Recharge rapide des voitures électriques : pourquoi la puissance maximale de recharge rapide annoncée par les constructeurs ne raconte pas toute l'histoire

Il n’y a pas si longtemps, pour évaluer une voiture électrique, on regardait presque exclusivement son autonomie : plus elle annonçait de kilomètres, mieux elle semblait préparée pour les longs trajets. Mais la réalité est que, lorsque l’on parcourt de longues distances, la rapidité avec laquelle elle peut se recharger pendant une pause est tout aussi importante que l’énergie que contient la batterie. C’est là qu’intervient la recharge rapide en courant continu, capable d’ajouter des centaines de kilomètres d’autonomie pendant que nous prenons un café ou nous reposons quelques minutes.

Le problème est que la puissance maximale de recharge en courant continu annoncée par le constructeur, la fameuse « recharge rapide », n’explique pas à elle seule comment une voiture se recharge. Un modèle qui atteint un pic de puissance de recharge de 250 kW n’a pas toujours besoin de moins de temps pour recharger la batterie qu’un autre limité à 200 kW. Tout dépend de la durée pendant laquelle il maintient cette puissance, de la taille de la batterie, de sa température, de l’état de charge à la connexion et de l’énergie que consomme le véhicule pour parcourir chaque kilomètre.

C’est pourquoi, pour savoir quelle voiture électrique voyage le mieux, il faut regarder bien au-delà du gros chiffre qui figure sur la fiche technique.

Qu’est-ce que la recharge rapide, exactement ?

La batterie d’une voiture électrique stocke l’énergie en courant continu. Lorsque nous rechargeons à domicile ou sur une borne en courant alternatif, l’électricité doit passer par le chargeur embarqué du véhicule, qui la transforme en courant continu avant de l’envoyer à la batterie. Dans une borne rapide, cette conversion s’effectue hors du véhicule. La borne délivre directement du courant continu à la batterie, en évitant la limitation de puissance du chargeur embarqué.

C’est pourquoi un même véhicule peut accepter, par exemple, 11 kW en courant alternatif et 150, 250 ou même plus de 300 kW en courant continu. Il convient de distinguer deux unités que l’on confond souvent :

• Les kilowatts —kW— indiquent une puissance, c’est-à-dire la vitesse instantanée à laquelle la voiture se recharge.
• Les kilowattheures —kWh— indiquent une énergie, c’est-à-dire la quantité que la batterie peut stocker ou qui a été ajoutée pendant la recharge.

C’est important, car une batterie de 100 kWh utiles ne se recharge pas forcément en une heure sur une borne de 100 kW. Cette simple division ne fonctionnerait que si la voiture recevait 100 kW constants du début à la fin, ce qui ne se produit pas en pratique en raison de la courbe de charge et des pertes du processus. Le temps de recharge réel dépend de l’état initial de la batterie, de sa capacité, de la puissance que peut accepter le véhicule et de celle que la station est capable de fournir.

Quelle différence existe-t-il entre une plateforme de 400 et une de 800 volts ?

La plupart des premières voitures électriques modernes utilisaient des systèmes d’environ 400 volts. Cette architecture reste courante et permet d’atteindre des puissances de recharge élevées ; elle ne doit donc pas être considérée comme obsolète. Cependant, de plus en plus de constructeurs recourent à des systèmes de 800 volts pour leurs modèles les plus performants.

La puissance électrique correspond, de manière simplifiée, au produit de la tension par l’intensité : Puissance = tension × intensité. Pour délivrer 200 kW avec un système de 400 volts, il faut théoriquement environ 500 ampères. Avec 800 volts, la même puissance peut être atteinte en utilisant environ la moitié de l’intensité.

Les avantages ? Réduire le courant diminue les pertes par résistance et la production de chaleur dans les câbles, les connecteurs et les composants électroniques. Cela permet aussi d’utiliser des conducteurs plus légers ou d’augmenter la puissance sans faire grimper l’intensité. Dans de bonnes conditions, une architecture de 800 volts facilite l’obtention et le maintien de puissances très élevées. À titre d’exemple, la smart 5 peut atteindre 400 kW et passer de 10 à 80 % en 18 minutes avec sa batterie de 100 kWh.

