Voitures électriques: Calcul efficience ?

[PegasusM31]

Bonjour,

Je réalise une étude à titre personnel sur l'efficience des voitures électriques (VE).
Je cherche à mettre en évidence le fait que certains constructeurs automobiles conçoivent des VE peu efficientes, qu'ils compensent en mettant une grosse batterie (ce qui rajoute de la masse au véhicule évidemment).

En gros, comme si sur une voiture thermique consommant 20 l/100, on y mettait un réservoir de 200 litres plutôt que de travailler sur son efficience (aérodynamique, résistance au roulement, rendement du moteur + transmission...).

3 données d'entrée disponibles:
- autonomie (km)
- capacité de la batterie (kWh)
- masse de la voiture (kg)

J'étais parti sur la formule :
Efficience (%) = Energie en sortie/Energie en entrée = travail en sortie/capacité de la batterie = (masse x autonomie) / capacité de la batterie.
Le tout évidemment converti avec les bonnes unités (Joules) avec des Newtons, mètres.

J'arrive à un graphique en nuage de points plutôt intéressant. Par une catégorie identique (ex. SUV familiaux de mêmes dimensions), pour obtenir une autonomie maxi de 500 km, certains constructeurs y arrivent avec une batterie de 75 kWh tandis que d'autres doivent y mettre une batterie de 90 kWh...

Seulement je me rends compte que le travail en sortie "masse x autonomie" ne représente pas vraiment un travail : il s'agit de la masse du véhicule et non de la force nécessaire pour déplacer le véhicule sur la distance (autonomie). Je coince un peu sur cela.

Le but n'est pas de déterminer l'efficience réelle (impossible à connaître avec seulement 3 données), mais plutôt de comparer les VE entre elles tout en évitant de grossières erreurs sur la méthode de calcul et en respectant les basiques de la physique.

Merci pour votre aide.
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[calculair]

Je pense qu'il faut se fier à la consommation de carburant au 100 km Un litre d'essence représente environ 9 kWh, il faut réduire cette energie par le rendement de moteur thermique , je pense au pif 30 % au mieux

donc un réservoir de 50 l représente une energie potentielle de 450 kWh, Une energie mécanique fournie de 135 kWh Si véhicule équivalent consomme 8 l au 100km ce la représente une autonomie de 620 km et une energie mécanique fournie équivalente au véhicule electrique L'autonomie du véhicule electrique avec sa batterie de 90 kWh serait de 125 km .... dans cet exemple....

Tout dépend du rendement du moteur thermique et de la consommation au 100 km....

Bonjour,

Je réalise une étude à titre personnel sur l'efficience des voitures électriques (VE).
Je cherche à mettre en évidence le fait que certains constructeurs automobiles conçoivent des VE peu efficientes, qu'ils compensent en mettant une grosse batterie (ce qui rajoute de la masse au véhicule évidemment).

En gros, comme si sur une voiture thermique consommant 20 l/100, on y mettait un réservoir de 200 litres plutôt que de travailler sur son efficience (aérodynamique, résistance au roulement, rendement du moteur + transmission...).

3 données d'entrée disponibles:
- autonomie (km)
- capacité de la batterie (kWh)
- masse de la voiture (kg)

J'étais parti sur la formule :
Efficience (%) = Energie en sortie/Energie en entrée = travail en sortie/capacité de la batterie = (masse x autonomie) / capacité de la batterie.
Le tout évidemment converti avec les bonnes unités (Joules) avec des Newtons, mètres.

J'arrive à un graphique en nuage de points plutôt intéressant. Par une catégorie identique (ex. SUV familiaux de mêmes dimensions), pour obtenir une autonomie maxi de 500 km, certains constructeurs y arrivent avec une batterie de 75 kWh tandis que d'autres doivent y mettre une batterie de 90 kWh...

Seulement je me rends compte que le travail en sortie "masse x autonomie" ne représente pas vraiment un travail : il s'agit de la masse du véhicule et non de la force nécessaire pour déplacer le véhicule sur la distance (autonomie). Je coince un peu sur cela.

Le but n'est pas de déterminer l'efficience réelle (impossible à connaître avec seulement 3 données), mais plutôt de comparer les VE entre elles tout en évitant de grossières erreurs sur la méthode de calcul et en respectant les basiques de la physique.

