Mécanique

Comment fonctionne une voiture électrique ?

Par Eric GARLETTI , le 12 juin 2022 - 11 minutes de lecture
Comment fonctionne une voiture électrique ?

Les véhicules électriques (VE) utilisent des batteries pour stocker l’énergie qui alimente les roues et fait fonctionner le véhicule. Les batteries sont constituées de cellules individuelles reliées entre elles par des circuits électriques. De nouveaux produits chimiques et procédés de fabrication visent à améliorer la densité énergétique des batteries tout en réduisant leur coût. En savoir plus sur la technologie des batteries des VE et ses avantages. Les VE ont une autonomie limitée avant de devoir être rechargés. Ils peuvent parcourir jusqu’à 320 km avant de devoir être rechargés.

Les batteries des VE stockent l’énergie qui permet au véhicule de fonctionner

Les batteries des VE constituent l’épine dorsale d’un véhicule électrique. Contrairement aux batteries traditionnelles, elles stockent l’énergie qui permet au véhicule de fonctionner. Les batteries utilisées pour alimenter les véhicules électriques sont relativement récentes, et leurs performances peuvent donc varier considérablement lorsqu’elles sont neuves. À terme, ces batteries se dégradent, ce qui réduit leur capacité et l’autonomie du véhicule. À ce moment-là, les propriétaires de VE devront choisir entre remplacer les batteries ou passer à un modèle plus récent. Après quatre ou cinq ans, la capacité de la batterie sera réduite d’environ 70 %, ce qui réduira l’autonomie du véhicule.

L’autonomie d’un VE dépend d’une série de facteurs. Par exemple, une accélération en trombe consommera plus d’énergie qu’une conduite lente et régulière. De même, un VE entièrement chargé utilisera plus d’énergie pour accélérer et maintenir sa vitesse. En outre, une batterie trop petite pour stocker l’énergie nécessaire à l’ensemble du véhicule ne pourra pas fonctionner efficacement pendant très longtemps. Il y a toutefois une bonne nouvelle : Les batteries des VE sont maintenant si perfectionnées que les fabricants de VE étendent leurs garanties pour inclure la durée de vie de la batterie.

La capacité de la batterie d’un VE est exprimée en kilowattheures. Sa capacité est supérieure à celle d’un réservoir d’essence typique. Ainsi, plus la capacité en kWh est élevée, plus l’autonomie est grande. Pour maintenir la capacité de la batterie, le système de gestion de la voiture l’empêche de se décharger à zéro. Il est possible de choisir une batterie de VE qui soit compatible avec les deux types de systèmes de batterie.

Après le cycle de vie d’un véhicule, les batteries des VE peuvent être recyclées. Le recyclage implique la séparation de matériaux précieux comme le cobalt et les sels de lithium. Les autres matériaux qui peuvent être récupérés sont l’aluminium, l’acier inoxydable, le cuivre, le plastique et le cobalt. Volkswagen a récemment annoncé la création d’une usine pilote pour le recyclage des batteries. Son objectif est de recycler 97 % des composants de la batterie et de récupérer des matériaux précieux. Si elles sont utilisées, les batteries des VE continueront à fournir de l’électricité aux bâtiments ou au réseau électrique.

Le type de batterie le plus courant utilisé dans les VE est la batterie au plomb. Cette technologie est bien établie et largement disponible. Elle a également une durée de vie relativement longue, par rapport aux batteries au plomb. En fait, elle a été utilisée dans de nombreux modèles d’hybrides et de VE, notamment le Toyota RAV4 et la Nissan Leaf. Ces batteries présentent de nombreux avantages, mais ne sont pas sans inconvénients. Une batterie de voiture doit être rechargée périodiquement pour pouvoir continuer à fonctionner.

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Le moteur électrique actionne les roues

Le moteur électrique qui actionne les roues d’un véhicule électrique est appelé “ensemble moteur-roue”. Celui-ci se compose d’un moteur électrique efficace et puissant, du contrôleur esclave moteur-roue et d’un système de freinage. L’ensemble contient également divers dispositifs mécaniques tels qu’un roulement de roue et un frein. Le moteur électrique est refroidi par liquide et comporte un dissipateur thermique interne. Cela rend le moteur plus efficace et l’aide à maintenir sa température froide en cas de forte demande.

