Chargement des batteries, nourriture pour l’esprit [Le cycle de la batterie n°4 | Sortie en 2026]

Il y a cinq ans, grâce aux connaissances de Claudius Jehle, PDG de volytica diagnostics GmbH, nous avons lancé la série d’articles « The Battery Cycle », dans le but de faire la lumière sur les complexités des batteries Li-Ion.

Cette série a fourni une grande quantité d’informations précieuses pour tous ceux qui travaillent dans le domaine de la mobilité électrique.

Aujourd’hui, cinq ans plus tard, nous revenons sur ces mêmes sujets – toujours en collaboration avec Claudius Jehle – enrichis par des données issues du monde réel et des leçons apprises.

Toute la série d’articles, entièrement mise à jour, est également publiée dans un numéro spécial monographique accompagnant les éditions de Sustainable Bus (ainsi que ses plateformes sœurs Sustainable Truck & Van et Powertrain International) tout au long de l’année 2026.

Nous accueillons vos questions, vos retours et vos contributions à l’adresse info@sustainable-bus.com.

En imaginant les batteries comme des carafes à vin bombées remplies de bière mousseuse, comme nous l’avons fait dans l’article précédent sur l’état de charge, cela aide grandement à comprendre les problèmes courants liés à l’estimation de cet état, aux difficultés d’équilibrage et aux arrêts soudains. Mais cette analogie permet également de bien saisir les questions typiques concernant la charge des batteries, que nous aborderons dans cet article.

C’est ici qu’il sera expliqué – parmi bien d’autres choses – comment et pourquoi doubler la puissance de charge ne permet pas de réduire le temps de charge de moitié, du moins si l’on souhaite charger jusqu’à pleine capacité.

Commençons par les installations de charge en dépôt, c’est-à-dire avec des bus ou des camions dotés de batteries assez grandes (>300 kWh) destinées à parcourir une route toute la journée sans ou avec très peu de recharges. En général, on souhaite que la batterie soit à 100 % le matin et qu’il reste une certaine réserve à la fin de la journée.

Est-ce une bonne idée de recharger la batterie avant de commencer la journée ?

Cependant, recharger une batterie à 100 % avant le début de la journée n’est pas aussi simple qu’on pourrait le penser. Le chargeur négocie d’abord le processus de chargement à venir avec le véhicule au moyen d’un protocole de communication dédié, ce qui implique un accord sur – avant tout – la puissance de chargement prévue que le chargeur peut fournir, ainsi que celle que la batterie est capable de recevoir. Nous nous concentrons ici uniquement sur la partie liée à la batterie, car on pourrait écrire d’innombrables articles sur cette partie de communication délicate et fragile. En particulier, nous expliquons la situation pour des batteries de taille normale et non surdimensionnées ; pour les batteries trop grandes, la partie CV décrite ci-dessous n’a généralement pas beaucoup d’impact sur le chargement.

Courant constant dans un flux continu – cette phase est donc appelée phase de courant constant ou simplement phase CC (voir le graphique à droite).). Dans l’analogie de la bière, le verre se remplit constamment et sa hauteur augmente ; à la fois la bière monte et de la mousse commence à se former – d’un point de vue électrochimique, des « surpotentiels » sur la tension mesurable commencent à se développer (si vous avez lu les autres articles : cela est dû à la migration des ions volumineux vers les électrodes, ce qui exige un certain effort, et cela se manifeste macroscopiquement par une augmentation réversible de la tension qui disparaît progressivement une fois le chargement interrompu, tout comme la mousse sur la bière…).

Lorsque la hauteur totale de remplissage, c’est-à-dire la bière plus la mousse, approche du bord du verre, soit lorsque la tension de la batterie atteint la tension maximale absolument admissible, le chargeur et la batterie commencent rapidement à négocier un nouveau profil de courant en évolution continue qui maintient cette hauteur totale constante au sommet – c’est la phase de tension constante ou CV. En réalité, ce qui se passe, c’est que la réduction progressive de la courant permet à la partie mousseuse de diminuer, tandis que la partie liquide peut continuer d’augmenter. Ce processus est souvent désigné sous le nom de « charge CCCV ».