Merci pour votre aide.

[Gwinver]

Bonjour.

Voilà une étude ambitieuse.

Peut-être trop.

Je cherche à mettre en évidence le fait que certains constructeurs automobiles conçoivent des VE peu efficientes, qu'ils compensent en mettant une grosse batterie (ce qui rajoute de la masse au véhicule évidemment).

Il faudrait plutôt simplement faire un comparatif sans aller tout de suite à la conclusion.

Il faut aussi comparer ce qui est comparable, en l'occurrence pour des voitures, comparer des véhicules d'une même classe.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Segment_automobile
https://fr.wikipedia.org/wiki/Classi...es_automobiles

Il faut aussi s'assurer de considérer les mêmes cycles de test, le plus répandu actuellement est le WLTP, il y a aussi parfois la mention autoroute.

Le comparatif devient plus simple: pour une classe donnée, noter les autonomies WLTP et autoroute (en supposant qu'ils 'agisse de la même définition), et ensuite relier ceci au poids, au produit SCx (l'idéal étant de séparer S et Cx) et bien sûr à la capacité de la batterie. Attention, toutes les batteries ne sont pas du même niveau technologique, il y a un rapport coût/prestation à considérer.

Je cherche à mettre en évidence le fait que certains constructeurs automobiles conçoivent des VE peu efficientes ........

A la décharge des constructeurs, ils doivent faire face à de multiples contraintes en réutilisant le plus possible d'éléments existants tout en arrivant rapidement sur le marché en satisfaisant les contraintes administratives et légales. Par exemple, ils doivent atteindre un certain niveau d'émission de CO2 de la moyenne des voitures vendues ou de la gamme proposée. Ils ont donc tendance à mettre au catalogue des véhicules pas forcément optimisés.

[XK150]

Salut ,

On en revient au problème du choix des circuits donnant la consommation " normalisée " des véhicules thermiques .

Pour les électriques , une façon de mesurer ( et non pas de calculer ) " votre " efficacité énergétique serait de choisir une vitesse constante et la même pour tous ( or , il y a des électriques plus ou moins puissants ...) ,
de les mettre sur un parcours absolument horizontal , un jour sans vent et à vitesse absolument constante , et voir celui qui parcourt la plus grande distance rapportée à l'énergie électrique consommée .
Vous auriez " votre " efficacité énergétique pour la vitesse choisie : des km par Wh à la vitesse v .

Ceci vous donnerait une idée des forces résistantes appliquées au véhicule , essentiellement la force aéro , les forces de roulement - frottements et les quelques pertes mécaniques de transmission , par exemple .
Seulement , vous n'avez pas accès à ces mesures ( elles existent probablement sous cette forme - ou sous une forme proche - chez les constructeurs ) .

Par calcul , vous ne pouvez rien faire ; Par exemple , il est évident que le véhicule ayant une mauvaise aéro , va consommer plus de Wh qu'un véhicule profilé ayant une très bonne aéro .

[A voir en vidéo sur Futura]

[antek]

Je suis étonné (quoique . . .) de l'absence de données constructeur à ce sujet.
Pour les véhicules thermiques la comparaison entre véhicules est simple et très proche de la réalité.

Il n'existe donc pas de "normes" permettant une comparaison de la consommation des véhicules électriques ?

[Gwinver]

Bonjour.

Il n'existe donc pas de "normes" permettant une comparaison de la consommation des véhicules électriques ?

Au minimum, il est possible de rapporter la capacité de la batterie à l'autonomie WLTP.
Par exemple, une capacité de batterie de 60 kWh avec une autonomie WLTP de 500 km donne 12 kWh au 100 km.
On a aussi souvent l'autonomie sur autoroute, mais je ne connais pas le profil considéré, est-ce plat, à vitesse constante, etc. ...

Mais, il faut aussi considérer le rendement de la recharge, dans une autre discussion, on avait vu que le rendement pouvait descendre à 75%, dans le cas ci-dessus, le rendement réel serait donc de 16 kWh au 100 km.

[antek]

Au minimum, il est possible de rapporter la capacité de la batterie à l'autonomie WLTP.

