Voyager avec la Model S

Premier véhicule électrique de série à offrir une autonomie confortable, la Model S permet, en s'appuyant sur le réseau de superchargeurs et l'outil de planification embarqué, d'envisager le voyage avec sérénité .

On peut toutefois relever quelques particularités — voire quelques différences — avec un véhicule thermique, dont la prise en compte permettra de diminuer le temps de trajet total lors d'un grand voyage.

Spécificités du véhicule électrique et conséquences

Un véhicule électrique diffère notamment d'un véhicule thermique sur trois points :

• sa batterie contient comparativement moins d'énergie qu'un réservoir d'essence ;
• elle fait le « plein » beaucoup moins vite ;
• mais le rendement du moteur électrique est environ le triple de celui du moteur thermique, ce qui compense en partie ces handicaps.

Une batterie contient peu d'énergie

L'énergie d'un véhicule thermique

Le pouvoir calorifique moyen de l'essence est de 35 475 kilojoules (kJ) par litre. Soit 9,85 kilowatts-heures par litre. En conséquence le réservoir d'essence d'un véhicule thermique d'une capacité de 50 litres contient une énergie équivalente à : 50 x 9,85 = 492,5 kWh

L'énergie de la Model S

En comparaison la batterie neuve de la Model S — voiture électrique de série offrant la plus grande capacité de batterie commercialisée dans sa version 90 kWh — contient environ 79,5 kWh d'énergie utilisable (de 100 à 0 %, hors réserve. Voir ☛ Autonomie : Capacité)

Le véhicule thermique embarque donc dans son réservoir : 492,5 ÷ 79,5 = 6,2 fois plus d'énergie que la Model S dans sa batterie.

Le « plein » d'un véhicule électrique se fait plus lentement

1. une pompe à essence capable de remplir un réservoir avec un débit de 20 litres par minute fournit au véhicule thermique : 20 x 9,85 = 197 kWh/min, soit une puissance équivalente de « recharge » de : 197 x 60 = 11 820 kW
2. en comparaison, un superchargeur permet de passer d'un SoC (en jauge typique ; voir ☛ Glossaire) de 10 km à 300 km en 45 mn, soit une recharge de 290 x 0,186 = 53,94 kWh, à une puissance moyenne de recharge de :53,94* 60/45 = 72 kW (voir ☛ Superchargeur : temps de recharge réel)

Lorsqu'elle se recharge sur une borne, une voiture électrique se trouve donc très pénalisée par rapport à une voiture thermique faisant le plein à la station-service. Si la puissance d'une station de recharge Tesla® peut paraître impressionnante pour un fournisseur d'électricité, elle reste donc toutefois très modeste en comparaison de la puissance équivalente délivrée dans une station-service à un véhicule thermique, qui dépasse 10 mégawatts. Et que dire des autres solutions de recharge disponibles en dehors du réseau de superchargeurs, dont la puissance s'échelonne de 3 à 50 kW ? (voir ☛ Modes de recharge approuvés). Le tableau suivant permet de s'en faire une idée :

Temps de rechargement de 290 km
(pour faire passer l'autonomie de 10 km à 300 km)
(24 litres ou 54 kWh)

Rechargement	Puissance utile (kW)	Temps (minutes)	Ratio
Pompe essence (20 l/mn)	11820,0	1,2	1
Superchargeur (charge de 10 à 300 km)	72,0	45	38
CHAdeMO (90 A, charge de 10 à 300 km)	35	93	77
Prise accélérée 22 kW	19,8	164	136
Prise « bleue » 7,4 kW	6,7	486	405
Prise domestique « E/F » 13 A 3 kW	2,7	1200	1000

Quelques commentaires :

• On considère dans ce tableau le temps mis pour « recharger » 290 km, soit 24 litres d'essence pour un véhicule thermique ou 54 kWh pour une Tesla Model S ;
• On prend pour référence une pompe à essence d'un débit de 20 l/mn. Il faut donc 1 mn 12 s à la voiture thermique pour « recharger » 290 km ;
• La puissance moyenne de recharge du superchargeur entre de 10 à 300 km de SoC est de 72 kW. La session dure 45 mn (voir ☛ Superchargeur : temps de recharge réel). Cela est 38 fois moins rapide que la pompe à essence, sans toutefois tenir compte des modalités de transaction bancaire ;
• Pour les recharges en courant alternatif, une pénalisation de puissance de 10 % est retenue pour tenir compte du rendement du chargeur embarqué (environ 90 %) ;
• On constate qu'une prise domestique recharge la batterie 1000 fois moins vite que la voiture thermique à la station-service.

