Vérifier la santé de la batterie avec une estimation de capacité

Un long trajet peut fournir une estimation utile de l'énergie de la batterie disponible dans la plage d'état de charge affichée par le véhicule. Il ne permet toutefois pas, à lui seul, de vérifier l'état de santé complet de la batterie.

La réponse courte

Cette méthode combine la distance parcourue, la consommation d'énergie de l'ordinateur de bord et la variation du State of Charge (SOC), ou état de charge, affiché. Le résultat est une estimation de l'énergie représentée par la plage de SOC affichée dans les conditions de ce trajet.

Comparée à une valeur de référence équivalente lorsque la batterie était neuve, cette estimation peut indiquer la conservation de capacité. Celle-ci n'est qu'une composante de State of Health (SoH). Il ne s'agit pas d'une valeur SOH universelle et elle ne mesure pas directement la résistance interne, la capacité de puissance, l'état au niveau des cellules ni la présence de défauts.

Utilisez cette méthode comme un contrôle reproductible pour le propriétaire, et non comme une évaluation de garantie ou de sécurité. Ne déchargez pas la batterie au-delà de ce qui est sûr compte tenu de l'itinéraire, de la météo et des possibilités de recharge disponibles.

Avant de commencer

L'estimation est surtout utile lorsque toutes les conditions suivantes sont réunies :

• L'ordinateur de bord indique la consommation de l'ensemble du trajet d'essai, et non uniquement celle d'une distance glissante récente.
• Vous savez si la consommation affichée inclut tous les consommateurs d'énergie pertinents du véhicule. La définition varie selon les véhicules.
• Vous disposez d'une référence de batterie neuve dont le périmètre correspond à celui de l'estimation. La capacité brute, la capacité nette ou utilisable, la plage affichée 100–0% et l'énergie accessible sous 0% affiché ne sont pas interchangeables. Consultez Gross and Net Battery Capacity et Battery Buffer and Usable Capacity.
• La batterie est proche de sa température normale de fonctionnement et le véhicule n'affiche aucune alerte concernant la batterie ou le système thermique.
• Le BMS a eu une possibilité raisonnable d'étalonner le SOC. Suivez les recommandations de recharge du constructeur ; certains véhicules peuvent corriger le SOC affiché après une recharge, une période de repos ou un trajet utilisant une grande partie de la batterie.
• Le véhicule ne modifie pas sensiblement sa réserve utilisable à mesure que la batterie vieillit, ou vous savez que la comparaison tient compte de cette modification.

Un intervalle de SOC étendu réduit l'effet des arrondis de l'affichage. Essayez d'utiliser au moins 70–80 points de pourcentage lorsque cela est possible, mais arrêtez-vous plus tôt si poursuivre présente un risque ou une contrainte importante. Un essai sur 10 ou 20 points de pourcentage est généralement trop sensible aux arrondis et aux erreurs d'estimation.

Comment réaliser l'estimation

1. Rechargez le véhicule près de 100%, puis notez le SOC affiché au départ.
2. Remettez à zéro un compteur de trajet qui enregistre à la fois la distance et la consommation d'énergie moyenne sur l'ensemble du parcours.
3. Conduisez normalement sur un large intervalle de SOC. Évitez une puissance exceptionnellement élevée, de longues périodes de climatisation à l'arrêt ou des conditions qui rendent l'essai difficile à reproduire.
4. Notez la distance, la consommation moyenne et le SOC final affiché avant de remettre le compteur à zéro ou de recharger.
5. Calculez l'énergie consommée selon l'ordinateur de bord.
6. Divisez cette énergie par la fraction du SOC affiché qui a été utilisée.

Pour un véhicule affichant des kWh/100 km :

Énergie du trajet indiquée (kWh) =
Distance (km) × Consommation (kWh/100 km) ÷ 100

Pour un véhicule affichant des miles/kWh :

Énergie du trajet indiquée (kWh) =
Distance (miles) ÷ Efficacité (miles/kWh)

Calculez ensuite l'intervalle de SOC affiché et extrapolez-le :

SOC affiché utilisé = SOC initial - SOC final

Énergie estimée pour toute la plage affichée (kWh) =
Énergie du trajet indiquée ÷ (SOC affiché utilisé ÷ 100)

Si vous disposez d'une référence équivalente pour une batterie neuve :

Estimation de conservation de capacité (%) =
Énergie estimée dans la plage affichée ÷ Référence neuve équivalente × 100

Le calcul suppose que chaque point de pourcentage affiché représente une part égale de l'énergie utilisable. La correspondance établie par le BMS est une estimation et peut ne pas être parfaitement linéaire, notamment près des limites supérieure et inférieure.

Exemple calculé en kilomètres

Supposons qu'un véhicule dispose d'une référence équivalente d'énergie utilisable à neuf de 86.5 kWh. Il parcourt 308 km avec une consommation moyenne affichée de 25 kWh/100 km, en partant de 100% et en terminant à 5%.

Énergie du trajet indiquée = 308 × 25 ÷ 100
                            = 77.0 kWh

SOC affiché utilisé = 100% - 5%
                    = 95%

Énergie estimée pour toute la plage = 77.0 ÷ 0.95
                                    = 81.1 kWh

Estimation de conservation de capacité = 81.1 ÷ 86.5 × 100
                                       = 93.7%

Ce trajet a donné une estimation inférieure d'environ 6.3% à la référence neuve choisie. Cela ne démontre pas une dégradation permanente de 6.3%. L'écart comprend aussi l'incertitude de mesure et des effets dépendant des conditions.

Exemple calculé en miles

Avec la même référence de 86.5 kWh, supposons que le véhicule parcoure 169 miles à 2.6 miles/kWh, en partant de 100% et en terminant à 21%.

