Nouvelle norme chinoise révolutionne les tests de performance des batteries pour véhicules électriques
Un tournant majeur dans l’évaluation des batteries pour véhicules électriques (VE) a été franchi en Chine avec la publication de la norme GB/T 31467—2023. Ce document, intitulé Méthodes d’essai des performances électriques des packs et systèmes de batteries de traction au lithium-ion pour véhicules électriques, ne se contente pas de mettre à jour les protocoles existants ; il redéfinit entièrement le cadre de test pour les batteries de traction, en les alignant plus étroitement sur les conditions d’utilisation réelles, les exigences croissantes des consommateurs et les standards internationaux. Cette révision, portée par le China Automotive Technology and Research Center Co., Ltd. (CATARC), l’un des principaux centres de recherche et de normalisation automobile du pays, marque une étape significative dans la maturité du marché chinois des VE, désormais le plus grand du monde.
La norme GB/T 31467—2023 est le fruit d’une consolidation ambitieuse. Elle remplace et unifie deux standards distincts publiés en 2015 : le GB/T 31467.1 pour les applications à haute puissance et le GB/T 31467.2 pour les applications à haute énergie. Cette séparation, héritée d’une époque où les véhicules électriques étaient soit des sportives performantes, soit des berlines à longue autonomie, n’est plus pertinente. Le marché actuel exige des véhicules qui combinent à la fois une autonomie étendue et des performances dynamiques, rendant obsolète la dichotomie entre « puissance » et « énergie ». La nouvelle norme unique reflète cette convergence, offrant un cadre cohérent et simplifié pour tester l’ensemble de la gamme de batteries, des plus sportives aux plus économes.
L’objectif principal de cette révision était de combler les lacunes des anciennes normes, qui ne parvenaient plus à suivre le rythme effréné de l’innovation technologique. Les batteries d’aujourd’hui sont des systèmes complexes, intégrant des logiciels sophistiqués de gestion thermique et de gestion de l’énergie. Les tests de laboratoire basés sur des décharges à courant constant, bien que nécessaires, ne suffisent plus à prédire avec précision le comportement d’une batterie sur la route. La GB/T 31467—2023 répond à ce défi en introduisant trois nouveaux tests fondamentaux : la densité énergétique, les performances de charge et la décharge en conditions de fonctionnement .
L’intégration de la densité énergétique comme critère de test officiel est une avancée majeure. Ce paramètre, qui mesure la quantité d’énergie stockée par unité de masse ou de volume, est l’un des facteurs les plus critiques pour l’autonomie d’un véhicule et l’optimisation de son design. Jusqu’à présent, bien que largement utilisé par les constructeurs pour promouvoir leurs modèles, il n’existait pas de méthode de mesure standardisée et contraignante dans le cadre des normes de performance. Cela ouvrait la porte à des comparaisons biaisées et à des interprétations variables. En incluant une méthodologie de test claire et rigoureuse pour la densité énergétique, la norme GB/T 31467—2023 établit un nouveau niveau de transparence et de comparabilité, protégeant ainsi les consommateurs et renforçant la crédibilité des fabricants.
La mise en avant des performances de charge est une réponse directe à une préoccupation centrale des utilisateurs de VE : le temps passé à recharger. Alors que l’infrastructure de recharge rapide se développe à un rythme accéléré, la capacité d’une batterie à accepter une charge rapide, et ce dans différentes conditions, devient un indicateur de performance aussi important que l’autonomie. La norme ne se contente pas de mesurer la vitesse de charge à température ambiante ; elle exige des tests dans quatre conditions thermiques distinctes : température ambiante, 40 °C, 0 °C et une température minimale (Tmin) convenue entre le fabricant et le client. Cette approche multi-thermique est cruciale. Elle permet d’évaluer non seulement l’efficacité d’un système de gestion de batterie (BMS) à température idéale, mais aussi sa capacité à gérer le stress thermique à haute température (où le risque de dégradation accélérée est élevé) et à fonctionner efficacement à basse température (où la cinétique des réactions électrochimiques ralentit considérablement, augmentant le risque de dépôt de lithium métallique, ou « plating », sur l’anode, une dégradation irréversible). Les résultats doivent inclure des courbes détaillées de tension, de courant, de température et d’état de charge (SOC) au fil du temps, fournissant aux ingénieurs des données précieuses pour optimiser les algorithmes de charge.
Le troisième pilier de l’innovation de la norme est le test de décharge en conditions de fonctionnement. C’est sans doute le changement le plus révolutionnaire. Plutôt que de s’appuyer sur des profils de décharge constants et artificiels, la norme recommande vivement l’utilisation de cycles de conduite, notamment le Cycle d’essai chinois pour véhicules légers (CLTC). Le CLTC, conçu pour refléter les conditions de circulation typiques dans les grandes villes chinoises – avec leurs nombreux arrêts, démarrages et vitesses modérées – offre une simulation bien plus réaliste que les cycles de test traditionnels comme le NEDC ou même le WLTP. Ce test permet de mesurer la performance d’une batterie dans un environnement dynamique, soumise à des demandes de puissance transitoires, à la récupération d’énergie lors du freinage et à des variations de charge constantes. Cela donne une image bien plus fidèle de l’autonomie réelle que le conducteur peut espérer, en tenant compte de la gestion énergétique du véhicule dans son ensemble. Ce passage d’un test statique à un test dynamique représente un bond qualitatif immense pour l’industrie.