Imaginons que vous arrêtiez simplement de charger dès que la tension atteint son maximum : la mousse se déposerait et, ce qui est assez surprenant, vous constateriez que votre verre n’est rempli qu’à 85 % après environ 10 à 30 minutes. C’est donc exactement comme pour la préparation de la bière : on laisse couler la bière jusqu’à ce que la mousse atteigne le bord du verre, puis on réduit le débit tout en maintenant la hauteur totale constante (CV), en changeant uniquement le rapport entre le liquide et la mousse.

Découvrir les implications…

Quelles en sont les implications ? Examinez les résultats de la simulation dans le diagramme : une conséquence évidente est que doubler la puissance de charge ne permet pas de réduire le temps de chargement de moitié, du moins si l’on souhaite charger la batterie complètement. En réalité, la phase de charge en courant constant s’accélère, mais pas non plus d’un facteur 2, car la pression monte beaucoup plus rapidement, ce qui rend la phase de charge en courant variable encore plus marquée. Dans cet exemple, on n’atteint même pas la phase de charge en courant variable après environ 900 secondes (elle arriverait plus tard), mais en doublant la puissance, on y parvient après environ 570 secondes, ce qui réduit la consommation d’énergie de 24 %. Tripler la puissance fait évidemment entrer le système immédiatement dans la phase de charge en courant variable (pas de phase en courant constant observable), ce qui se traduit par une consommation d’énergie inférieure à celle obtenue en doublant la puissance ! Il va sans dire que ce n’est qu’un exemple et qu’il peut ne pas s’appliquer à vos équipements spécifiques.

Les batteries de grande capacité – et c’est particulièrement vrai pour celles basées sur la technologie LFP – ne présentent pas cet effet de manière aussi marquée que décrit ici (car on n’atteint même pas forcément la phase CV, c’est-à-dire que l’on verse environ 1 litre de bière dans un verre de 1,5 litre : on produira à peine assez de mousse pour atteindre le bord).

Vous apprenez quelque chose ? Une puissance de charge 3 fois supérieure ne réduit pas nécessairement le temps de chargement de 3 fois !

Il est tout à fait possible que la phase CV prenne autant de temps que la phase CC. Il peut falloir exactement autant de temps pour atteindre les 80 % initiaux que pour atteindre les 20 % restants ! Observez cela dans vos systèmes de surveillance : d’abord, le SoC augmente de manière linéaire, puis il diminue progressivement jusqu’à se stabiliser à 100 %.

La charge par caténaire aérienne (comme dans les trolleybus ou certaines idées d’application pour les camions électriques) mérite également d’être mentionnée : outre les défis infrastructurels évidents liés à l’entretien d’un réseau de caténaires, un véritable défi réside dans l’installation électrique des véhicules : la plupart des véhicules routiers sont équipés de pneus en caoutchouc qui ne conductent pas le courant électrique. Par conséquent, les véhicules à pneus en caoutchouc utilisant des caténaires ont besoin de deux fils aériens (ce qui augmente encore la complexité infrastructurelle par rapport aux trains à pneus métalliques). Le véritable problème, cependant, est la sécurité : avec des roues métalliques, une panne électrique (comme un fil sous tension en contact avec la structure du véhicule, ce qui le soumet à une haute tension) serait immédiatement dirigée vers le sol via les roues ; le risque que la structure métallique ou la carrosserie du véhicule soit sous tension est très faible. Mais avec des pneus en caoutchouc, une panne électrique pourrait soumettre tout le véhicule à une tension élevée, et un passager en contact avec la carrosserie pourrait subir un choc électrique.

Choc électrique. Par conséquent, la configuration électrique de de tels véhicules ajoute de la complexité et des coûts, ce qui en rend l’exploitation plus difficile sur le plan économique.

Si vous ne pouvez pas observer cela dans vos données en approchant de 100 %, la raison très probable est que le SoC que vous voyez n’est pas le véritable SoC. Les constructeurs et fabricants font la distinction entre le SoC communiqué (souvent appelé « SoC opérationnel ») et celui qui est calculé en interne (« SoC technique »), ce qui est particulièrement pertinent pour les batteries de grande taille, où la capacité nette utilisable diffère considérablement de la capacité techniquement disponible.