Merci

Je ne parlais pas de calculs d'apothicaire mais de normes spécifiant la consommation.
Comme si le profil d'utilisation pour établir la consommation des thermiques ne pouvait s'appliquer à l'électrique.

Ou peut-être pour des raisons inavouables . . .

[trebor]

Bonjour à tous,
Le calcul comparatif devrait tenir compte des températures extérieures, car en hiver une voiture électrique consomme plus d'énergie pour son chauffage et sa batterie moins performante.
La recharge de la batterie consomme plus de Kwh (25% en plus suivant Gwinver) que la quantité stockée dans la batterie.
Poids des 2 voitures identique, Kwh consommé au 100 km en moyenne sur une année pour un kilométrage et des parcours identiques.

[Gwinver]

Bonjour.

Comme si le profil d'utilisation pour établir la consommation des thermiques ne pouvait s'appliquer à l'électrique.

Je ne suis pas sûr de bien comprendre.
La norme WLTP est applicable à tous les véhicules.
Mais, en thermique il y a un cycle (30 minutes) sur lequel la mesure est faite, et en électrique, le cycle est répété jusqu'à épuisement de la batterie.

On pourrait effectivement demander aux constructeurs de publier la valeur en kWh/100 km, voire aussi en précisant le rendement de la charge (qui lui-même est fortement dépendant des conditions d'environnement).
En complément, il faut considérer que c'est du typique. Quelques constructeurs précisent la garantie de la batterie, du genre : 70% de la capacité durant 160 000 km ou sur 8 ans.

Pour le cycle WLTP, il faudrait aussi le faire évoluer pour pendre en compte les conditions climatiques. Mais, le WLTP est déjà un progrès par rapport aux anciennes normes. Il est difficile d'en changer car c'est un élément de comparaison entre véhicules, si la norme change tous les 2 à 3 ans, il ne sera pas possible de comparer deux véhicules de génération différente.

[Flyingbike]

Je comprends pas en quoi la donnée de consommation en kWh/100km n'est pas pertinente pour répondre à la question posée.

A ma connaissance, elle est donnée sur les fiches techniques...

[Gwinver]

Effectivement, la consommation peut-être donnée, par exemple pour la Zoe ente 172 et 177 Wh/km.
https://cdn.group.renault.com/ren/fr...VEVPZOE_fr.pdf

[Black Jack 2]

Bonjour,

Les conditions de test pour définir l'autonomie des voitures électriques est décrit sur ce lien :

https://www.automobile-propre.com/do...onomie-reelle/

Ce n'est pas la gloire si c'est censé représenter une autonomie en conditions "normales" réelles.

[XK150]

Post 11 : Oui , ce serait bien de préciser " en cycle mixte " comme le dit la notice , sinon la valeur seule n'a aucun sens physique , si l'on ne précise pas les conditions .

[antek]

Je ne suis pas sûr de bien comprendre.
La norme WLTP est applicable à tous les véhicules.

C'est de ma faute, j'ai cherché de travers.

[Gwinver]

Merci pour ce lien Black Jack 2.
Qui plus est, le simulateur peut probablement répondre à la question initiale.

La question de la représentativité est très délicate.
Le WLTP est un progrès relativement au NEDC, il y a donc du mieux.
Mais c'est encore perfectible.
Le test en conditions réelles est quasiment impossible car il faut arriver à des conditions identiques pour tous les véhicules pour pouvoir comparer.
C'est en plus très variable en fonction des conducteurs, des régions ou des pays, et le test se veut mondial.

[Flyingbike]

Effectivement, un test doit être normalisé pour que ses résultats puissent être comparables, et par définition étant normalisé il ne correspond qu'a un seul type de "conditions réelles", un peu idéales, mais bien définies.

Cela permet la comparaison entre différentes valeurs, c'est d'ailleurs à cela que ça sert, selon moi, plus qu'a estimer l'autonomie réelle d'un conducteur C sur un trajet T.

Dans la vraie vie, certains conducteurs seront en dessous, d'autres au dessus. Chaque profil peut se faire une idée sur différents véhicules à partir du WLTP en appliquant sa "variable d'ajustement" personnalisée.

