Effets de la température et de la tension sur la charge et l’état de santé des modules de batteries lithium-ion dans les véhicules électriques légers

Pourquoi les journées chaudes comptent pour les batteries d’e‑bike

Les vélos et trottinettes électriques promettent des déplacements plus propres et plus faciles, mais les batteries qui les alimentent souffrent discrètement de la chaleur. Cette étude examine l’intérieur du pack batterie d’un véhicule électrique léger pour voir comment la conduite en conditions réelles et différentes températures — d’une ambiance tempérée à une chaleur proche du désert — modifient la quantité d’énergie que la batterie peut stocker et sa durée de vie. Les conclusions aident à expliquer pourquoi l’autonomie diminue par fortes chaleurs et pourquoi un refroidissement et une charge plus intelligents sont essentiels pour une mobilité urbaine sûre et durable.

Regarder à l’intérieur d’un petit véhicule électrique

Les chercheurs se sont concentrés sur un type courant de véhicule électrique léger, comparable à un vélo à assistance électrique, équipé d’un pack lithium‑ion de 48 volts composé de 52 petites cellules cylindriques. Plutôt que de traiter le pack comme une boîte noire, ils l’ont démonté pour mesurer chaque cellule sur un banc d’essai spécifique. Pour chaque cellule, ils ont déterminé la capacité de charge et l’« état de santé » par rapport à son état neuf. Ils ont ensuite remonté le pack, installé le véhicule sur rouleaux et exécuté un cycle de conduite normalisé utilisé pour les essais de motos, simulant des circulations en ville avec arrêts et relances ainsi que des pointes de vitesse.

Augmenter la chaleur de manière contrôlée

Pour voir comment la température influence le comportement de la batterie, l’équipe a placé l’ensemble du pack dans une enceinte métallique scellée où ils pouvaient fixer l’environnement à 25, 35, 45 ou 65 degrés Celsius. Pendant que le véhicule « roulait » sur les rouleaux, des capteurs enregistraient en temps réel la tension, le courant et la température, à la fois à l’extérieur du pack et près de son centre. Après chaque série d’essais à une température donnée, le pack était à nouveau démonté pour mesurer de nouveau la capacité de charge et l’état de santé de chaque cellule. Des images de caméra thermique ont fourni une représentation directe de la façon dont la chaleur s’accumulait et se répartissait dans le module pendant l’utilisation et la charge.

Ce qui arrive à la charge et à la santé quand la température monte

À des températures modérées — autour de 25 à 35 degrés Celsius — la batterie se comportait bien. Le pack pouvait se charger près de sa tension cible, et la conduite simulée consommait l’énergie de façon régulière, avec seulement de légères augmentations de température. Dans cette plage, l’état de charge (le niveau de remplissage de la batterie) et l’état de santé (la capacité restante par rapport au neuf) restaient dans des limites souhaitables. Mais à mesure que la température montait vers 45 degrés et surtout vers 65 degrés, des problèmes sont apparus. Le pack perdait de la tension plus rapidement pendant le cycle de conduite, ce qui signifiait une autonomie réduite. Certaines cellules ont perdu une part notable de leur capacité initiale, tombant sous des seuils de santé généralement acceptés pour un usage continu en véhicule.

La chaleur se cache au centre

Les images thermiques et les relevés des capteurs ont montré que la chaleur ne se répartissait pas uniformément. Les cellules centrales du module étaient systématiquement plus chaudes que celles des côtés. Lors du test à 25 degrés, le point le plus chaud à l’intérieur du pack atteignait juste en dessous de 30 degrés, mais lors du test à 65 degrés le noyau chaud dépassait 80 degrés. Pendant la charge, la situation s’aggravait : le pack retenait la chaleur en son centre, tandis que l’électronique de protection et les câbles chauffaient également. À la température la plus élevée, le système de gestion de batterie a interrompu la charge prématurément pour éviter des dommages, ce qui a protégé le pack mais a aussi conduit certaines cellules à être sous‑chargées par rapport aux autres. Ce déséquilibre a encore réduit l’énergie utilisable et accéléré le vieillissement des cellules les plus sollicitées.

Enseignements de conception pour des trajets plus sûrs et durables

Globalement, l’étude montre que les batteries des véhicules électriques légers sont à l’aise seulement dans une fenêtre thermique relativement étroite, approximativement 25 à 35 degrés Celsius. Au‑delà, elles perdent de l’énergie plus vite, vieillissent plus rapidement et développent des points chauds inégaux — surtout au centre du pack — tandis que l’électronique de protection peine à les maintenir en sécurité. Pour les usagers, cela se traduit par une autonomie réduite et un risque accru de remplacement prématuré de la batterie dans les climats chauds. Pour les concepteurs et les aménageurs urbains, le travail souligne la nécessité de solutions simples mais efficaces de refroidissement ou de ventilation, de dispositions de pack plus intelligentes qui évitent les noyaux surchauffés et d’un suivi attentif de l’état de chaque cellule. Avec ces mesures, les petits véhicules électriques peuvent offrir un transport plus propre sans sacrifier la sécurité ni la durée de vie des batteries.

Citation: Quintana, J.M., Paredes-Rojas, J.C., Vázquez-Medina, R. et al. Temperature and voltage effects on the charge and health of lithium-ion battery modules in light electric vehicles. Sci Rep 16, 9408 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40094-5

Mots-clés: batteries lithium‑ion, vélos électriques, température de la batterie, état de santé de la batterie, gestion thermique