Mais attention, cela ne signifie pas qu’une voiture de 800 volts se recharge toujours mieux qu’une voiture dotée d’une technologie de 400 volts.

Disposer de 800 volts ne garantit pas une bonne recharge rapide

L’architecture électrique ne constitue qu’un élément de l’ensemble. Interviennent aussi la chimie et la conception des cellules, leur capacité à accepter le courant, le système de refroidissement, la programmation du gestionnaire électronique de la batterie et la puissance du chargeur. Il existe des voitures de 400 volts aux courbes de charge très compétitives, et des véhicules de 800 volts qui n’exploitent pas pleinement le potentiel théorique de cette architecture.

Il faut aussi vérifier ce qui se passe lorsqu’une voiture de 800 volts se connecte à une station dont la tension de sortie est inférieure. Certains véhicules intègrent un convertisseur élévateur qui adapte la tension ; d’autres utilisent certains composants du système de propulsion pour assurer cette fonction. La puissance disponible dans ces conditions peut être inférieure à celle obtenue avec un chargeur compatible 800 volts.

Dans les systèmes les plus récents, on développe également des batteries capables de modifier en interne leur configuration afin de recharger efficacement sur des bornes de 400 comme de 800 volts, comme la technologie « bank charging » que la Audi a introduite sur la Audi Q6 e-tron, qui divise la batterie de 800 volts en deux batteries partielles de même tension pour charger en parallèle sans nécessiter de convertisseur de tension supplémentaire. L’objectif est que le conducteur puisse profiter d’un réseau hétérogène sans subir une pénalité importante. Par conséquent, la tension permet de deviner le potentiel du véhicule, mais ne remplace pas la donnée réellement utile : le temps qu’il met à récupérer de l’énergie dans des conditions réelles. Et c’est sur celle-ci qu’il faut vous concentrer.

Qu’est-ce que la courbe de charge ?

Lorsqu’un constructeur annonce qu’une voiture se recharge à 250 kW, il indique la puissance maximale qu’elle peut atteindre dans des conditions précises. Cela ne signifie pas qu’elle reçoit 250 kW pendant toute la session. Ce pic peut être maintenu pendant plusieurs minutes, n’apparaître que quelques instants, ou même ne jamais être atteint si la batterie ne se trouve pas dans l’état approprié.

Prenons deux voitures : la première atteint 250 kW, mais réduit rapidement la puissance jusqu’à descendre sous 150 kW ; la seconde a un maximum de 200 kW, mais s’en approche pendant une bien plus grande partie du processus. Bien que la première annonce une puissance supérieure, la seconde pourrait terminer plus tôt la recharge de 10 à 80 %. C’est pourquoi le temps total passé dans cet intervalle et la puissance moyenne de recharge sont bien plus représentatifs que le pic maximal.

La courbe de charge représente l’évolution de la puissance acceptée par la batterie à mesure que son état de charge, ou SOC, pour State of Charge, augmente. En général, une voiture branchée avec une batterie peu chargée commence à recharger à une puissance modérée, atteint son maximum une fois sa température stabilisée, puis maintient une zone plus ou moins étendue de puissance élevée. Ensuite, elle la réduit progressivement. La forme exacte varie beaucoup d’un véhicule à l’autre. Certaines courbes présentent un plateau stable ; d’autres des paliers ; et sur certains modèles, la puissance chute presque continuellement à partir du pic initial.

La batterie peut accepter davantage d’énergie lorsque ses cellules sont relativement déchargées. À mesure qu’elles approchent de leur tension maximale, le système doit réduire le courant pour contrôler la température, éviter les dommages et équilibrer le niveau de charge entre les différentes cellules.

Dans de nombreux véhicules, la zone de recharge la plus rapide se situe approximativement entre 10 et 60 %. Au-delà, la puissance commence à diminuer, et vers 80 % le ralentissement est généralement beaucoup plus marqué. C’est pourquoi de nombreux constructeurs utilisent le seuil de 80 % comme référence pour reprendre la route lors d’un arrêt de recharge, car au-delà de ce niveau le processus perd nettement en vitesse. Cela explique pourquoi les constructeurs annoncent généralement le temps de 10 à 80 % plutôt que celui nécessaire pour une recharge complète de 0 à 100 %.

Pourquoi la voiture ne se recharge-t-elle pas toujours à sa puissance maximale ?

