Comment fonctionne une voiture électrique ?

Oubliez les pistons, les boîtes de vitesses et les courroies : une voiture électrique n'en a pas. Ces voitures fonctionnent beaucoup plus facilement qu'une voiture diesel ou à essence. Automobile-Propre explique en détail leur mécanique.

En apparence, une voiture électrique est semblable à n'importe quel autre véhicule. Il faut regarder sous le capot, mais aussi sous le plancher, pour voir les différences. Au lieu d'un moteur à combustion interne utilisant la chaleur comme énergie, il utilise de l'électricité. Pour comprendre étape par étape le fonctionnement d'une voiture électrique, nous allons tracer le chemin de l'électricité du réseau public à la roue.

Rechargement

Tout commence par la recharge. Pour faire le plein, le véhicule doit être branché sur une prise, un boîtier mural ou une borne de recharge. La connexion se fait avec un câble avec des connecteurs adaptés. Il en existe plusieurs, correspondant au mode de charge souhaité. Pour charger à la maison, au travail ou sur de petites bornes publiques, vous utilisez généralement votre propre câble de type 2. Un câble est attaché aux bornes détachables rapidement qui répond à deux normes : le "Combo CCS" européen et le "Chademo" japonais. Cela peut sembler intimidant au début, mais en réalité, cela deviendra plus facile à mesure que vous vous y habituerez. Il n'y a aucun risque d'erreur : les connecteurs ont des formes différentes et ne peuvent donc pas être insérés dans le mauvais emplacement.

Une fois connecté, un courant électrique alternatif (AC) qui circule dans le réseau de distribution circule dans un câble qui est connecté au véhicule. Il effectue une série de contrôles grâce à son ordinateur de bord. Il s'assure notamment que le courant est de bonne qualité, qu'il est correctement réglé et que la phase de terre est suffisante pour assurer une recharge en toute sécurité. Si tout est en ordre, la voiture fait passer l'électricité par le premier élément embarqué : un convertisseur, également appelé « chargeur embarqué ».

Prise de charge standard Renault Zoé Combo CCS.

Convertisseur

Ce corps convertit le courant alternatif du secteur en courant continu (DC). En effet, les batteries stockent de l'énergie uniquement sous forme de courant continu. Pour éviter cette étape et accélérer la recharge, certains terminaux eux-mêmes convertissent l'électricité pour fournir du courant continu directement à la batterie. Il s'agit de bornes de recharge DC dites « rapides » et « ultra-rapides », similaires à celles que l'on trouve dans les stations d'autoroute. Ces bornes très coûteuses et encombrantes ne sont pas conçues pour être installées chez un particulier.

Batterie

Dans une batterie, le courant est réparti au sein de ses éléments constitutifs. Ils se présentent sous la forme de petits tas ou de poches regroupées. La quantité d'énergie stockée par la batterie est exprimée en kilowattheures (kWh), ce qui équivaut à un « litre » du réservoir de carburant. Le débit ou la puissance électrique est exprimé en kilowatts « kW ». Les fabricants peuvent déclarer la capacité « utilisable » et/ou la capacité « nominale ». C'est assez simple : la capacité utilisable est la quantité d'énergie réellement utilisée par le véhicule. La différence entre utile et nominal donne la marge pour prolonger la durée de vie de la batterie.

Un exemple pour comprendre : Une batterie de 50 kWh qui se charge à 10 kW peut être rechargée en 5 heures environ. Pourquoi "autour" ? Comme il est supérieur à 80%, les batteries ralentiront automatiquement la vitesse de charge. Comme une bouteille d'eau que vous remplissez d'un robinet, vous devez réduire le débit pour éviter les éclaboussures.

Le courant accumulé dans la batterie est alors envoyé à un ou plusieurs moteurs électriques. La rotation est réalisée par le rotor du moteur sous l'influence d'un champ magnétique créé dans le stator (bobine statique du moteur). Avant d'atteindre les roues, le mouvement passe généralement par une boîte de vitesses à rapport fixe pour optimiser la vitesse de rotation.

Transmission de l'infection

Ainsi, un véhicule électrique n'a pas de boîte de vitesses. Ce n'est pas nécessaire, car le moteur électrique peut fonctionner sans problème à des vitesses allant jusqu'à plusieurs dizaines de milliers de tours par minute. Il tourne directement, contrairement à un moteur thermique, qui doit convertir le mouvement linéaire des pistons en mouvement circulaire à travers le vilebrequin. Il est logique qu'une voiture électrique ait beaucoup moins de pièces mobiles qu'une locomotive diesel. Il ne nécessite pas d'huile moteur, ne possède pas de courroie de distribution et nécessite donc beaucoup moins d'entretien.