Le rendement du moteur électrique est excellent

La Model S doit donc se contenter, pour voyager, d'une quantité limitée d'énergie disponible dans sa batterie, et elle doit compter, pour compenser ce handicap, sur l'excellent rendement son moteur électrique (environ 95 %, en comparaison avec celui du moteur thermique, de 25 à 30 %).

En corolaire, l'influence de divers facteurs liés au profil du trajet (relief ; autoroutier ou urbain), à l'environnement météorologique (vent, pluie, température) ou à l'utilisation (vitesse ; chauffage et climatisation) sera par contre très sensible : alors qu'ils passeront quasiment inaperçus sur un moteur thermique (qui ne convertit en énergie mécanique que 30 % au mieux de l'énergie contenue dans le réservoir), chaque élément, favorable ou défavorable, aura un effet perceptible — et même parfois spectaculaire — sur la consommation d'un véhicule électrique, et donc sur son autonomie. Cet effet sera d'autant plus visible pour le conducteur que l'instrumentation de la Model S est très précise, puisque la consommation spécifique moyenne est donnée au Watt-heure par kilomètre (Wh/km) près.

Pour en apprendre plus sur l'influence de divers facteurs, consultez ☛ Autonomie : consommations réelles.

Conséquences

Des trois spécificités qui précèdent on retient :

• que la mise en œuvre d'un long voyage nécessite une planification qui prend en compte au plus juste les différents éléments. Une route du réseau secondaire, plus directe et plus courte sera parfois préférée à l'utilisation de l'autoroute qui rallonge, entraine une surconsommation de 30 % du fait de la vitesse moyenne plus élevée, et implique des arrêts pour recharger plus nombreux et plus longs ;
• que la recherche de bornes haute puissance et fiables est essentielle ;
• que l'exécution du trajet doit être minutieuse pour coller à la planification prévue.

Planification de l'étape

1/ Déterminer l'énergie disponible

La quantité d'énergie disponible pour effectuer l'étape est la différence, exprimée en kilomètres typiques (Voir ☛ Autonomie typique) ou en killowatts-heures (kWh), entre deux valeurs  :

1. la charge au départ, qui peut être 100 %, ou tout autre valeur choisie par l'utilisateur ;

   Elle est directement lue, en fin de recharge, sur la jauge configurée en « kilomètres typiques ». Bien entendu, plus la batterie vieillit, moins cette valeur est élevée.

2. la charge à l'arrivée à destination.

Il peut paraître saugrenu que le conducteur décide lui-même du niveau de batterie qu'il souhaite conserver à destination, mais faire ce choix amène à se poser deux questions :

1. De quel type de prise puis-je disposer pendant mon arrêt/séjour à destination ?
2. Combien de temps vais-je m'y arrêter ?

Voyons trois exemples :

• En absence de toute solution de recharge, ou si l'on doit repartir pour une nouvelle destination sans délai, on cherchera à conserver un niveau de batterie décidé à l'avance pour atteindre le point de recharge suivant ;
• Une prise domestique, à l'hôtel, au camping ou dans une chambre d'hôtes ne permet de recharger que 10 ou 13 km par heure, mais c'est une solution idéale pour un séjour d'un ou plusieurs jours sur place. La simple possibilité (confirmée à l'avance) de se raccorder à une prise domestique peut donc suffire à décider d'arriver avec une batterie quasiment vide à destination, en fonction de l'utilisation prévue les jours suivants ;
• La disponibilité d'une solution de recharge accélérée ou rapide à destination permettra également d'arriver avec une batterie quasiment vide.