[PegasusM31]

Bonjour,

Merci à tous/toutes pour vos réponses, c'est très sympa.

En fait, ma réflexion vient d'un comparatif réalisé en 2019 par un Américain (Matt Joyce), qui a comparé ce qu'il appelle le "Core efficiency" des VE.
Il a considéré 3 données d'entrée:
- autonomie (miles, cycle EPA)
- capacité de la batterie (kWh)
- masse de la voiture (livres)
Il n'a pas pris en compte la consommation officielle annoncée par les constructeurs.

Il a appliqué la formule suivante :

Core Efficiency Rating = capacité de la batterie kWh / (autonomie miles / 100 milles) / (poids en livres / 1000).

Il dit que cette équation "permet de déterminer combien de kWh consomme le véhicule par 100 miles d'autonomie et 1000 livres de poids. Plus le nombre de kWh utilisé est faible, meilleure est le "core efficiency".

Je mets ici son travail (qui a beaucoup été commenté sur les médias spécialisés).

EVCore_1.JPG

EVCore_2.JPG

On se rend compte dans son analyse que la consommation officielle déclarée par le constructeur n'est pas forcément corrélée avec le "Core Efficiency" : certains véhicules avec une conso annoncée comme faible ont un Core Efficiency mauvais et inversement.

Ce qui me questionne sur son travail: il parle "d'efficience" (=efficacité) alors que justement l'efficacité (en %) d'un système (machine, voiture...) est d'un point de vue physique = Energie délivrée / Energie absorbée.

D'où mon équation initiale:
Efficacité % = (masse x autonomie) / capacité de la batterie.
(=> une fois de plus, le "masse x autonomie" n'est pas un travail au sens physique).

On peut considérer à côté que la vitesse des véhicules comparée est identique, de même que les conditions de roulage (T°, sol...), le style de conduite etc.

J'ai utilisé cette formule et j'obtiens les données suivantes (version draft) pour les SUV:
EVCore_3.JPG

EVCore_4.JPG

Je n'ai mis que quelques points sur le graphique, mais la dispersion est importante entre SUV de même gabarit : ratio d'efficacité de 28 à 42%.


Du coup, est-ce que mon approche est cohérente, "colle" plus à la physique ou dans les choux ?
Thanks.

[trebor]

Bonjour à tous,
Le calcul comparatif devrait tenir compte des températures extérieures, car en hiver une voiture électrique consomme plus d'énergie pour son chauffage et sa batterie moins performante.
La recharge de la batterie consomme plus de Kwh (25% en plus suivant Gwinver) que la quantité stockée dans la batterie.
Poids des 2 voitures identique, Kwh consommé au 100 km en moyenne sur une année pour un kilométrage et des parcours identiques.

J'ai sous évalué la recharge, voir ici page 35.
https://cdn.group.renault.com/ren/fr...VEVPZOE_fr.pdf
Pour la Zoe et sa batterie de 52 Kwh, la durée de charge est de 32 h avec une courant de 2,3 Kw (10 A) soit une consommation de 73,6 Kwh pour recharger 52 Kwh, soit une perte de 21,6 Kwh et donc 41,54 % d'énergie perdue qui sera facturée.

[antek]

29 % de l'énergie consommée sera perdue, non ?

[trebor]

29 % de l'énergie consommée sera perdue, non ?

52*1,29 = 67,08
52*1,4154 = 73,6

[Gwinver]

Bonjour.

Ce qui me questionne sur son travail: il parle "d'efficience" (=efficacité) alors que justement l'efficacité (en %) d'un système (machine, voiture...) est d'un point de vue physique = Energie délivrée / Energie absorbée.

Il y a souvent un peu de confusion sur le terme "efficiency".
Et on a parfois tendance à confonde l'efficience au sens français et l'efficacité. L'efficacité est le fait d'avoir un résultat, sans vraiment s'inquiéter des moyens mis en oeuvre.
L'efficience inclue la notion de rendement.

Il a considéré 3 données d'entrée:
- autonomie (miles, cycle EPA)
- capacité de la batterie (kWh)
- masse de la voiture (livres)

La masse de la voiture n'est pas le meilleur élément pour les aspects pratiques, il faudrait plutôt considérer la prestation, c'est pourquoi, il pourrait être préférable de raisonner en termes de classe de véhicule.