Freinage récupératif

Un autre avantage des véhicules à batterie est qu'ils peuvent produire de l'électricité. C'est ce qu'on appelle le "freinage par récupération" ou "mode B". En effet, lorsqu'un moteur électrique tourne "dans le vide" sans fournir de courant, il en produit. Cela se produit chaque fois que vous retirez le pied de la pédale d'accélérateur ou de frein. De cette manière, l'énergie récupérée est directement injectée dans la batterie.

Les modèles EV les plus récents proposent même des modes de sélection de la puissance de ce frein régénératif. En mode maximum, il freine fortement la voiture sans charger les disques et plaquettes, et en même temps économise plusieurs kilomètres de la réserve de marche. Dans les locomotives diesel, cette énergie est tout simplement gaspillée et accélère l'usure du système de freinage.

Le tableau de bord d'un véhicule électrique a souvent un compteur indiquant la puissance du freinage régénératif.

Casse

Par conséquent, les pannes techniques des véhicules électriques sont moins fréquentes. Cependant, il peut arriver que vous tombiez en panne d'énergie après avoir mal attendu le conducteur, comme dans une voiture essence ou diesel. Dans ce cas, le véhicule prévient à l'avance que le niveau de batterie est faible, généralement de 5 à 10 % restant. Un ou plusieurs messages s'affichent sur le tableau de bord ou l'écran central et alertent l'utilisateur.

Selon le modèle, vous pouvez parcourir plusieurs dizaines de kilomètres supplémentaires jusqu'à la borne de recharge. La puissance du moteur est parfois limitée afin de réduire la consommation et donc d'élargir l'autonomie. De plus, le « mode tortue » s'active automatiquement : la voiture ralentit progressivement jusqu'à l'arrêt complet. Des signaux sur le tableau de bord incitent le conducteur à trouver un endroit pour s'arrêter en attendant une dépanneuse.

Une petite leçon de mécanique sur une voiture électrique

Pour vous faciliter la tâche, dites-vous qu'au lieu d'un moteur thermique, votre voiture est équipée d'un moteur électrique. Cette source d'énergie est dans la batterie.

Vous avez peut-être remarqué que le véhicule électrique n'a pas d'embrayage. De plus, le conducteur n'a qu'à appuyer sur la pédale d'accélérateur pour obtenir un courant constant. Le courant continu est converti en courant alternatif grâce à l'action du convertisseur. C'est aussi ce qui génère le champ électromagnétique à travers la bobine de cuivre en mouvement de votre moteur.

Votre moteur contient un ou plusieurs aimants fixes. Ils opposent leur champ magnétique au champ de la bobine, ce qui les met en mouvement et fait tourner le moteur.

Les conducteurs avertis auraient peut-être remarqué qu'il n'y avait pas non plus de boîte de vitesses. Dans un véhicule électrique, il s'agit de l'essieu moteur qui, sans intermédiaire, comprend les essieux des roues motrices. Par conséquent, la voiture n'a pas besoin de pistons.

Enfin, pour que tous ces « appareils » soient parfaitement synchronisés entre eux, l'ordinateur de bord vérifie et module la puissance développée. Ainsi, selon la situation, le moteur de votre voiture ajuste sa puissance en fonction du rapport de tours par minute. C'est souvent moins que sur les véhicules à combustion.

Recharge : là où tout commence

Pour que votre voiture puisse conduire votre voiture, vous devez la brancher sur une prise de courant ou une station de charge. Cela peut être fait en utilisant un câble avec des connecteurs appropriés. Il existe différents modèles pour s'adapter aux différents modes de charge. Si vous souhaitez retrouver votre nouvelle voiture à la maison, au travail ou sur des bornes de recharge publiques, vous aurez besoin d'un connecteur de type 2. Utilisez un câble « Combo CCS » ou « Chedemo » pour utiliser les bornes rapides.

Pendant la charge, un courant électrique alternatif circule dans le câble. Votre voiture passe par plusieurs contrôles :

• Vous avez besoin d'un courant de haute qualité et bien réglé ;
• La mise à la terre doit permettre une charge sûre.

Après avoir vérifié ces deux points, la voiture autorise le passage de l'électricité à travers le convertisseur.

