Un recours intensif à la recharge rapide peut accélérer la dégradation des batteries des voitures électriques, sans pour autant les endommager dès leur branchement à un chargeur puissant. L’ampleur de l’effet dépend du taux de recharge, de la température et de la chimie de la batterie, ainsi que de l’efficacité des systèmes de gestion de la température des cellules et de la puissance de recharge. La recharge rapide en courant continu permet à certaines voitures de faire passer le niveau de la batterie d’environ 10 % à 80 % en 15 à 45 minutes.
Sa puissance commence à plusieurs dizaines de kilowatts et peut atteindre 350 kilowatts ou davantage dans les stations ultrarapides, contre environ 1,4 à 1,9 kilowatt pour la recharge domestique de niveau 1 et généralement jusqu’à environ 22 kilowatts au niveau 2. Les courants élevés soumettent les cellules de la batterie à une contrainte plus importante que la recharge lente.
Pendant la recharge, les ions lithium se déplacent vers l’électrode négative et s’intègrent à sa structure. Toutefois, l’injection d’un courant élevé, notamment lorsque la batterie est froide ou presque pleine, peut faire arriver les ions plus vite que l’électrode ne peut les absorber. Le lithium peut alors se déposer sous forme métallique à la surface de l’électrode, un phénomène appelé « placage du lithium ».
Le placage du lithium explique la contrainte liée à la recharge élevée
Des recherches publiées dans le « Journal of Power Sources » ont établi un lien entre la recharge à haut débit et une probabilité accrue de ce phénomène, ainsi qu’avec le stress thermique et l’augmentation de la résistance interne, autant de facteurs susceptibles d’accélérer la dégradation des cellules. Ces effets ne se produisent toutefois pas avec la même intensité lors de chaque recharge rapide.
Les systèmes de gestion de la batterie des voitures modernes surveillent la température et le niveau de charge, et réduisent automatiquement la puissance lorsque les conditions deviennent défavorables. La chaleur joue un rôle essentiel dans le rythme de dégradation, car la recharge rapide produit davantage de chaleur lorsque les courants sont élevés.
La gestion thermique limite la dégradation des cellules
À l’inverse, le déplacement des ions dans la batterie ralentit par temps froid, ce qui augmente le risque de dépôt de lithium lors d’une recharge à haute puissance. C’est pourquoi les voitures récentes réchauffent la batterie jusqu’à la plage appropriée avant d’arriver à une station de recharge. Une analyse de Geotab portant sur plus de 22 700 voitures électriques de 21 modèles a montré que la dégradation moyenne de la capacité des batteries s’élevait à environ 2,3 % par an.
L’analyse a néanmoins conclu que les batteries modernes restent globalement robustes et peuvent souvent fonctionner au-delà de la durée d’utilisation habituelle d’une voiture. Leur capacité à supporter la recharge rapide varie selon leur chimie.
La chimie de la batterie modifie sa capacité de résistance
Lors d’essais menés par des chercheurs de l’université Carnegie Mellon, les batteries au lithium-fer-phosphate « LFP » se sont révélées les plus résistantes et n’ont pas enregistré de hausse importante de la dégradation, même lorsque la recharge rapide représentait plus de 90 % des sessions. Les batteries au nickel-manganèse-cobalt « NMC » ont conservé une bonne durée de vie dans la plupart des scénarios, avant que leur dégradation ne s’accélère en cas de recours quasi systématique à la recharge rapide.
Les batteries au nickel-cobalt-aluminium « NCA » se sont montrées les plus sensibles, leur dégradation augmentant nettement avec la part de recharge rapide. L’étude a converti les résultats de dégradation en un modèle de coûts de remplacement des batteries jusqu’à ce que la voiture atteigne 150 000 miles, soit environ 241 000 kilomètres.
Les coûts de remplacement varient selon la chimie des batteries
Dans un scénario de test extrême combinant plus de 90 % de recharge rapide et l’utilisation de toute la plage de tension de la batterie, le coût cumulé estimé s’élevait à zéro dollar pour les batteries LFP, à environ 27 000 dollars pour les batteries NMC et jusqu’à 210 000 dollars pour les batteries NCA.
Ces estimations ne correspondent pas à des factures de réparation réelles, mais aux résultats d’une modélisation fondée sur des cellules soumises à des cycles de recharge dans des conditions précises. Lorsque la plage de recharge rapide était limitée à environ 20 %–80 %, le coût estimé tombait à zéro pour les batteries NMC et à environ 63 000 dollars pour les batteries NCA. Protéger la batterie n’exige pas de respecter en permanence et strictement la plage de 20 % à 80 %.
L’analyse de Geotab a montré que l’effet notable des niveaux de charge extrêmes apparaît lorsque la voiture passe plus de 80 % de son temps à des niveaux très élevés ou très bas. Ainsi, recharger la batterie à 100 % avant un long trajet, ou la laisser parfois passer sous 20 %, ne signifie pas qu’elle sera endommagée.
La recharge en courant alternatif à domicile ou au travail reste moins contraignante pour la batterie au quotidien, tandis que la recharge rapide peut être réservée aux longs trajets ou aux situations nécessitant de réduire le temps d’attente. Il est préférable de ne pas laisser longtemps la voiture complètement pleine ou presque vide, et de respecter les limites de recharge fixées par le constructeur pour chaque type de batterie.
Par temps chaud, éviter une recharge ultrarapide immédiatement après avoir conduit et fait monter la température de la batterie, lorsque l’attente est possible, contribue à réduire la contrainte thermique.
Par grand froid, il est d’autant plus important de préconditionner la batterie avant la recharge. Sur certaines voitures, ce processus peut être lancé automatiquement lorsqu’une station de recharge rapide est saisie comme destination dans le système de navigation.