Le véhicule et le chargeur négocient en permanence la tension et le courant que la batterie peut recevoir. La voiture demande la puissance qu’elle juge sûre à chaque instant, et la borne fournit la puissance maximale possible dans ses propres limites. Parmi les facteurs en jeu, on peut citer les suivants.

• L’état de charge : Une batterie à 10 % peut généralement accepter bien plus de puissance qu’une autre à 80 ou 90 %. Plus elle se rapproche du plein, plus le processus doit ralentir. C’est comparable au remplissage d’un récipient sans déborder : au début, on peut ouvrir grand le robinet, mais lorsqu’il est presque plein, il faut réduire le débit.
• La température de la batterie : Les batteries lithium-ion disposent d’une plage thermique dans laquelle elles acceptent mieux la recharge rapide. Si elles sont trop froides, leur résistance interne augmente et le système limite le courant pour éviter des phénomènes néfastes, comme le dépôt de lithium métallique sur l’anode. Si elles sont trop chaudes, la puissance est aussi réduite afin de protéger les cellules et d’éviter une dégradation accélérée.
• Le préconditionnement : Les voitures les mieux préparées pour les longs trajets peuvent chauffer ou refroidir la batterie avant d’arriver à la borne. Dans de nombreux cas, il suffit de sélectionner une station rapide comme destination dans le navigateur intégré. Le véhicule calcule quand il doit commencer ce conditionnement pour atteindre la température optimale au moment du branchement. Cette fonction est particulièrement importante en hiver. Une voiture capable d’atteindre 250 kW peut être très loin de ce chiffre si elle est branchée après avoir passé la nuit à basse température sans préconditionnement. Tous les modèles ne l’activent pas de la même manière : certains le font automatiquement lorsque l’on envoie la borne au navigateur ; d’autres permettent de l’activer manuellement ; et sur certaines voitures, il n’est pas disponible. Il convient de le vérifier avant l’achat.
• La capacité et la chimie de la batterie : Une grande batterie peut absorber davantage d’énergie sur une même plage de pourcentage qu’une petite. Passer de 10 à 80 % sur une batterie utile de 100 kWh représente environ 70 kWh ; sur une batterie de 60 kWh, environ 42 kWh. Il ne suffit donc pas de comparer les temps sans tenir compte de la capacité. Deux voitures peuvent mettre 20 minutes, mais la première aura ajouté beaucoup plus de kilomètres potentiels. La chimie influe aussi. Les batteries NMC et LFP présentent des caractéristiques différentes en matière de densité énergétique, de réponse thermique, de longévité et de puissance admissible. Toutefois, on ne peut pas affirmer de façon générale qu’une chimie recharge toujours mieux qu’une autre : cela dépend de la conception précise des cellules et du système complet.
• Les limites du chargeur : Une borne de 350 kW ne garantit pas que la voiture reçoive cette puissance. Elle peut être limitée par sa tension maximale, par le courant admis par le câble ou par la puissance totale disponible sur l’installation. Certaines stations partagent leur puissance entre deux connecteurs ou davantage. Si un autre véhicule arrive, l’énergie disponible pour chacun peut diminuer. Les chargeurs disposent également de systèmes de protection thermique. Par temps très chaud ou après plusieurs sessions consécutives à haute puissance, la borne peut réduire temporairement le courant pour éviter la surchauffe. Évidemment, la vitesse finale est toujours limitée par l’élément le plus lent : une voiture acceptant 250 kW ne rechargera au maximum qu’à 100 kW si elle se branche sur une borne de 100 kW.

Ce qu’il faut regarder en achetant une électrique pour voyager

La puissance maximale de recharge reste une donnée pertinente, mais elle doit être analysée avec d’autres paramètres.