Le rôle important du convertisseur dans un véhicule rechargeable

Le convertisseur "convertit" le courant alternatif circulant dans la borne en courant continu. Cette étape est nécessaire car les batteries EV ne peuvent stocker que du courant continu. Cependant, gardez à l'esprit que vous pouvez trouver des terminaux qui convertissent directement le courant alternatif en courant continu. Ils envoient leur « produit » directement à la batterie de votre véhicule. Ces bornes de recharge permettent une recharge rapide ou ultra rapide, selon le modèle. En revanche, si vous deviez vous équiper de ces bornes pour recharger votre nouvelle voiture électrique, sachez qu'elles sont très chères et impressionnantes, et donc qu'elles sont installées, de toute façon, pour le moment uniquement dans les lieux publics (par exemple , par exemple, les aires de loisirs sur les autoroutes).

Deux types de moteur de voiture électrique

Un véhicule électrique peut être équipé de deux types de moteurs : un moteur synchrone ou un moteur asynchrone.

Un moteur asynchrone génère un champ magnétique lorsqu'il tourne. Pour ce faire, il s'appuie sur le stator, qui reçoit de l'électricité. Dans ce cas, le rotor tourne constamment. Le moteur asynchrone est principalement installé dans les véhicules qui effectuent de longs trajets et se déplacent à grande vitesse.

Dans un moteur à induction, le rotor lui-même joue le rôle d'électro-aimant. Par conséquent, il crée activement un champ magnétique. La vitesse du rotor dépend de la fréquence du courant reçu par le moteur. C'est le type de moteur idéal pour la conduite en ville, les arrêts fréquents et les démarrages lents.

Batterie, alimentation véhicule électrique

La batterie ne contient pas quelques litres d'essence, mais des kilowattheures (kWh). La consommation que peut fournir la batterie est exprimée en kilowatts (kW).

La batterie de tous les véhicules électriques se compose de milliers de cellules. Lorsque le courant les traverse, il se répartit entre ces milliers de composants. Pour vous donner une idée plus précise de ces cellules, considérez-les comme des piles ou des poches reliées les unes aux autres.

Une fois que le courant traverse les batteries de la batterie, il est envoyé au(x) moteur(s) électrique(s) de votre voiture. A ce stade, le stator voit le champ magnétique généré. C'est ce dernier qui entraîne le rotor du moteur. Contrairement à un moteur thermique, il imprime son mouvement sur des roues. Selon le modèle de voiture, il peut transmettre son mouvement aux roues via une boîte de vitesses. Il n'a qu'un seul rapport, ce qui augmente sa vitesse de rotation. C'est lui qui trouve le meilleur rapport entre couple et vitesse de rotation. Bon à savoir : la vitesse du rotor dépend directement de la fréquence du courant traversant le moteur.

Pour information, sachez que les nouvelles batteries rechargeables utilisent du lithium. L'autonomie d'un véhicule électrique varie en moyenne de 150 à 200 km. De nouvelles batteries (lithium-air, lithium-soufre, etc.) augmenteront considérablement la capacité des batteries de ces véhicules au cours des prochaines années.

Comment changer le look de votre voiture électrique sans boîte de vitesses ?

Ce type de véhicule possède un moteur qui peut tourner à plusieurs dizaines de milliers de tours par minute ! Ainsi, vous n'avez pas besoin d'une boîte de vitesses pour modifier la vitesse de croisière.

Le moteur d'un véhicule tout électrique transmet la rotation directement aux roues.

Que retenir d'une batterie lithium-ion ?

Si vous envisagez sérieusement d'acheter un véhicule électrique, voici quelques informations importantes sur les batteries lithium-ion.

L'un des avantages de cette batterie est son faible taux d'autodécharge. Concrètement, cela signifie que si vous n'utilisez pas votre voiture pendant un an, elle perdra moins de 10 % de sa capacité d'emport.

Autre avantage non négligeable : ce type de batterie est pratiquement sans entretien. En revanche, il doit être systématiquement équipé d'un circuit de protection et de régulation, BMS.

Les temps de charge de la batterie peuvent varier selon le modèle et la marque de votre véhicule. Ainsi, pour savoir combien de temps votre voiture restera branchée, référez-vous à sa densité de batterie et au mode de charge que vous choisissez. La charge durera environ 10 heures. Anticipez et attendez !

Si vous ne voulez pas ou n'avez pas le temps d'anticiper, connectez votre voiture à une borne de recharge ou à une borne murale : le temps de charge sera divisé par deux !

Autre alternative pour les plus pressés : optez pour une « charge rapide » plutôt qu'une charge complète : votre voiture sera rechargée jusqu'à 80 % en 30 minutes seulement !

Bon à savoir : Dans la plupart des cas, les batteries de voiture sont situées sous le plancher. Leur puissance varie de 15 à 100 kWh.

