Porsche riposte : face aux annonces révolutionnaires des constructeurs chinois de batteries de voitures électriques qui se rechargent en à peine plus de 5 minutes, le constructeur allemand nous a (partiellement) ouvert les portes de son centre de recherche et développement, à Weissach, pour nous vanter ses technologies.
Qui veut voyager loin ménage sa monture, dit le proverbe. Ce n’est pas la philosophie de Porsche qui, peut-être encore davantage que d’autres constructeurs, travaille à maximiser à la fois les performances , l’ autonomie et la longévité de ses batteries et voitures électriques. La Taycan, première voiture électrique de Porsche, a ainsi ravi à la Tesla Model S le rôle de mètre étalon du marché dès son lancement en 2019.
Dans les domaines des voitures et des batteries, la conception est pourtant peut-être encore plus qu’ailleurs une affaire de compromis : monter un curseur se fait difficilement sans en baisser un autre. Autonomie , puissance de recharge , longévité , sécurité , masse … Porsche nous a invité à Weissach, dans son centre de recherche et développement de 12 hectares, où circulent déjà des prototypes des futurs Cayenne et 718 électriques, pour nous expliquer comment les 7 500 employés relèvent ce défi.
Autonomie vs temps de voyage
On pourrait offrir une très grande autonomie à une voiture électrique en utilisant une batterie d’une très grande capacité. Mais ce serait aujourd’hui au prix d’une batterie très lourde , très grande , donc d’une recharge trop longue, et surtout au détriment des performances dynamiques. De puissants moteurs assurent certes de fortes accélérations, mais ils n’annulent pas la gravité et l’inertie !
Comme d’autres constructeurs, Porsche nous explique donc ne pas viser simplement une autonomie , mais avant tout un temps de voyage . L’autonomie n’est qu’un critère, parmi d’autres comptant la longévité , l’ empreinte carbone (plus ou moins proportionnelle à la taille de la batterie et de la voiture), et bien sûr les performances dynamiques, cruciales chez Porsche.
Le constructeur dit avoir ainsi déterminé « la bonne capacité » pour sa Taycan. Si 95 % des trajets quotidiens font selon ses données moins de 200 km, il reconnait que 100 % des clients veulent réduire la durée des longs trajets. Il prévoit que l’ autonomie WLTP attendue par les clients sur le segment des sportives atteindra un plateau autour de 800 km d’ici la fin de la décennie.
Pour un véhicule électrique dans ce segment, Porsche a ainsi conclu qu’une capacité de 100 à 110 kWh offrirait le meilleur compromis entre capacité et masse, donc entre temps de trajet et dynamique de conduite. En l’occurrence, la batterie de 105 kWh confère à la Taycan une autonomie WLTP d’environ 600 km .
Batteries : sur le fil
Mais il y a encore une grande marge de progression dans la technologie des batteries de voitures, donc l’industrie la pousse constamment dans ses retranchements. Il s’agit de trouver un équilibre entre densité énergétique, puissance de recharge, puissance de décharge, longévité, sécurité…
Quand on décharge ou qu’on recharge une batterie lithium-ion , on fait transiter des électrons entre deux électrodes à l’extérieur de la batterie, pour alimenter les moteurs d’une voiture par exemple, ce qui fait transiter des ions entre les deux électrodes, à l’intérieur, à travers une électrolyte et un séparateur.
Cette double réaction chimique complexe entraîne des dégradations physiques à l’échelle microscopique. À force de se dilater et de se contracter, le matériau se fissure et une pellicule SEI (Solid Electrolyte Interface) se forme à la surface des particules, qui deviennent progressivement inefficaces, ce qui entraîne progressivement une perte de la capacité et une augmentation de la résistance.
Maîtriser le vieillissement
Le vieillissement des cellules est inévitable, mais le défi consiste à le ralentir et à le maîtriser . Les concepteurs disposent pour cela de multiples leviers. Au premier rang desquels figure l’architecture 800 volts, dont Porsche fut un pionnier avec la Taycan lancée en 2019.
En doublant la tension utilisée jusqu’alors pour les batteries, on divise par deux l’intensité du courant à puissance égale, réduisant d’autant les contraintes. Le principal inconvénient de cette technologie pour le client est le coût, ce qui la réserve encore aujourd’hui au haut de gamme.
C’est aussi le 800 V qui permet d’augmenter la puissance de recharge, donc de réduire la durée d’une recharge. Avec 400 A (ampères) en pointe, soit 320 kW (800 V x 400 A), la deuxième génération de la Taycan passe ainsi de 10 à 80 % en 18 minutes.
Les batteries sont également confrontées à de fortes contraintes thermiques. Sur ce plan, le défi consiste à tirer le maximum de performances des cellules, sans provoquer d’ emballement thermique , donc d’incendie !
Les évolutions de la nouvelle Taycan témoignent des leviers à chaque échelle d’une batterie. Pour commencer, les ingénieurs ont optimisé le graphite constituant les anodes des cellules pour réduire leur résistance. Porsche refroidit désormais directement les languettes qui relient les cellules ; la plaque de refroidissement a également été optimisée, passant de 6 à 10 kW.
Ces multiples optimisations ont permis à la batterie de la Taycan d’augmenter sa capacité brute de 93,4 à 105 kWh (+12 %), tout en réduisant (très légèrement) sa masse de 634 à 625 kg (-1,4 %), soit une densité énergétique augmentée de 148,7 à 168,3 Wh/kg (+13 %). Combinée à de nouveaux moteurs plus puissants et plus efficients, l’autonomie WLTP de la Taycan est ainsi passée de 503 à 678 km (+35 %).
Concurrence chinoise
La Porsche Taycan est devenue le mètre étalon du marché, comme nous l’écrivions au début, mais la concurrence comble l’écart. Notamment la concurrence chinoise, qui prépare des batteries aux taux de recharge supérieurs ou égaux à 10C.
Porsche considère les taux de recharge de 10C peu pertinents, car ils reposent souvent sur la chimie LFP , moins dense. Les Zeekr 001 et Xiaomi SU7 passent de 10 à 80 % en moins de 10 minutes avec une chimie NMC . Pour continuer à réduire la durée des recharges, le constructeur se concentre sur la courbe de recharge entière , plutôt que sur une brève pointe.
Porsche étudie également d’autres technologies d’avenir, comme les batteries solides et le refroidissement direct, avec lequel le liquide est en contact avec les cellules.
Pour aller plus loin
On a rechargé une voiture électrique BYD en 5 minutes : récit de cette expérience hors norme
300 000 km et 15 ans de durée de vie
Toutes ces évolutions ne valent rien sans longévité . Mais Porsche promet des durées de vie supérieures à 300 000 km et à 15 ans … Les mêmes que pour ses voitures thermiques ! Avant leur mise sur le marché, les batteries et voitures électriques de Porsche subissent de nombreux tests, dont des crash tests.
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