Pour en savoir plus sur les différents modes de recharge approuvés pour la Model S, consultez : ☛ Recharge de la batterie

2/ Déterminer la route la plus efficace

En plus des outils de planification d'itinéraire habituels, il existe deux sites web spécifiquement dédiés à la préparation d'un trajet en véhicule électrique. De son côté, Tesla® offre un outil de planification intégré au logiciel de la voiture.

Voyons, au travers d'un exemple, la préparation d'un voyage du superchargeur de Senlis (Oise) à la Ville de Dinan (Côtes d'Armor).

Google Maps

Lorsqu'on soumet cet exemple de trajet à Google Maps, il propose deux options sensiblement identiques :

• 

  Trajet du superchargeur de Senlis à Dinan selon Google Maps (via autoroute A11 ou A13, avec péage)

• par le sud, via l'autoroute A11, en 4 h 29 mn et 448 km ;
• par le nord, via l'autoroute A13, en 4 h 30 mn et 446 km.

Il est également possible de trouver une route plus courte, en tirant à la souris le trajet pré-calculé afin de la contraindre à passer par la route (N12). On trouve alors une distance de 417 km et un temps de trajet de 5 h 08.

• Erreur lors de la création de la miniature : Fichier manquant

  Trajet du superchargeur de Senlis à Dinan selon Google Maps (modifié à la souris, via N12)

L'inconvénient demeure que ces trajets ne prennent pas en compte la recharge en route, or celle-ci sera peut-être nécessaire compte-tenu de la distance à parcourir sur autoroute.

EV Trip Planner

Basé sur Google Maps, EV Trip planer est une affaire de famille : Cliff, Jord et Tess collaborent, chacun dans leur domaine, avec Ben Hannel, jeune fils prodige âgé de seulement 18 ans, à développer l'un des meilleurs outils de planification de trajet pour véhicule électrique

Trajet du superchargeur de Senlis à Dinan selon EV Trip Planner

Erreur lors de la création de la miniature : Fichier manquant

Étapes du trajet de Senlis à Dinan, tel que préparé par EV Trip Planner

EV Trip Planner présente plusieurs caractéristiques intéressantes :

• possibilités de paramétrage multiples : Modèle de véhicule, monte jantes/pneumatiques, température extérieure, climatisation, poids des passagers et des bagages (payload). Le relief est également pris en compte, mais pas le vent ni la pluie ;
• le paramètre Speed multiplier, permet d'ajuster les résultats en fonction de vos habitudes de conduite. Réglé par défaut à 1, il correspond au réglage de Google Maps pour calculer le temps de parcours.
• le logiciel élabore une route en passant par les superchargeurs, mais il est possible d'opter pour une route directe ;
• on peut définir plusieurs étapes intermédiaires ou, au contraire, supprimer des arrêts de recharge ;
• comme pour Google Maps, on peut modifier le trajet directement à la souris afin de choisir, par exemple, une route plus courte. On peut également lui demander d'éviter péages et/ou autoroutes ;
• il est possible de sauvegarder les trajets précédents en créant gratuitement un compte sur le site ;
• le logiciel fournit le temps de trajet total, recharges incluses. (voir ☛ Superchargeur : temps de recharge réel). Cela suppose une recharge dans les conditions idéales (batterie chaude — ce qui sera le cas pour une recharge intermédiaire — et seule voiture en charge sur le superchargeur, prise jumelle non utilisée).

EV Trip Planner calcule également l'énergie totale nécessaire pour effectuer le trajet (en kWh), ainsi que son équivalent en kilomètres de jauge « typique », noté RKM (Rated Kilometres).

Dans l'exemple ci-dessus, pour trajet du superchargeur de Senlis à Dinan effectué avec un TMS P85 :

• la distance totale est de 454,9 km en passant par le trajet Sud (A10/A11). Cette distance est supérieure à la valeur trouvée par Google Maps (448 km) car elle prend en compte la sortie de l'autoroute au Mans pour rejoindre l'emplacement du superchargeur ;
• le temps total de trajet est de 5 h 18 mn, prenant en compte une recharge intémédiaire au superchargeur du Mans de 48 mn.
• L'énergie totale est de 113,5 kWh. En se basant sur une CSMT (voir ☛ CSMT) de 186,3 Wh/km sur la TMS P85, cela représente une consommation de 113 500 ÷ 186,3 = 609 RKM