Incroyable fonction de freinage des véhicules électriques

Vous ne le savez peut-être pas encore, mais conduire une voiture électrique permet de produire de l'électricité ! Les constructeurs automobiles ont doté leurs véhicules électriques d'une « superpuissance » : lorsque votre moteur tombe en panne d'électricité (par exemple, lorsque votre pied est levé de la pédale d'accélérateur ou lorsque vous freinez), il le fait ! Cette énergie va directement à votre batterie.

Tous les véhicules électriques modernes disposent de plusieurs modes qui permettent à leurs conducteurs de choisir l'une ou l'autre puissance de freinage régénératif.

Comment recharger ces nouvelles voitures vertes ?

Vivez-vous dans une petite maison? Dans ce cas, vous pouvez recharger la voiture directement à la maison.

Rechargez votre voiture à la maison

Pour recharger votre voiture à la maison, prenez le câble qui était vendu avec votre voiture et branchez-le sur une prise de courant standard. Celui avec lequel vous avez l'habitude de recharger votre smartphone fera l'affaire ! Cependant, soyez conscient du risque potentiel de surchauffe. L'ampérage est souvent limité à 8 ou 10A pour éviter tout accident. De plus, si vous avez besoin d'une charge complète pour que votre petit VE continue de fonctionner, il est préférable de le programmer pour qu'il s'allume la nuit. En effet, un courant plus faible entraîne des temps de charge plus longs.

Autre solution : installer un boîtier mural. Il coûte entre 500 € et 1200 €, mais vous pouvez demander un crédit d'impôt de 30%. Vous obtiendrez une charge plus rapide et un courant plus élevé (environ 16A).

Rechargez votre voiture à la borne publique

Si vous habitez en appartement, que vous ne pouvez pas connecter votre voiture à la maison ou que vous voyagez, vous pouvez connecter votre voiture à une borne de recharge publique. Vous trouverez tout cela dans des applications spécialisées ou sur Internet. Sachez à l'avance que vous aurez peut-être besoin d'une carte d'accès au kiosque émise par la marque ou la communauté qui a installé le kiosque en question.

La puissance transmise et donc le temps de charge diffèrent également selon les différents appareils.

Les modèles électriques peuvent-ils échouer ?

Ces véhicules plus écologiques ont également l'avantage de moins de casse. C'est logique, puisqu'ils ont moins de composants !

Cependant, ces véhicules peuvent subir des pannes de courant. En effet, en ce qui concerne les véhicules essence ou diesel, si vous n'attendez pas assez de "carburant" dans votre "réservoir", votre voiture ne pourra pas avancer !

Votre véhicule tout électrique vous enverra un message d'avertissement lorsque le niveau de la batterie devient particulièrement faible. Sachez qu'il vous reste 5 à 10 % de votre énergie ! Des avertissements s'affichent sur le tableau de bord ou sur l'écran central.

Rassurez-vous, vous serez (pas forcément) au bord d'une route déserte. Ces véhicules propres peuvent vous transporter de 20 à 50 km - il est temps de se rendre à la borne de recharge.

Après cette distance, votre voiture réduit la puissance du moteur et vous devriez ressentir une décélération progressive. Si vous continuez à conduire, vous verrez d'autres avertissements. Ensuite, le mode Tortue est activé lorsque votre voiture est vraiment à bout de souffle. Votre vitesse de pointe ne dépassera pas une dizaine de kilomètres, et si vous ne voulez (vraiment) pas être au bord d'une route déserte, vous devrez certainement vous garer ou recharger votre batterie.

Combien coûte la recharge d'un véhicule électrique ?

Le coût de la recharge dépend de plusieurs facteurs. Sachez que recharger votre voiture à domicile vous coûtera moins cher que de recharger sur une borne publique. Prenez Renault Zoé par exemple. La recharge en Europe coûtera environ 3,71 euros, soit à peine 4 centimes le kilomètre !

Avec une borne publique, comptez environ 6 € pour parcourir 100 km.

Vous trouverez également des bornes de 22 kW gratuites pendant une période déterminée avant qu'elles ne soient payantes.

Les plus chères sont sans aucun doute les stations de « recharge rapide ». Cela est dû au fait qu'ils nécessitent beaucoup de puissance et cela nécessite une certaine infrastructure. Si on continue avec notre exemple Renault Zoé, 100 km d'autonomie vous coûteront 10,15 €.

Enfin, sachez que globalement, une voiture électrique vous coûtera moins cher qu'une locomotive diesel. En moyenne, il en coûte 10 euros pour parcourir 100 km.