[Gwinver]

Pour la Zoe et sa batterie de 52 Kwh, la durée de charge est de 32 h avec une courant de 2,3 Kw (10 A) soit une consommation de 73,6 Kwh pour recharger 52 Kwh, soit une perte de 21,6 Kwh et donc 41,54 % d'énergie perdue qui sera facturée.

Ce calcul n'est peut-être pas représentatif, car d'après la courbe de charge donnée en page 33, la puissance consommée diminue sur la fin de la charge, mais, il n'y a pas d'éléments permettant d'évaluer cet effet.

[trebor]

Ce calcul n'est peut-être pas représentatif, car d'après la courbe de charge donnée en page 33, la puissance consommée diminue sur la fin de la charge, mais, il n'y a pas d'éléments permettant d'évaluer cet effet.

Effectivement, Renault n'a pas osé indiquer sur ce graphique les valeurs réelles du courant de charge et/ou le nombre de Kwh nécessaire.
Seul ceux qui ont une zoé peuvent vérifier sur leur compteur EDF la quantité exacte de Kwh pour recharger à 100% leur batterie qui serait déchargée à 90%.
Cette intensité de charge comme sa durée étant probablement variable au fur et à mesure que la batterie s'use, qu'en est-il au bout de 2, 4, 6 ans et plus.....?
Tout comme pour le kilométrage total pouvant être parcouru au bout de ces années d'utilisations.
Beaucoup de non dit afin de ne pas décourager les futurs acheteurs.
Personnellement je trouve les V.E trop peu aérodynamique et puis 350 kg de batterie pour 52 Kwh c'est beaucoup.
Un moteur thermique maintient son autonomie kilométrique toute sa durée de vie.

[gts2]

Bonjour,

Sur ce site : breezcar, des tests ont conduit à :

Sur la citadine Renault ZOE ... , si le chargeur embarqué « Caméléon » offre un rendement de 80 % sur une station rapide 43 kW, celui-ci s’effondre à 60 % sur une prise domestique 2,3 kW (10 A).

[calculair]

bonjour,

il ne faut pas croire au miracle. Une voiture pour rouler doit vaincre les forces de frottements de roulement , résistance de l'air ...etc

Le moteur thermique aujourd'hui atteignent un rendement voisin de 30 %

Le litre d'essence représente 33 000 000 de joules soit 9,166 kWh compte tenu d'un rendement de 30 % on récupère 2,750 kWh

un véhicule moyen consommant 5 l/100 km réclame donc 13,75 kWh pour 100 km

Donc une automomie de 500 km réclame une batterie de l'ordre de 68,75 kWh

Voila les ordres de grandeurs

Des chiffres 10 fois plus faibles sont fantaisistes .

[Gwinver]

Bonsoir.

J'ai retrouvé les mesures de rendement de charge qui avaient été faites :
https://www.automobile-magazine.fr/t...et-nos-mesures

Si la chaîne de traction électrique de la Zoe consomme moins que celle de la e-208, son chargeur embarqué montre un rendement médiocre. En faible puissance, il faut remettre 72,5 kWh dans la batterie pour une capacité utile de 52 kWh, contre seulement 52 kWh pour une capacité utile de 46,5 kWh dans la 208. De fait, le coût au 100 kilomètres de la Zoé (3,83 €/100 km) est quelque peu supérieur à celui de la e-208 (3,52 €/100 km).

Les rendements en charge lente respectivement de : 72% pour la Zoe et 89 % pour la e-208.

Beaucoup de non dit afin de ne pas décourager les futurs acheteurs.

Il en ira de même pour les voitures électriques que cela a été pour les voitures thermiques, il y aura une sorte de maturation du marché.
Il y a longtemps, les informations de consommation étaient peu standardisées, puis les normes ont permis de faire des comparaisons, pour arriver à l'actuel WLTP.
Pour les voitures électriques, il faut s'attendre à une sorte d'éducation du consommateur qui se posera des questions de plus en plus pertinentes, et cela finira par se traduire en normes sous la pression des usagers et des associations de consommateurs. Manifestement, le rendement de charge est rarement pris en compte dans les coûts d'utilisation, pas plus que le besoin de recours à un équipement spécial complété d'un nouvel abonnement électrique pour les recharges rapides.