Limitations & inconvénients :

• le calcul du trajet est basé sur l'hypothèse d'une batterie pleine et en excellente santé. Or ce n'est pas toujours le cas, car la batterie peut ne pas avoir été complètement chargée au départ, ou ne plus emmagasiner autant d'énergie que lorsqu'elle était neuve (vieillissement naturel). Dans l'exemple précédent, on peut calculer que le départ a lieu avec une batterie chargée à 416 RKM, valeur très optimiste. En effet :
  • la première étape consomme 339 RKM ;
  • au superchargeur du Mans, la jauge remonte de 77 à 332 RKM. Ce qui signifie qu'elle indiquait : 339 + 77 = 416 RKM au départ de Senlis. Or, même une batterie neuve du modèle sélectionné (TMS P85) ne pourra pas donner, sauf cas exceptionnel, plus de 402 RKM lors de la livraison (voir ☛ Autonomie : résumé). Cette estimation de départ, non modifiable, est donc largement optimiste.
• Il n'est pas possible de fixer à l'avance un niveau de batterie à l'arrivée. Dans l'exemple précédent, on repart du superchargeur du Mans avec une autonomie de 332 RKM et la deuxième étape du trajet consomme 270 RKM, ce qui signifie qu'il reste 332 - 270 = 62 RKM à l'arrivée à la destination. Il aurait été préférable que l'utilisateur puisse décider lui-même de son niveau de batterie à l'arrivée comme discuté plus haut, en fonction de la recharge prévue à destination. Pour se conformer à ce choix de l'utilisateur, trois leviers seraient alors possibles pour le logiciel :
  1. ajuster, à la hausse comme à la baisse, le temps de charge à l'arrêt de recharge intermédiaire ;
  2. ajuster éventuellement à la baisse, le paramètre Speed multiplier, dans le cas où le trajet est réalisable sans arrêt intermédiaire au prix d'une baisse modérée de la vitesse retenue sur le trajet ;
  3. prévoir automatiquement une route plus directe et plus courte, au prix d'un temps de trajet allongé.
• Enfin, il n'est pas possible de transférer directement la route déterminée par EV Trip planer dans un logiciel de guidage (Waze, Google Maps, etc.). Il faudra créer manuellement les points caractéristiques du trajet pour pouvoir le suivre.

Jurassictest (Green Race)

Trajet du superchargeur de Senlis à Dinan selon JurassicTest (Green Race)

Green Race partage avec EV Trip planer certaines caractéristiques intéressantes :

• Il est basé sur Google Maps. On peut donc ajuster le trajet à la souris, éviter les autoroutes (l'option pour éviter seulement les péages n'est malheureusement pas disponible) ;
• On peut définir jusqu'à 8 étapes intermédiaires ;
• Un profil du relief de la route est présenté : c'est une caractéristique d'autant plus intéressante qu'il est possible de balayer ce profil à la souris et de lire la position correspondante directement sur la carte. Lorsqu'on connait l'impact du relief sur la consommation, il est très appréciable de pouvoir le visualiser de cette manière.
• On peut comparer l'efficacité de plusieurs modèles de véhicules sur ce même trajet.
• On peut ajuster finement différents paramètres du véhicule, et notamment la capacité disponible de la batterie, soit qu'elle ait vieilli au cours du temps, soit qu'elle n'est pas chargée complètement au départ. Par exemple, si on lit 370 km d'autonomie typique à 100 %, la capacité utilisable d'une TMS P85 devient : 370 x 0,186 = 68,8 kWh (voir ☛ Autonomie : résumé), et il est possible de rentrer cette valeur dans le menu Détails du véhicule.