Un moteur électrique peut être une alternative petite, peu coûteuse et légère à un moteur à combustion interne. Un petit moteur électrique peut être placé à l’avant ou à l’arrière d’une voiture, et les deux moteurs peuvent être entraînés par la même transmission. Comme les moteurs électriques n’ont aucune préférence pour la vitesse, ils peuvent fournir un couple à n’importe quelle vitesse. Les trains électriques, par exemple, avaient un cadran sur le transformateur qui contrôlait à la fois la vitesse et le courant du moteur.

Le groupe motopropulseur d’une voiture électrique est beaucoup plus simple que celui d’un véhicule classique. Le moteur électrique, qui propulse les roues de la voiture électrique, utilise un bloc de batteries et un seul réducteur. En comparaison, les voitures conventionnelles ont un moteur à combustion interne et une transmission à plusieurs vitesses. Les voitures conventionnelles comportent des milliers de pièces mobiles qui doivent être lubrifiées, remplacées et entretenues régulièrement. Contrairement aux voitures électriques, dont le groupe motopropulseur est simplifié, les propriétaires de ces véhicules peuvent éviter ces tracas en faisant le plein de leur voiture fréquemment.

La puissance de sortie du moteur d’un véhicule électrique peut être mesurée en kW ou en PS. Le moteur de ZOE R135 produit 100 kW ou 135 PS. Par rapport au moteur ZOE R110, le couple de ZOE R135 a été augmenté à 245 Nm. Cela rend la ZOE plus dynamique. La quantité de couple que le moteur de la voiture électrique peut fournir dépend de plusieurs facteurs.

L’énergie fournie à la voiture électrique par le réseau électrique n’atteint pas toujours les roues du moteur électrique, mais une partie d’entre elle le fait. Une partie de cette énergie est perdue en raison de la chaleur et de la friction, mais cette énergie “utile” est l’énergie mécanique qui est effectivement utilisée par les roues du moteur électrique. En plus d’être utilisée, l’efficacité mécanique du moteur électrique est mesurée en divisant la puissance de sortie idéale par la puissance de sortie réelle.

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Les freins régénératifs rendent une voiture électrique plus efficace

Le freinage par récupération est un moyen efficace d’augmenter l’autonomie d’un véhicule électrique. Grâce à la capacité de capter l’énergie lors du freinage, un VE peut ajouter des centaines de kilomètres à son autonomie chaque année. Le freinage par récupération réduit également les émissions produites par les fournisseurs d’électricité. Bien que la plupart des VE n’aient pas besoin de se recharger aussi souvent qu’un véhicule à essence classique, le freinage par récupération peut prolonger considérablement la durée de vie de votre batterie.

En plus d’augmenter l’autonomie, le freinage par récupération peut également améliorer les performances d’accélération. Il est efficace dans la circulation urbaine et les déplacements sur l’autoroute, où le freinage permet souvent de récupérer plus d’énergie. L’efficacité de ce système dépend également du type de terrain, car la conduite en descente implique généralement des périodes de freinage prolongées, tandis que la conduite en montée implique un freinage régulier et continu. Le freinage par récupération peut améliorer l’efficacité d’un véhicule électrique jusqu’à 70 %.

Le freinage par récupération fonctionne en convertissant l’énergie cinétique en énergie électrique lorsque la voiture est arrêtée. Ce processus inverse le transfert d’énergie qui fait avancer la voiture. Le moteur d’une voiture électrique produit un couple sur ses roues, et le freinage par récupération transforme l’énergie électrique en énergie mécanique. Une fois le freinage par récupération activé, le moteur électrique du véhicule peut produire de l’électricité à partir de l’énergie cinétique. L’énergie électrique est ensuite stockée dans la batterie haute tension.

