Qu’est-ce que le freinage régénératif dans les batteries au lithium ?

Les deux premiers mois de conduite d'un véhicule électrique, j'ai continué à avancer à chaque fois que j'ai levé l'accélérateur. J'avais l'impression de caler un manuel. Il m'a fallu du temps pour recycler mon pied droit. Maintenant, lorsque je conduis une voiture à essence de location, je me sens mal, comme si les freins étaient cassés.

Regen est le moteur qui tourne à l’envers. Lorsque vous accélérez, le moteur tire le courant du pack et fait tourner les roues. Lorsque vous ralentissez, les roues font tourner le moteur. Le moteur devient un générateur. Le courant retourne à la batterie. Pas compliqué.

Les services marketing adorent générer un gain d'efficacité d'environ 30 %. Le monde réel est plus compliqué. J'ai enregistré-les données de ma Model 3 pendant six mois de trajet à Atlanta. Mixte autoroute et rues de surface, circulation modérée. Regen a récupéré environ 18 % de l'énergie que j'ai mise. Pas 30.

La conduite en ville s'en sort mieux. Stop and Go signifie plus d'événements de freinage. Un ami qui livre pour Amazon dans une camionnette Rivian voit 25 % ou plus. Il s'arrête constamment. En croisière sur autoroute à 70 mph, vous touchez à peine les freins. Regen ne fait presque rien pour vous là-bas.

Le chiffre de 30 % provient de cycles de test idéaux. Arrêts répétés à partir de 60 mph avec régénération maximale. Personne ne conduit comme ça.

La conduite en montagne est l'exception. En descendant d'Asheville l'automne dernier, j'ai vu la batterie grimper de 54 % à 71 % sur environ 40 milles de descente. Cela ressemblait à de l’énergie gratuite. Bien sûr, je l'ai brûlé en montant.

Regenerative Braking

C’est la partie que personne n’explique bien avant d’acheter un véhicule électrique.

Les piles au lithium n'aiment pas accepter de charge à froid. Les ions se déplacent trop lentement. Forcez le courant dans une cellule froide et vous obtenez un placage au lithium sur l'anode. Dommages permanents. Ainsi, le BMS coupe la régénération lorsque le pack est froid.

Quel froid ? Varie selon le fabricant. Ma voiture tue essentiellement la régénération en dessous de 20 degrés F. Entre 20 et 45 degrés F, elle est réduite, peut-être de moitié. On a l'impression que les freins ont cessé de fonctionner dès la première fois que vous en faites l'expérience. Vous appuyez sur la pédale en vous attendant à une forte décélération et la voiture roule. Les freins à friction vous rattrapent mais il y a un vide mental.

Tesla a ajouté une fonction de préconditionnement qui réchauffe la batterie si vous réglez la navigation sur un Supercharger. Fonctionne très bien pour la charge rapide DC. Ne fait rien pour la régénération de votre trajet matinal car le sac est encore froid lorsque vous partez. Certains propriétaires font fonctionner le chauffage de la cabine pendant 20 minutes avant le départ, juste pour réchauffer la batterie. Gaspiller de l’énergie pour économiser de l’énergie. Le calcul ne fonctionne pas toujours.

Hyundai et Kia semblent avoir mieux compris la situation. L'Ioniq 5 utilise le chauffage de la batterie de manière plus agressive. Les propriétaires du Minnesota signalent une régénération utilisable à des températures plus basses que celles de Tesla. Cela pourrait être une différence chimique, cela pourrait être un réglage logiciel. Kia ne le dira pas.

Chargez à 100 % et descendez la pente. Où va l’énergie de régénération ?

Nulle part. Le BMS le bloque. La batterie est pleine. Une pile au lithium pleine ne peut pas accepter plus de charge sans dommage. La voiture décharge donc la charge supplémentaire sur les freins à friction. Ou dans certains véhicules, elle se dissipe sous forme de chaleur à travers une résistance. Dans tous les cas, vous perdez de l'énergie.

J'ai appris cela à mes dépens en sortant d'une station de ski. Chargé à 100 % la veille pour maximiser la portée. J'ai descendu une pente de 7 % sur 12 milles. Regen était pratiquement hors de toute la descente. J'ai utilisé les freins à friction plus fort que je ne le voulais. Les coussinets sont devenus suffisamment chauds pour sentir.

Commencez vos sorties en montagne à 80 % ou moins s'il y a une descente importante au début. Les forums regorgent de gens qui ont compris cela après avoir cuit leurs freins.

Certains véhicules plus récents sont plus intelligents à ce sujet. Le Lucid Air maintiendra la charge en dessous de 100 % s'il sait grâce à la navigation qu'une longue descente s'annonce. Devrait être standard sur chaque véhicule électrique. Ce n'est pas le cas.

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Réponse courte, probablement pas.

Les impulsions de charge de la régénération sont brèves. Une demi-seconde à peut-être dix secondes. Puis un écart. Puis une autre impulsion. Ce modèle marche-arrêt diffère du branchement sur un chargeur et de l'application d'un courant constant pendant une heure.

Certains chercheurs du NREL ont publié des données en 2022 suggérant que la charge pulsée pourrait en fait être plus douce pour les cellules que le courant constant. Les périodes de repos permettent aux ions lithium de se redistribuer à l'intérieur de l'électrode. Moins de stress dû au gradient de concentration. Le document ne portait pas spécifiquement sur la régénération, mais les profils de charge sont similaires.