Limitations & inconvénients :

• Bien que de nombreux modèles de véhicules soient disponibles, la gamme Tesla est mal représentée. Les capacités de batteries sont fantaisistes (notamment pour la P85D, qui retient 85 kWh de capacité utile, alors qu'elle n'est en réalité que de 74,8 lorsque la batterie est neuve). Heureusement, ces modèles peuvent être personnalisés comme on l'a vu ;
• Il n'y a aucune donnée concernant les arrêts de recharge. Les superchargeurs ne sont pas connus du logiciel.
• Contrairement à EV Trip planer, le déroulé de l'étape n'est pas fourni. De même, il n'y a aucune information de guidage.
• Le trajet calculé n'est pas transférable automatiquement vers un logiciel de guidage (Waze ou Google Maps par exemple). Comme pour EV Trip planer, il faudra reconstruire les waypoints à la main dans le logiciel de guidage.
• le logiciel ne tient compte ni de la température, ni des précipitations, ni du vent.

Planificateur de voyage Tesla Motors®

Trajet du SuC de Senlis vers le Dinan par le planificateur de voyage Tesla

Tesla fournit un logiciel embarqué de planification de trajet dans la voiture. Il ne s'agit encore d'une version Beta, en développement, mais présente déjà plusieurs caractéristiques intéressantes :

• Il connaît la base de données des superchargeurs et s'appuie dessus pour proposer des arrêts de recharge si nécessaire ;
• aucun paramétrage du véhicule n'est nécessaire : le logiciel est intégré à la voiture et en connait donc toutes les caractéristiques (modèle, monte pneumatique, etc.) ;
• le logiciel tient compte du niveau réel de charge au moment où le calcul est effectué ;
• le relief et l'état du trafic sont également pris en compte dans le calcul ;
• une fois le trajet calculé, il est possible de lancer immédiatement un guidage.
• une fois le trajet en cours, la consommation réelle est prise en compte et peut être comparée à la consommation théorique. Les deux courbes, théorique et réelle, sont présentées.

Toutefois cette version Beta présente encore quelques limitations :

• Il n'est pas possible d'accéder à ce planificateur hors de la voiture : pas de site web, pas d'application autonome offrant les mêmes fonctionnalités. Il ne permet pas de préparer un voyage à l'avance depuis son domicile ;
• On ne connait pas la vitesse prise en compte pour calculer le trajet. Or, sur autoroute, une différence de vitesse de 20 km/h entraîne une différence de consommation de 20 % environ...
• Il n'est pas capable d'adapter cette vitesse (en roulant moins vite) pour, par exemple, faire passer le trajet en direct, sans recharge intermédiaire ;
• L'utilisateur n'a pas le choix entre plusieurs trajets possibles. Il ne peut pas modifier le trajet calculé, ne peut pas éviter les péages et/ou les autoroutes ;
• L'algorithme semble privilégier les routes plus longues et plus roulantes (et notamment l'autoroute par rapport à la route). En imposant des arrêts de recharge plus rapprochés et plus longs, le trajet calculé n'est pas forcément pertinent. De plus certains choix d'itinéraires effectués par cette version Beta sont parfois assez curieux ;
• Le vent n'est pas pris en compte au stade du calcul du trajet. Or une composante de vent subi de 1 km/h fait varier la consommation de 1 % environ.
• Les cartes ne sont pas toujours à jour, et les fermetures annoncées sont souvent ignorées du logiciel. Il existe de plus des différences entre le trajet présenté sur la carte Google et le trajet qui apparait sur le tableau de bord.
• Si l'utilisateur décide de ne pas suivre le trajet pré-calculé, le logiciel persistera à ramener sur l'itinéraire initial. Il sera incapable de calculer automatiquement une nouvelle route vers la destination. Il faut relancer manuellement un calcul, sans garantie d'obtenir le trajet sur la route que l'on souhaite suivre.
• Pour que les prévisions de consommation d'énergie soient valables, il faut obligatoirement suivre le trajet prévu par le système de navigation.

http://www.ev-range.net/

Citons, pour mémoire, ce site web qui permet d'avoir une représentation graphique sur une carte de l'autonomie possible pour différents types de véhicules électriques.

Article en cours de rédaction. Merci de votre compréhension.

Notes et références

• http://www.teslamotorsclub.com/showthread.php/13220-Putting-some-numbers-on-the-factors-that-affect-range
• http://www.teslamotorsclub.com/showthread.php/13678-How-to-plan-a-road-trip-how-long-will-it-take