Malgré le fait que la voiture électrique soit actuellement à la mode (la première voiture électrique a été construite au 19e siècle), son mécanisme de fonctionnement reste déroutant pour beaucoup de gens. Chaque constructeur a ses propres particularités, mais il existe des principes généraux de fonctionnement, que nous vous décrivons dans cet article.
La configuration du système de propulsion d’un véhicule électrique
Conduire une voiture électrique n’est ni plus ni moins compliqué que de conduire un véhicule à moteur à combustion : il suffit d’appuyer sur la pédale d’accélérateur pour la faire avancer. Un convertisseur reçoit un signal électrique d’un capteur situé du côté du conducteur qui enregistre la position de la pédale d’accélérateur. En combinant les données provenant de capteurs répartis dans tout le véhicule (capteurs de roues, capteurs de vitesse, etc.), le convertisseur détermine le couple à appliquer aux moteurs électriques d’entraînement des roues.
Le convertisseur onduleur génère délibérément un courant électrique qui sera converti en puissance mécanique par le stator du moteur. Le moteur reçoit maintenant un signal électrique, qui est directement proportionnel à la position de la pédale d’accélérateur (plus vous appuyez sur l’accélérateur, plus vous générez de courant électrique). Le moteur génère maintenant une puissance de rotation qui est directement proportionnelle au courant électrique qu’il reçoit. Selon le type de moteur, cette puissance de rotation sera convertie en puissance mécanique par un engrenage planétaire ou par un autre type de réducteur mécanique.
Plusieurs organes du véhicule sont impliqués dans ce mouvement :
– Les batteries haute tension ou HT ont pour but de stocker de l’énergie. Tout comme les véhicules à moteur à combustion interne, les véhicules électriques ont besoin d’énergie électrique embarquée pour fonctionner. Les batteries alimentent le moteur en énergie électrique afin que le véhicule puisse être conduit ;
– Le module chargeur est la partie du système de batteries HT qui relie les batteries au réseau de distribution électrique et les charge. Il remplit cette fonction en convertissant la tension domestique de 220 volts alternatif (AC) en tension continue (DC) de 400 volts DC.
– L’onduleur est le » cerveau » du système et reçoit les informations des capteurs du véhicule pour commander le moteur électrique. Le convertisseurs onduleur est également l’interface entre les batteries HT et le moteur électrique ; il contrôle les différentes phases du moteur électrique (traction, régénération, etc.).
– Le moteur électrique : pendant la phase de traction, il est la seule source de propulsion, tandis que pendant la phase de freinage, il fonctionne en conjonction avec les freins à friction. Les courbes de puissance et de couple d’un moteur électrique ne sont pas linéaires, contrairement à celles d’un moteur à combustion interne classique, où la puissance atteint son maximum à un certain régime, puis diminue. La courbe de puissance du moteur électrique commence à zéro, augmente jusqu’à une certaine valeur maximale à son régime de pointe, puis retombe à zéro. La courbe de puissance non linéaire d’un moteur électrique est ce qui le rend particulièrement bien adapté à l’accélération.
– La batterie 12 volts : Les circuits embarqués et les consommateurs électriques, tels que les feux de signalisation, les klaxons, les essuie-glaces et autres, sont alimentés par une batterie de 12 volts, comme sur les autres véhicules.
– Un convertisseur 400-12 V : sa mission est de recharger la batterie de 12 volts.
A retenir : Un moteur électrique ne nécessite pas de boîte de vitesses, contrairement aux véhicules équipés d’un moteur à combustion interne, car sa plage d’utilisation est très large.
Mode et étapes de fonctionnement d’un véhicule électrique
Pendant la phase d’accélération, les roues sont entraînées par le moteur électrique et le convertisseur inverseur convertit le mouvement en une tension électrique, qui est ensuite transmise aux batteries Haute Tension.
Pendant la phase de décélération/freinage, le moteur, entraîné par les roues, génère une tension électrique qui est convertie par le convertisseur onduleur en un courant électrique, puis transmise aux batteries Haute Tension.
La charge des batteries HT s’effectue lorsque le véhicule est immobilisé et que le convertisseur 400-12V alimente les batteries en charge.
En raison du rendement élevé des moteurs électriques, notamment à faible vitesse, la régénération à l’arrêt peut être importante. Elle peut être utilisée pour la climatisation, le chauffage, l’éclairage, etc. afin de réduire la consommation d’énergie pendant la phase de stationnement. L’énergie utilisée pour la conversion de 12V en 400V est beaucoup plus faible que celle du convertisseur primaire. Cependant, en raison de la durée de stationnement, le bénéfice annuel global est important.
Avantages et inconvénients de l’utilisation d’un véhicule électrique
Les points positifs :
Les voitures électriques sont de plus en plus populaires et sont désormais disponibles sur le marché sous la forme de modèles hybrides rechargeables et de modèles électriques à batterie. Elles sont plus propres, plus silencieuses et plus pratiques à utiliser que les voitures traditionnelles, et leur popularité croissante peut être attribuée à un certain nombre de facteurs.