Le SoC opérationnel est adapté de manière à afficher par exemple 100 % lorsque la valeur réelle n’est que d’environ 99 %. Sans entrer dans trop de détails, il existe de bonnes raisons à cela : (a) disposer de réserves pour compenser les erreurs d’estimation connues (voir l’article article précédent), (b) économiser la batterie (des valeurs de SoC trop élevées ou trop basses étant souvent préjudiciables à sa durée de vie) et (c) simuler un comportement apparemment uniforme tout au long de la durée de vie du véhicule en libérant progressivement ces réserves.

Conseils pratiques : si vous ne observez pas ce comportement de charge actuellement, attendez un peu avant d’évaluer la santé réelle de la batterie ; il peut apparaître plus tard dans le cycle de vie du véhicule.

Et la facturation selon l’usage ?

Malgré les opportunités de recharge en cours de route, d’autres défis existent. En général, on ne charge pas la batterie à 100 % (seulement le matin, comme mentionné précédemment), mais on la recharge régulièrement avec une capacité plus faible (

elles ne souffrent pas d’augmentations du temps de charge dues à une dégradation.

Finalement : la charge inductive…

Une remarque sur la charge inductive, où le branchement physique pour une connexion galvanique est remplacé par une transmission d’énergie sans fil. C’est une idée fantastique, car il n’y aurait pratiquement plus de besoins en positionnement ni en manipulation manuelle. On pourrait même recharger en conduisant. Mais la physique intervient : le rapport entre l’énergie qui atteint le véhicule et celle perdue en raison d’inefficacités propres à l’induction – en d’autres termes, celle qui se transforme en chaleur ambiante – dépend principalement de (a) la distance entre le récepteur et l’émetteur et de (b) la fréquence du champ d’induction électromagnétique alternatif.

Afin que la charge inductive ne devienne pas économiquement intolérable, il faut soit (a) réduire la distance entre l’émetteur et le récepteur à seulement quelques millimètres, soit (b) augmenter la fréquence, ce qui entraîne une augmentation de la taille de l’inducteur et donc de son poids. Idéalement, un inducteur en cuivre (pesant plusieurs centaines de kilogrammes !) devrait être placé à quelques millimètres seulement de l’émetteur. Cela s’est avéré, et se révèle encore aujourd’hui, technologiquement si difficile que jusqu’à présent aucune solution économiquement viable et scalable n’a été trouvée ; près de 100 % des batteries sont donc chargées par connexion directe.

En fin de compte, nous encourageons tous à discuter ouvertement des options et des implications des différentes philosophies de charge avec leurs partenaires fabricants. Il est très utile d’exiger une transparence maximale concernant les signaux de la batterie et du chargeur de base, ainsi que des informations périodiques sur sa dégradation, car nous savons désormais comment celle-ci affecte tous les aspects d’une batterie.

Aperçu

Les batteries au lithium-ion présentent un phénomène curieux : la quantité d’énergie qui peut être chargée en une certaine période dépend de la puissance de charge ; par exemple, doubler la puissance de charge ne réduit pas nécessairement le temps de chargement de moitié.

Le SoC affiché (« SoC opérationnel/net ») n’est le plus souvent pas le véritable SoC, et ce pour de bonnes raisons.

Dans les applications de charge en entrepôt ou ailleurs, où la batterie est chargée à 100 % (vraiment 100 %) et où elle n’est pas excessivement surdimensionnée, on utilise une forme de charge CCCV.

Le schéma particulier de CCCV entraîne un comportement selon lequel doubler ouou tripler la puissance de charge ne réduit pas le temps nécessaire de moitié ni d’un tiers.

La charge occasionnelle se fait principalement en mode CC, elle n’est donc pas soumise à ce schéma, mais elle peut être affectée par une augmentation de la résistance due

* c’est-à-dire aux caractéristiques OCV, voir l’article n°3

** c’est-à-dire au surpotentiel ou aux tensions dynamiques

*** Les résultats de la simulation (LFP, SOC0=50 %, température ambiante 30 °C) proviennent de : Bunzel, A. ; Morawietz, L. ; Ufert, M. : Technologische und wirtschaftliche Bewertung der Elektrifizierung von ÖPNV-Busflotten im Werkstatt- und Betriebshofbereich. Conférence tenue à Dresde les 11-12.10.2018.

L’article « Charging batteries, food for minds » a été publié pour la première fois sur Sustainable Bus.