• Le temps réel de 10 à 80 % : C’est la référence la plus simple pour comparer les voitures. Encore mieux s’il provient d’essais indépendants réalisés à différentes températures, et non uniquement de la donnée homologuée par le constructeur.
• La puissance moyenne de recharge : Elle permet de savoir si le pic est maintenu ou s’il reste purement anecdotique. On l’obtient en divisant l’énergie ajoutée par le temps écoulé. Par exemple, si une voiture ajoute 56 kWh en 20 minutes, sa moyenne sur cet intervalle aura été d’environ 168 kW, même si elle a pu atteindre 250 kW à un moment donné.
• L’autonomie récupérée par minute : Pour voyager, cette donnée peut être plus utile que les kW. Une voiture très efficiente qui consomme 17 kWh/100 km tirera un meilleur parti de chaque kilowattheure ajouté qu’un SUV ayant besoin de 25 kWh/100 km. Même si ce dernier se recharge à plus forte puissance, il pourrait récupérer des kilomètres à une vitesse similaire, voire inférieure. C’est pourquoi recharge rapide et efficience doivent être analysées ensemble.
• La consommation réelle sur autoroute : L’autonomie WLTP combine différents scénarios et ne représente pas forcément ce qui se passera à 120 km/h. Pour planifier un voyage, il est utile de connaître l’autonomie réelle sur autoroute, surtout en hiver. Une voiture peut annoncer 600 km WLTP et devoir s’arrêter plus tôt qu’une autre annonçant 520 km si son aérodynamique ou sa consommation à haute vitesse sont moins bonnes.
• La présence d’un préconditionnement : Il doit être automatique, simple à activer et compatible avec la base de données des bornes du navigateur. Une activation manuelle est également utile, car elle permet de préparer la batterie lorsqu’on utilise une application externe pour planifier le trajet.
• Le planificateur d’itinéraire : Un bon planificateur calcule où s’arrêter, avec quel pourcentage on arrivera, combien de temps il faudra recharger et avec quel niveau on atteindra la prochaine étape ou la destination. Les systèmes les plus avancés prennent aussi en compte la puissance, la disponibilité et l’opérateur des bornes, et adaptent l’itinéraire si la consommation change en cours de route.
• Les performances en recharges successives : Lors d’un long trajet, il peut être nécessaire d’effectuer plusieurs recharges rapides dans la même journée. Un système thermique insuffisant peut entraîner une deuxième ou troisième session plus lente à cause de l’échauffement accumulé de la batterie.
• La compatibilité avec l’infrastructure : Il convient aussi de vérifier la tension maximale admise par la voiture, son comportement sur les bornes de 400 volts, le type de connecteur et la présence de Plug & Charge, une fonction qui identifie automatiquement le véhicule et gère le paiement sans applications ni cartes supplémentaires.

Vaut-il mieux arriver à la borne avec peu de batterie ?

En général, oui, car une voiture recharge généralement plus vite lorsqu’elle arrive avec un niveau bas, à condition que la batterie soit à la bonne température. Arriver à la station avec 8 ou 10 % permet de profiter de la zone la plus puissante de la courbe. Arriver avec 35 ou 40 % réduit la marge disponible avant d’atteindre la partie où la puissance commence à chuter. L’arrêt peut être plus court, mais on ajoutera moins d’énergie et il faudra probablement s’arrêter de nouveau plus tôt.

Naturellement, il ne faut pas jouer avec la marge de sécurité. Le pourcentage d’arrivée doit s’adapter à la fiabilité de la station, à la présence de bornes alternatives, aux conditions météorologiques et à l’expérience du conducteur. Un planificateur correctement configuré peut travailler avec une marge de sécurité de 8 ou 10 %, mais dans les zones peu équipées il peut être prudent d’en conserver davantage.

Vaut-il mieux recharger jusqu’à 100 % ou faire deux arrêts plus courts ?

Dans la plupart des trajets, il est plus rapide d’effectuer des arrêts courts dans la zone favorable de la courbe que de rester branché jusqu’à 100 %.

Supposons qu’une voiture se recharge très vite de 10 à 70 %, commence à réduire la puissance à partir de ce point et devienne particulièrement lente au-delà de 80 %. Les 20 derniers points de pourcentage pourraient demander presque autant de temps que les 50 ou 60 premiers. Dans ce cas, il est plus efficace :

1. D’arriver avec peu de batterie.
2. De ne recharger que l’énergie nécessaire pour atteindre la station suivante avec une marge.
3. De reprendre la route lorsque la puissance a nettement baissé.
4. De répéter l’opération à l’arrêt suivant.

Deux sessions de 10 à 60 ou 70 % peuvent permettre de parcourir la même distance en moins de temps qu’une recharge prolongée jusqu’à 100 %. De plus, se débrancher plus tôt libère la borne pour un autre usager et évite de rester dans une tranche où le prix du kilomètre récupéré peut être moins favorable si l’opérateur applique une tarification à la durée ou des pénalités d’occupation.