Énergie du trajet indiquée = 169 ÷ 2.6
                            = 65.0 kWh

SOC affiché utilisé = 100% - 21%
                    = 79%

Énergie estimée pour toute la plage = 65.0 ÷ 0.79
                                    = 82.3 kWh

Estimation de conservation de capacité = 82.3 ÷ 86.5 × 100
                                       = 95.1%

Ce trajet a donné une estimation inférieure d'environ 4.9% à la référence. Les résultats de trajets distincts ne doivent pas être moyennés sans discernement, sauf si la température, la plage de SOC, le logiciel et la comptabilisation de l'énergie sont raisonnablement comparables.

L'énergie disponible n'est pas la même chose que le SOH

Le calcul estime une grandeur énergétique. L'état de santé de la batterie est plus large.

State of Health (SoH) peut désigner la capacité énergétique restante, la puissance encore disponible, l'augmentation de la résistance ou une combinaison propre au constructeur. Le règlement technique mondial ONU no 22 utilise le terme plus précis State of Certified Energy (SOCE) pour la conservation d'énergie et distingue une estimation embarquée de l'énergie utilisable mesurée de la batterie. UNECE: UN Global Technical Regulation No. 22

Une batterie peut conserver une grande partie de son énergie utilisable alors que Battery Internal Resistance augmente. Cela peut provoquer une chute de tension et un échauffement plus importants sous charge, atteindre plus tôt les limites de tension, réduire l'accélération ou la régénération et ralentir la recharge rapide. Une estimation de capacité réalisée lors d'une conduite modérée ne mesure pas directement ces effets.

Le calcul n'exclut pas non plus :

• Un groupe de cellules faible ou déséquilibré
• Une autodécharge anormale
• Des défauts d'isolation, de contacteurs, de capteurs ou du système de refroidissement
• Une batterie qui atteint trop tôt ses limites de tension ou de température sous forte charge
• Une réserve modifiée par le logiciel
• Des dommages physiques ou un historique de réparation

La perte de capacité et la perte de puissance sont des composantes liées mais distinctes de Battery Degradation. Une évaluation complète peut donc associer un essai énergétique à un diagnostic, une comparaison des tensions de cellule, un test de résistance ou de puissance impulsionnelle, l'historique des défauts et une inspection.

Pourquoi l'estimation varie

Un résultat isolé peut varier de plusieurs points de pourcentage sans modification permanente équivalente de la batterie. Les causes courantes sont notamment :

• Les valeurs de SOC initiale et finale arrondies
• La distance et la consommation arrondies
• Les consommateurs d'énergie omis par l'ordinateur de bord
• La température de la batterie et son évolution pendant le trajet
• Un courant élevé et les pertes résistives
• Le vent, les routes mouillées, le dénivelé, les pneus et la vitesse
• Un déséquilibre des cellules ou une correction d'étalonnage du BMS
• Des modifications logicielles de la plage utilisable ou de l'affichage de consommation
• L'arrêt du test alors que la batterie est encore sollicitée, plutôt qu'après des conditions de repos comparables

Une consommation élevée ne permet pas, à elle seule, de diagnostiquer une forte résistance interne. La batterie a peut-être simplement été soumise à une vitesse plus élevée, une montée, du froid, au chauffage de l'habitacle ou à d'autres charges. L'évaluation de la résistance nécessite d'observer le comportement de la tension et du courant sous une charge et à une température définies, et non uniquement une moyenne de trajet.

Pour suivre une tendance, répétez l'essai sur un intervalle de SOC similaire et dans des conditions globalement comparables. Relevez la température de la batterie lorsqu'elle est disponible, la température ambiante, la version du logiciel, les SOC initial et final, la distance, la consommation et l'estimation calculée. Recherchez une tendance durable plutôt que d'assimiler le résultat isolé le plus bas à l'état de santé de la batterie.

Le journal historique du propriétaire ci-dessous montre comment tracer des estimations répétées en fonction de l'énergie totale utilisée et de la consommation du trajet. Sa valeur de référence de 83.6 kWh appartient à ce journal et ne constitue pas une référence universelle pour toutes les versions de l'e-tron 55.

Quand utiliser un test professionnel ou celui du constructeur

Utilisez la procédure approuvée par le constructeur lorsque le résultat peut avoir une incidence sur une demande de garantie, une décision d'achat ou une réparation. La grandeur reconnue peut différer de ce calcul.

Certains véhicules proposent un test intégré. Tesla décrit par exemple, pour les véhicules compatibles, un test qui peut durer jusqu'à 24 heures et indique la conservation d'énergie par rapport à l'état neuf de la batterie. Cette procédure contrôlée est différente de l'extrapolation d'un seul trajet. Tesla Model Y Owner's Manual: High Voltage Battery Health

Les procédures de laboratoire et d'atelier évaluent souvent l'énergie et la puissance séparément. Le manuel d'essai des batteries de véhicules électriques du ministère américain de l'Énergie définit la capacité, l'énergie disponible et la puissance de pointe comme des mesures de performance distinctes. Une évaluation de batterie soutenue par le NREL décrit également les essais de capacité et de résistance interne comme des indicateurs de santé distincts. US Department of Energy: Battery Test Manual for Electric Vehicles NREL: Procedure for Assessing the Suitability of Battery Second Life Applications

Pour comprendre comment le BMS estime le SOC, l'énergie, la puissance et l'état de santé, consultez Battery Management System.

Sources

• UNECE: UN Global Technical Regulation No. 22
• US Department of Energy: Battery Test Manual for Electric Vehicles
• NREL: Procedure for Assessing the Suitability of Battery Second Life Applications
• Tesla Model Y Owner's Manual: High Voltage Battery Health