En plus du freinage par récupération, un VE peut s’arrêter complètement même sans utiliser la pédale de frein. Alors que de nombreux VE utilisent le freinage par récupération à toutes les vitesses, la Tesla Model S dispose de réglages spéciaux pour faciliter la conduite sur une seule pédale. Le mode “Creep” simule la vitesse au ralenti d’un véhicule à moteur à combustion interne. Il désactive le freinage par récupération lorsque le véhicule est arrêté en dessous de 15 km/h. Afin d’empêcher le véhicule d’utiliser le freinage par récupération, le conducteur doit maintenir la palette gauche du volant enfoncée en permanence.

En revanche, le freinage par friction n’utilise pas le freinage par récupération. Au lieu de cela, les freins régénératifs rendent la voiture plus efficace à certaines vitesses. Ce type de frein fonctionne mieux en ville, à des vitesses plus faibles. En revanche, le freinage par friction est plus efficace à grande vitesse. Le contrôleur de freinage par récupération contrôle le fonctionnement de chaque système, garantissant que l’électricité produite est utilisée immédiatement ou stockée. Et, contrairement aux freins à friction, les freins à récupération peuvent être plus efficaces à grande vitesse que les freins ordinaires.

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Les voitures électriques ont une autonomie déterminée avant de devoir être rechargées

Bien qu’une voiture électrique ait une certaine autonomie avant de devoir être rechargée, le processus de recharge est assez simple. Il suffit de brancher la fiche de charge du véhicule dans une prise spécialement conçue pour les voitures électriques. La plupart des VE peuvent être rechargées en quelques heures, mais cela dépend de la vitesse de charge. Lorsque vous êtes en déplacement, un VE peut parcourir plusieurs centaines de kilomètres avant de devoir être rechargé.

L’autonomie d’une voiture électrique dépend de la taille de la batterie et du nombre de couches de stockage et de production d’énergie. Les nouveaux véhicules électriques visent une grande autonomie, certains étant capables de parcourir plus de 400 miles avec une seule charge. Outre la Leaf, plusieurs nouveaux modèles ont une autonomie supérieure. Volkswagen prévoit de vendre des packs de batteries de 48 kwh dans ses modèles électriques MEB aux États-Unis. En outre, la plupart des nouveaux véhicules électriques seront équipés de batteries de plus grande capacité.

Le temps de charge d’une voiture électrique varie, mais le taux de l’EPA est un chiffre approximatif. Les véhicules hybrides rechargeables, quant à eux, utilisent une combinaison de gaz et d’électricité pour charger la voiture. La vitesse à laquelle un VE doit être rechargé dépend de la taille de la batterie et de l’ampérage du circuit de charge. En général, la recharge de nuit à la maison est l’option la plus pratique et la plus économique.

Certaines voitures électriques sont plus chères que les voitures à essence. Cela est dû en partie à leur prix plus élevé. Les véhicules hybrides rechargeables permettent de contourner le problème de l’autonomie, mais vous devrez trouver une borne de recharge et vous préparer à une longue nuit de conduite. Les hybrides rechargeables permettent de résoudre le problème de l’autonomie, mais ils nécessitent une prise de courant et un chargeur EV de 240 volts. Si vous n’avez pas l’espace nécessaire, vous devrez trouver un stationnement hors rue pour la recharge de nuit.

Lorsque la capacité de la batterie diminue, il est essentiel de la recharger régulièrement. La batterie d’une voiture électrique est conçue pour une utilisation à long terme et perd progressivement sa capacité énergétique en vieillissant. Par conséquent, l’autonomie d’une voiture électrique diminue au fur et à mesure que la capacité de la batterie diminue. Bien que l’autonomie puisse devenir plus courte que celle d’un véhicule à essence, ses performances resteront les mêmes. Heureusement, cela ne se produira que si la batterie est à 80 % ou moins.

Eric GARLETTI

D'un naturel passionné par les nouvelles technologies, les crypto et la nature (oui ce n'est pas antinomique) je rédige pour quelques sites pour le plaisir. Dans la réalité pour ce blog, c'est une IA qui rédige le contenu et cela me sert de test pour mieux comprendre le fonctionnement de Google.

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