celle de sa batterie. Voici comment fonctionne la chaîne de puissance et les pertes qui peuvent exister.

Dans une voiture thermique conventionnelle, le moteur produit un certain niveau de puissance, qui correspond au produit du couple mécanique (en Nm) et du régime de rotation (tr/min.). Cette puissance est envoyée aux roues par l’intermédiaire de la transmission. Entre le vilebrequin (l’organe mécanique qui fait tourner le volant moteur, la boîte puis les cardans) et les roues, des pertes de puissance s’observent. Autrement dit, la puissance mesurée aux roues est moins importante qu’au vilebrequin.

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Sur une voiture électronique, la chaîne de traction diffère nettement. Ici, c’est la batterie, et uniquement elle, qui produit la puissance nécessaire pour faire tourner les machines électriques. Sa puissance, exprimée en kW (beaucoup plus logique que des chevaux-vapeur) est envoyée aux machines électriques, qui utiliseront alors le courant pour faire tourner les roues via une transmission. Une machine électrique ne développe donc pas de puissance au sens propre du terme, mais elle délivre simplement un certain niveau de puissance. C’est donc la batterie qui est limitante dans la chaîne de puissance, et il est important de dissocier les niveaux de puissance à chaque étape, ainsi que les chiffres théoriques et pratiques.

Puissance batterie ou moteur ?

Dans l’écrasante majorité des cas, la puissance maximale théorique qu’une machine électrique est capable de délivrer est plus élevée que celle de la batterie. Les configurations les plus sophistiquées, à l’image des Lucid Air Sapphire ou Maserati Granturismo Folgore l’illustrent bien : cela permet d’alimenter suffisamment chaque module pour assurer une meilleure distribution du couple, tout en préservant la fiabilité.

En revanche, notons que certains constructeurs communiquent sur ce niveau de puissance maximale théorique pour embellir la fiche technique. Il ne s’agit pas d’un mensonge, mais la notion n’est pas vraie pour autant. C’était (c’est ?) l’une des pratiques de Tesla. Pour sa Model S P85 D, la marque annonçait un total de 514 kW (700 ch), alors que la batterie ne pouvait pas débiter plus de 400 kW. C’est toujours le cas sur son site, où les puissances indiquées semblent davantage correspondre au maximum théorique des modules plutôt qu’à la vraie puissance de l’auto. Enfin, on a noté que le BYD Atto 2 est annoncé à une puissance maximale de 130 kW (177 ch) sur la fiche technique. Or, nous avons découvert qu’il s’agit du pic maximal que la batterie peut envoyer, et non celui délivré par les roues. Le compteur de puissance au tableau de bord et nos mesures chronométrées ne laissent aucun doute à ce sujet. D’après nos estimations, le BYD Atto 2 devrait donc présenter sur ses fiches une puissance de près de 160 ch. La raison ? Les pertes entre la batterie et les roues. Car si elle se passe de nombreux intermédiaires, et donc d’autant de facteurs de pertes de puissance, la voiture électrique n’est pas épargnée.

Pourquoi existe-t-il des pertes de puissance ?

Stockée en courant continu dans la batterie, l’énergie est envoyée à l’onduleur qui se charge de la convertir en courant alternatif, nécessaire pour alimenter la ou les machine(s) électrique(s). Avec ce processus de conversion, c’est l’onduleur qui est le responsable des plus grosses pertes de puissance entre la batterie et les roues, puisque la voiture électrique est dépourvue d’embrayage, de boîte à vitesse, d’arbre de transmission central.

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Ensuite, les pertes sont plus mesurées. Ici on y retrouve les pertes de la ou les machine(s) électrique(s), plus ou moins importantes là encore en fonction de la technologie (synchrone à aimants permanents, rotor bobiné, asynchrone). Aussi, même si l’on retrouve une transmission assurée par un réducteur à rapport fixe unique et des demi-arbres pour faire tourner les roues, les contraintes sont moins importantes qu’avec une boîte à vitesse classique. Moins il y a d’intermédiaires, moins il y a de frottements et moins il y a de pertes. Dans de rares cas, on retrouve une boîte à deux rapports (Mercedes CLA, MG Marvel R, Porsche Taycan), mais la perte devrait être minime là aussi. Hélas, nous ne sommes pas en mesure de la chiffrer puisqu’il n’est pas possible d’effectuer des mesures en verrouillant un rapport.