L’un des plus importants est la préoccupation croissante concernant le changement climatique et l’impact des émissions de carbone sur l’environnement. Les préoccupations environnementales ont conduit à une plus grande sensibilisation aux avantages des voitures électriques et à une préférence accrue pour les voitures électriques par rapport aux voitures traditionnelles. En outre, l’augmentation du coût du carburant, en particulier dans les grandes villes, a également contribué à rendre les voitures électriques plus désirables.
Malgré ce que l’on pourrait croire, les moteurs électriques sont remarquablement efficaces, atteignant un rendement de près de 100 % (35 % pour les moteurs à combustion interne). Le couple continu du moteur électrique sur toute la plage de vitesse, avantageux pour l’accélération, est responsable de cette efficacité. Dans un moteur à combustion interne, le couple maximal n’est atteint qu’à un certain régime moteur, autour de 1 500 à 2 000 tr/min.
Par rapport aux voitures thermiques, les moteurs électriques ont peu d’éléments mécaniques en mouvement, ce qui les rend simples et peu coûteux à entretenir. L’entretien des voitures thermique, par contre, est particulièrement difficile et coûteux en raison de la complexité et des systèmes anti-pollution de la dernière génération.
Info pratique : La quantité de couple générée par un moteur électrique peut être déterminée en mesurant le rayon d’action auquel la force est appliquée sur les roues (en newtons.mètres). La puissance générée par le moteur électrique est déterminée en multipliant le couple par la vitesse angulaire du moteur (qui est proportionnelle à la vitesse de rotation). En d’autres termes, la puissance du moteur est déterminée par l’intensité de son effort et non par sa vitesse. Par conséquent, la puissance d’un moteur n’est pas constante, mais varie en fonction du nombre de tours. Plus le couple est important à une vitesse donnée, plus la puissance est grande, et vice versa.
A retenir : Depuis le 1er juillet 2019, les nouveaux véhicules électriques et hybrides doivent être équipés d’un système d’avertissement sonore produisant un volume de 56 dB lorsque le véhicule se déplace à moins de 20 kilomètres par heure (règlement délégué de la Commission UE 2017/1576 du 26 juin 2017, qui a modifié le règlement UE n° 540/2014).
Les points faibles :
En dépit de ces avantages, les voitures électriques présentent certains défauts et limites dont :
Le respect de l’environnement : certes, les subventions gouvernementales stimulent la demande de ces véhicules électriques, qui sont considérés comme respectueux de l’environnement. Cependant, plusieurs questions doivent être abordées. De leur construction (notamment la fabrication des batteries) à leur fonctionnement (en tenant compte des émissions produites par les centrales électriques, nécessaires pour recharger les batteries) jusqu’à leur élimination (difficile à cause des batteries, particulièrement nocives), leur impact global est similaire à celui des véhicules à moteur thermique.
Bien que les véhicules électriques aient fait de grands progrès récemment, leur autonomie est encore limitée dans la vie réelle, ce qui limite leur rayon d’action (150 à 300 km).
De plus, les incitations gouvernementales (jusqu’à 6 000 € ou 11 000 € avec la prime à la conversion) conditionnent le prix d’achat net d’un véhicule électrique, pour le rendre abordable.
Enfin, les batteries augmentent considérablement le poids du véhicule. Les contraintes dynamiques empêchent une autonomie acceptable.
Le véhicule électrique en pleine évolution
Aussi faible que soit aujourd’hui l’impact environnemental des véhicules électriques, ils restent une alternative écologique aux dommages écologiques causés par les automobiles. Même si les batteries sont encore considérées comme un point faible, les nouvelles technologies progressent rapidement, et nous pouvons nous attendre à court terme à de grandes améliorations en termes de poids, d’efficacité, de production et de recyclage grâce à de nouveaux matériaux.
De nouvelles voies (hydrogène, supercondensateurs, etc.) ou des substituts comme le moteur à air comprimé, peuvent être utilisés pour améliorer le principe de fonctionnement de la voiture électrique.
Le point de vue expert
Un véhicule électrique est équipé d’un moteur électrique alimenté par une batterie intégrée à la voiture plutôt que par un moteur à combustion (essence ou diesel). Les véhicules électriques sont très simples. Parce que le système est peu compliqué, la conduite d’un véhicule électrique est un défi. Elle doit offrir les meilleures performances pour le confort des passagers et la tranquillité d’esprit du conducteur.
Nissan donne la priorité à l’amélioration continue des véhicules afin de mieux répondre aux besoins des clients. Les véhicules de la gamme Nissan LEAF, par exemple, sont équipés d’une batterie lithium-ion dont la période de garantie est plus longue et la capacité plus élevée qu’auparavant. Avec celle-ci, vous pouvez parcourir jusqu’à 389 kilomètres sur une seule charge. Ne plus avoir à se soucier de la recharge est crucial.