Quand peut-il être pertinent de recharger jusqu’à 100 % ?

Il n’existe pas de règle universelle. Compléter la recharge peut être raisonnable dans certaines circonstances :

• Avant de commencer le voyage, en rechargeant lentement à domicile.
• Lorsque le tronçon suivant dépasse l’autonomie disponible.
• Si le réseau de recharge à venir est rare ou peu fiable.
• Pendant un arrêt long qui aurait eu lieu de toute façon.
• À l’arrivée à destination, si la voiture ne sera pas utilisée pendant un certain temps.
• Lorsque la borne propose un tarif particulièrement avantageux et qu’aucun autre usager n’attend.

Tout l’enjeu est de distinguer le fait d’atteindre 100 % avant de partir et de le faire au milieu du trajet. À domicile, peu importe que la dernière partie soit lente, car la voiture peut rester branchée plusieurs heures. Sur une borne routière, chaque minute supplémentaire compte, et attendre pour compléter la batterie n’en vaut généralement pas la peine.

Il faut aussi garder à l’esprit que maintenir pendant longtemps une batterie lithium-ion à un état de charge très élevé peut favoriser sa dégradation. Pour l’usage quotidien, de nombreux constructeurs recommandent de fixer une limite proche de 80 %, en réservant les 100 % aux voyages ou aux situations où l’on a besoin de toute l’autonomie. Les effets exacts dépendent de la chimie et de la gestion propres à chaque marque.

La meilleure stratégie ne consiste pas à recharger davantage, mais à recharger ce qui est nécessaire

Lors d’un voyage en électrique, l’arrêt optimal n’est pas toujours celui qui laisse la batterie à 80 %. Parfois, il suffit d’arriver à 55 ou 60 % pour atteindre la borne suivante, où la voiture pourra de nouveau profiter de la zone rapide de sa courbe. Les planificateurs optimisent justement cet équilibre. Un arrêt de dix minutes peut suffire pour continuer jusqu’à une station mieux située, plus puissante ou disposant de davantage de connecteurs.

La stratégie la plus rapide consiste généralement à partir avec la batterie bien chargée, à arriver à la première station avec un niveau bas et à effectuer des recharges brèves, en profitant de la partie la plus favorable de la courbe. Mais le facteur humain entre aussi en jeu. Une famille peut préférer une pause de 30 minutes pour manger plutôt que deux de 15 minutes. Un autre conducteur appréciera de s’arrêter toutes les deux heures, même si la voiture pourrait continuer. Et d’autres privilégieront les stations disposant de services, de toilettes et de restauration plutôt que le temps de trajet absolu.

La meilleure recharge rapide n’est pas forcément celle qui affiche le pic de puissance le plus élevé, mais celle qui s’intègre au trajet sans obliger à modifier les pauses habituelles.

Les cinq données clés pour comparer la recharge rapide

Pour choisir une voiture électrique pour voyager, il convient de vérifier, dans cet ordre :

1. Consommation réelle sur autoroute et autonomie utile entre les arrêts.
2. Temps de recharge de 10 à 80 % dans des conditions réelles.
3. Forme de la courbe et puissance moyenne, et pas seulement le pic maximal.
4. Préconditionnement et qualité du planificateur d’itinéraire.
5. Comportement par grand froid, par forte chaleur et lors de recharges rapides successives.

L’architecture de 800 volts constitue un avantage technique important, en particulier pour les véhicules dotés de grandes batteries et de puissances très élevées. Mais elle ne fait pas automatiquement d’une voiture un bon compagnon de route. Une électrique efficiente, avec une batterie de taille raisonnable, une courbe stable et un système thermique bien calibré peut se révéler plus rapide sur route qu’une autre affichant une autonomie homologuée supérieure et une puissance maximale plus élevée.

La conclusion est simple : à l’achat d’une voiture électrique, il ne faut pas seulement se demander à combien de kW elle se recharge, mais combien de kilomètres elle permet de récupérer pendant les minutes où nous sommes prêts à rester à l’arrêt. C’est ce chiffre qui finit par faire la différence lorsqu’il s’agit de voyager.