Au-delà de ces trois nouveaux tests, la norme GB/T 31467—2023 apporte une série d’améliorations fines mais significatives à l’ensemble des procédures existantes, visant à améliorer la précision, la reproductibilité et la pertinence des résultats. Un effort particulier a été fait pour harmoniser les conditions de test. Par exemple, la température de stockage pour le test de perte de capacité à vide a été relevée de 40 °C à 45 °C, voire plus, pour mieux refléter les vagues de chaleur extrêmes que peuvent subir les véhicules garés en plein soleil. De même, les températures de test pour la puissance de démarrage à froid et à chaud ont été ajustées pour une cohérence accrue.
La définition de l’équilibre thermique a été revue pour être plus rigoureuse. Au lieu de se baser sur un temps d’attente fixe, la norme exige désormais que le pack de batterie atteigne un état où la température des cellules individuelles varie de moins de 2 °C par rapport à la température ambiante cible, et ce pendant une période d’une heure sans refroidissement actif. Cette méthode garantit que le système est véritablement stabilisé thermiquement avant le début d’un test, éliminant les biais dus aux gradients internes.
La collecte de données a été renforcée. L’intervalle maximum entre deux enregistrements de données a été réduit à 100 secondes, ce qui permet une analyse plus fine des comportements dynamiques, notamment lors des tests de puissance à impulsions. Pour ces derniers, l’intervalle d’échantillonnage est encore plus serré, fixé à 100 millisecondes, afin de capturer précisément les transitoires de tension.
La norme aborde également des points de sécurité et de durabilité. Elle interdit explicitement la charge lorsque la température de la batterie est inférieure à son seuil minimum autorisé, une mesure cruciale pour prévenir la dégradation par plating. Elle introduit un mécanisme de protection lors des tests de puissance : si la tension atteint un seuil critique avant la fin de l’impulsion, le courant peut être réduit pour éviter tout dommage. Enfin, pour les batteries à haute énergie, la norme a supprimé les exigences de charge à 1 C à basse température, reconnues comme inapplicables aux protocoles de charge modernes et potentiellement dommageables.
La gestion thermique elle-même fait l’objet d’une clarification importante. La norme précise que pour les tests liés à l’application véhicule (efficacité énergétique, charge, décharge en conditions de fonctionnement), l’utilisation du système de gestion thermique (refroidissement ou chauffage) est recommandée pour simuler la réalité. Pour les tests visant à évaluer les caractéristiques intrinsèques de la batterie, ce système doit être désactivé, sauf accord contraire. Cette distinction permet une évaluation plus ciblée.
Le processus de révision a été guidé par une double approche. D’une part, il s’est appuyé sur l’expertise chinoise et les besoins spécifiques du marché local. D’autre part, il a pris en compte l’évolution des standards internationaux, notamment l’ISO 12405-4:2018, dont il s’inspire largement, tout en y apportant des améliorations contextuelles, comme l’accent mis sur le cycle CLTC. Ce positionnement intelligent permet aux fabricants chinois de produire des batteries conformes aux standards nationaux et internationaux, renforçant ainsi leur compétitivité à l’exportation.
Pour les consommateurs, cette norme est une garantie de transparence accrue. Les chiffres d’autonomie, de vitesse de charge et de performance à froid publiés par les constructeurs seront désormais basés sur des tests plus rigoureux et plus représentatifs. Cela devrait réduire l’écart entre les performances annoncées et celles vécues par l’utilisateur, renforçant la confiance dans la technologie des véhicules électriques.
Pour les chercheurs et les ingénieurs, la GB/T 31467—2023 fournit une base solide et stable pour l’innovation. En définissant clairement les méthodes d’essai, elle réduit l’incertitude et accélère le cycle de développement. Elle pousse les fabricants à concevoir des batteries non seulement performantes sur le papier, mais aussi robustes et efficaces dans le monde réel.
En conclusion, la norme GB/T 31467—2023 est bien plus qu’une simple mise à jour technique. C’est une déclaration d’intention de la part de l’industrie chinoise, qui affirme son leadership dans la mobilité électrique. En imposant des standards de test plus stricts, plus réalistes et plus complets, la Chine ne se contente pas de suivre le rythme de l’innovation ; elle le dicte. Cette norme deviendra inévitablement une référence, influençant non seulement le marché asiatique, mais aussi les standards mondiaux, et contribuant ainsi à façonner l’avenir de la mobilité durable.
Niu Pingjian, Hao Weijian, Su Zhiyang, Shi Shengkun, Liu Shaohui, China Automotive Technology and Research Center Co., Ltd., Energy Storage Science and Technology, doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0288