Dans l’écrasante majorité des cas, la puissance maximale est mesurée aux roues sur banc de puissance. Mais on ne sait pas sur quelle plage elle est disponible, même s’il est fort probable que les fabricants annoncent une puissance maxiamale avec une batterie chargée à 100 % pour avoir la meilleure valeur à communiquer. Dans tous les cas, c’est la valeur communiquée officiellement qui nous servira de base pour nos comparaisons. Enfin, notons qu’il s’agit toujours d’un pic maximal, différent de la puissance nette maximale légale indiquée à la case P.2 de la carte grise. Nous vous invitons à découvrir ou redécouvrir nos explications et chiffres à ce sujet.

Quels niveaux de perte de puissance ?

Il n’existe pas de vérité absolue en matière de pertes de puissance puisque cela dépend des différentes architectures électriques et des choix techniques qui en découlent. Aussi, cela dépend du niveau de charge qui sert de référence, puisqu’une batterie ne délivre pas toujours le même pic de puissance, à tout le moins aussi longtemps, selon que la jauge soit à 100 ou 20 %. Pour rappel, nous effectuons nos mesures à près de 80 % de charge avec la climatisation coupée pour éviter qu’elle ne soit prise en compte dans le calcul. Dans ce cas, entre le pic enregistré par nos soins au cours d’une accélération et la puissance maximale indiquée par le constructeur, on observe une perte moyenne de 7 %, ou de 14 kW (19 ch pour donner un ordre d’idée) en valeur absolue.

Cependant, toutes les voitures ne sont pas logées à la même enseigne. On remarque alors que le Subaru Solterra doté de deux machines identiques est la lanterne rouge du classement avec une différence de 13,5 % entre le pic de 185 kW produit par la batterie et les 160 kW (218 ch) annoncés. En valeur absolue, c’est le BYD Sealion 7 qui perd le plus avec 27 kW (37 ch) qui s’évaporent entre les deux. À l’inverse, ce sont les citadines avec de modestes puissances qui s’en sortent le mieux. La Renault 5 e-Tech est sur la première marche avec un écart de 4 % (5 kW). Même chose ou presque pour la Hyundai Inster 49 kWh (6 % ou 5 kW). La Peugeot e-208 GT est troisième de ce classement avec une perte de 8 % (10 kW).

L’avantage des onduleurs SiC

Enfin, soulignons que les voitures dotées de plateforme dite 800 V, à tout le moins de plus de 400 V, affichent des pertes modérées, équivalentes à celle des citadines. La raison de leur bonne performance ? Une tension élevée qui permet de réduire les pics d’intensité et donc les pertes de puissance par échauffement, mais surtout la présence d’onduleurs au carbure de silicium (MOSFET SiC) qui réduisent drastiquement les pertes grâce à leur fréquence de commutation plus élevée. Dès lors, on enregistre seulement 5 % (13 kW) pour la BYD Seal RWD, 6 % (27 kW) pour le BYD Sealion 7, ou 7 % (23 kW) pour la Porsche Taycan. Le Kia EV9, lui aussi basé sur une architecture dite 800 V, est en bonne position, mais la Volkswagen ID.3 vient contredire sa performance avec des chiffres parfaitement identiques. Preuve qu’il y a des généralités, mais pas des vérités absolues.

Ce dossier sert avant tout à mieux comprendre le fonctionnement d’une voiture électrique et son alimentation depuis la batterie, le vrai cœur du système. Surtout que le niveau de pertes n’est en rien un indicateur sur les véritables performances d’une voiture. Car si le Subaru Solterra figure ici en bas du classement, rappelons que c’est celui qui avoue la plus faible différence entre le pic annoncé et la puissance nette homologuée, avec un écart de seulement 26 %. Surtout, cette étude met en lumière un des autres avantages d’une plateforme dite 800 V, à tout le moins équipée des composants pour en tirer le meilleur parti. Appelés à se généraliser, les onduleurs au carbure de silicium limitent la perte d’énergie, et donc la consommation finale par rapport à un système classique. Dans tous les cas, seule la valeur communiquée par le constructeur et son endurance au fil de la charge disponible importe, qu’on se charge de contrôler lors des Supertests.