Les données de flotte des compagnies de taxi exploitant des Model 3 à New York ne montrent aucune différence mesurable de dégradation entre les chauffeurs à haute-régénération et à faible-régénération. La santé du pack à 150 000 miles variait davantage en fonction de la fréquence de charge rapide DC et du climat qu'en fonction des habitudes de régénération. La taille de l’échantillon n’était cependant que d’environ 40 voitures. Pas concluant.

J'en ai parlé à quelques ingénieurs en batteries. Le consensus semble être que les niveaux de courant de régénération se situent dans les limites de sécurité continue pour les cellules EV modernes. Un pack de 75 kWh recevant une impulsion de régénération de 50 kW ne représente que 0,67 °C. Ce n'est rien. Votre chargeur de téléphone atteint probablement 1C.

Ce qui tue les batteries au lithium, c'est la chaleur et le temps passé à un état de charge élevé. Regen n’y contribue pas beaucoup non plus. Au contraire, cela réduit l'exposition au SOC haut de gamme en récupérant l'énergie que vous auriez autrement dû brancher.

Une conduite à une seule pédale signifie une forte régénération dès que vous relâchez l’accélérateur. Vous pouvez circuler en ville sans toucher à la pédale de frein, sauf lors des arrêts complets. La BMW i3 a été pionnière dans ce domaine. Tesla l'a copié. La plupart des véhicules électriques le proposent désormais en option.

Les systèmes mixtes ressemblent davantage à une voiture normale. Roue libre lorsque vous décollez, régénération uniquement lorsque vous appuyez sur le frein. La voiture mélange parfaitement le freinage par récupération et par friction. Vous ne ressentez pas la transition.

Quel est le meilleur ? Cela dépend de ce qui vous intéresse.

Une pédale récupère plus d'énergie. Physique simple. Vous décélérez avec régénération sur une distance plus longue. Le mode mixte gaspille la partie en roue libre à cause de la résistance de l'air et du frottement de roulement.

Le mélange est plus facile pour les passagers. Ma femme a le mal des transports en conduisant avec une seule pédale. L'accélération constante-décélération-accélération-décélération la dérange. Quand elle est dans la voiture, je passe en mode mixte. Une conduite plus douce, moins de régénération, tout le monde est plus heureux.

La durée de vie des plaquettes de frein est considérablement meilleure avec une seule pédale. J'en suis à 48 000 miles avec les plaquettes d'origine et elles semblent à peine usées. Un mécanicien m'a dit qu'il avait vu des Tesla parcourir 100 000+ miles avec le premier jeu de plaquettes. En principe, les plaquettes ne fonctionnent que pendant les derniers kilomètres/heure d'un arrêt et dans des situations de panique. L’inconvénient est que les rotors peuvent développer de la rouille en surface en cas de non-utilisation. Certains concessionnaires recommandent un freinage brusque occasionnel pour les nettoyer.

Le comportement de la régénération à très basse vitesse varie énormément selon les fabricants.

La plupart des véhicules électriques perdent leur régénération en dessous d’environ 5 mph. Le moteur ne peut pas générer de courant utile au rythme de la marche. Les frictions prennent le dessus. Mais le point de transition et la douceur avec laquelle il se sent diffèrent.

La Porsche Taycan offre la régénération à basse vitesse la plus douce que j'ai connue. Audi e-tron GT également, même plateforme. Il y a une affaire d'ingénierie allemande en cours là-bas. Tesla est décent mais pas aussi raffiné. Certains des véhicules électriques les moins chers semblent saccadés dans cette zone de transition. La Chevrolet Bolt a reçu très tôt des plaintes à ce sujet. Les mises à jour logicielles ultérieures ont aidé.

Les interactions du contrôle de traction deviennent intéressantes sur les surfaces glissantes. Regen applique la force de freinage uniquement aux roues motrices. Sur un véhicule électrique à propulsion arrière-, cela signifie des freins arrière uniquement à partir de la régénération. Frappez la glace en décélérant et l'arrière peut sortir. La plupart des systèmes de contrôle de stabilité couperont la régénération s'ils détectent un glissement. Certains le font mieux que d’autres.

Je n'ai jamais eu de problème, mais j'ai lu des récits de premiers propriétaires de Model S qui se sont retrouvés en tête-à-queue sur la neige lorsque la régénération agressive a submergé la traction arrière. Tesla aurait soi-disant mieux réglé cela dans un logiciel ultérieur. Difficile à vérifier.

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La régénération est l’un des avantages réels des véhicules électriques par rapport à la combustion. Vous récupérez de l’énergie qui autrement se transformerait en poussière de frein et en chaleur. Les gains réels sont moindres que ce que prétendent les brochures, mais restent significatifs, en particulier dans le trafic avec arrêts et départs.

Le temps froid et les limites de batterie pleine sont réels et ennuyeux. Planifiez en fonction d’eux ou vivez avec une efficacité réduite. Le compromis pour ne pas acheter d’essence concerne les bizarreries chimiques des batteries.

Il faut environ un mois pour ajuster votre style de conduite. Après cela, cela semble normal. Revenir à une voiture à essence semble primitif. C'est le crochet de régénération.