Un constructeur n'a pas intérêt à en dire trop, du moins pas plus que le consensus du moment, sous peine de se retrouver dévalorisé par rapport à la concurrence.

De même, un constructeur doit avant tout vendre ses voitures en minimisant ses coûts de développement. C'est la raison pour laquelle, les efforts sur le Cx sont faibles, cela avait déjà été abordé dans d'autres discussions.

[trebor]

bonjour,

il ne faut pas croire au miracle. Une voiture pour rouler doit vaincre les forces de frottements de roulement , résistance de l'air ...etc

Le moteur thermique aujourd'hui atteignent un rendement voisin de 30 %

Le litre d'essence représente 33 000 000 de joules soit 9,166 kWh compte tenu d'un rendement de 30 % on récupère 2,750 kWh

un véhicule moyen consommant 5 l/100 km réclame donc 13,75 kWh pour 100 km

Donc une automomie de 500 km réclame une batterie de l'ordre de 68,75 kWh

Voila les ordres de grandeurs

Des chiffres 10 fois plus faibles sont fantaisistes .

Pour une thermique, il est possible d'augmenter le rendement de 10 à 20% max (0,5 à 1 L d'essence en moins) en utilisant la roue libre en descente ainsi qu'en freinant le moins possible à chaque ralentissement et arrêt (anticipation) afin d'utiliser au maximum l'inertie de la voiture.
Pour l'électrique, je ne sais pas si cela est possible, le but étant de recharger un peu la batterie avec cette inertie et réduire l'usure des freins.
Quand on voit la durée de charge sur un chargeur puissant, cette inertie ne remet pas grand chose dans la batterie, je me demande si la roue libre ne serait pas plus bénéfique afin de parcourir plus de kilomètre ?
Certaine voiture thermique utilise la roue libre ce qui parfois permet de parcourir 1 km en ayant le moteur au ralenti (0,5 à 0,8 L/h).
La VW va plus loin, en coupant son moteur.
https://www.challenges.fr/automobile...on-elan_471524

[XK150]

un véhicule moyen consommant 5 l/100 km réclame donc 13,75 kWh pour 100 km

13.75 kWh pour 100 km
13750 Wh pour 100 km
137.5 Wh par km à comparer au 172 Wh par km de la Zoe ( post 13 ) . Donc , même ordre de grandeur .

Pour moi , puisque l'on parle " efficacité véhicule " ( hors charge ) , restons AU véhicule , ce tableau donne les consos électriques d'un grand nombre de véhicules
et il est pertinent pour répondre à la question ( pourquoi allez faire intervenir la masse ??? ) .

https://ev-database.org/cheatsheet/e...n-electric-car

[trebor]

13.75 kWh pour 100 km
13750 Wh pour 100 km
137.5 Wh par km à comparer au 172 Wh par km de la Zoe ( post 13 ) . Donc , même ordre de grandeur .

Pour moi , puisque l'on parle " efficacité véhicule " ( hors charge ) , restons AU véhicule , ce tableau donne les consos électriques d'un grand nombre de véhicules
et il est pertinent pour répondre à la question ( pourquoi allez faire intervenir la masse ??? ) .

https://ev-database.org/cheatsheet/e...n-electric-car

Bonjour à tous,
Bien vu
Il sera difficile de descendre en dessous de 100 Wh/km avec une voiture à essence vu ce V.E Lighyear One, très aérodynamique.
Une voiture hybride devrait parvenir à descendre sous 100 Wh/km si l'aérodynamisme serait amélioré.
https://ev-database.org/car/1166/Lightyear-One

[PegasusM31]

Bonjour,

L’Américain fait en effet intervenir la masse dans son calcul.
Sachant que la consommation, donc l’autonomie est impactée par la masse, en fait il compte 2 fois la masse dans son équitation, directement et indirectement.
A la rigueur il aurait dû prendre en compte la masse de la batterie : pour telle catégorie de véhicules, tel modèle réalise une autonomie de tant en devant embarquer une grosse batterie de tel ratio kg/kWh. Mais cette donnée n’est pas disponible.