Les composants de la voiture électrique
Une voiture électrique est une voiture qui se déplace grâce à l’énergie produite par un moteur fonctionnant à l’électricité.
Un moteur électrique transforme l’énergie électrique en énergie mécanique au moyen d’interactions électromagnétiques. L’élément conducteur à l’intérieur a tendance à se déplacer lorsqu’il se trouve dans un champ magnétique et qu’il reçoit du courant électrique.
Les moteurs électriques existent dans toutes les tailles, et peuvent piloter n’importe quoi, d’une voiture radiocommandée à une locomotive. Les moteurs électriques offrent de nombreux avantages par rapport aux moteurs à combustion, à commencer par une taille et un poids réduits, ainsi qu’une plus grande simplicité technique.
Leur utilisation présente des avantages du point de vue de l’environnement, car ils réduisent le niveau des émissions de CO 2 dans l’atmosphère.
Histoire
La voiture électrique a été l’une des premières voitures à être développée. En fait, les véhicules électriques existaient avant le moteur à quatre temps sur lequel Diesel (moteur diesel) et Benz (essence) ont basé la voiture à combustion.
Entre 1832 et 1839, l’homme d’affaires écossais Robert Anderson a inventé le premier véhicule électrique pur. Le professeur Sibrandus Stratingh de Groningue aux Pays-Bas, avec l’aide de son assistant Christopher Becker, a conçu et construit des véhicules électriques à petite échelle en 1835.
En 1897, le premier taxi électrique a été utilisé à New York, avec plus de 100 exemplaires. Juste avant 1900, les voitures électriques réalisent des records de vitesse et de distance remarquables, dont le franchissement de la barrière des 100 km/h par Camille Jenatzy le 29 avril 1899 (105,88 km/h). En 1906, la marque suisse Tribelhornlanza lance des autobus de tourisme d’une autonomie de 60 à 100 km et d’une vitesse de 25 km/h.
L’introduction du démarreur électrique Cadillac en 1913 a simplifié la tâche du démarrage du moteur à combustion interne qui, avant cette amélioration, était difficile et parfois dangereux. Cette innovation, ainsi que le système de production en série relativement peu coûteux de Ford à partir de 1908, ont contribué au déclin du véhicule électrique. En outre, les améliorations ont été plus rapides pour les véhicules à combustion interne que pour les véhicules électriques.
À la fin des années 1920, l’industrie de la voiture électrique avait complètement disparu, reléguée à quelques applications industrielles très spécifiques, comme les chariots élévateurs à fourche (introduits en 1923 par Yale), les chariots élévateurs à batterie ou les voiturettes de golf électriques, avec les premiers modèles Lektra en 1954.
En 1996, la voiture électrique est réapparue et les grandes marques automobiles ont commencé à lancer de nouvelles voitures électriques au compte-gouttes.
Principaux composants d’une voiture électrique
Chargeur
Le transformateur chargeur ou convertisseur est l’élément qui absorbe l’électricité en courant alternatif directement du secteur et la convertit en courant continu, afin de pouvoir charger la batterie principale.
Batterie
Les batteries lithium-ion stockent l’énergie fournie par le chargeur sous forme de courant continu (CC). Cette batterie principale est le moyen par lequel toute la voiture électrique est alimentée. Dans les voitures équipées d’un moteur électrique à courant continu, cette batterie est directement reliée au moteur. En revanche, dans les voitures électriques équipées d’un moteur électrique à courant alternatif, la batterie est reliée à un onduleur.
Convertisseur
Le convertisseur transforme la haute tension continue, fournie par la batterie principale, en basse tension continue. Ce type de courant est utilisé pour alimenter les batteries auxiliaires de 12 V, qui alimentent les composants électriques auxiliaires de la voiture.
Onduleurs
Les inverseurs ou onduleurs sont chargés de transformer le courant continu fourni par la batterie principale en courant alternatif. De cette façon, le moteur à courant alternatif de la voiture électrique peut être alimenté.
Dans le cas d’une voiture équipée d’un moteur à courant continu, ce composant n’existerait pas.
Moteur électrique
Le moteur d’une voiture électrique peut être un moteur à courant alternatif ou un moteur à courant continu. La principale différence entre ces deux types est leur mode d’alimentation. Le moteur à courant continu est alimenté directement par la batterie principale, et le moteur à courant alternatif est alimenté par l’énergie émise par la batterie préalablement transformée en courant alternatif par l’onduleur.
Modèles de véhicules électriques hybrides
Il existe aujourd’hui d’autres types de voitures électriques, outre les voitures purement électriques, qui sont des hybrides électriques. Les véhicules électriques hybrides combinent un moteur électrique et un moteur à combustion pour leur fonctionnement.
Il existe deux types ou modèles d’hybrides électriques :
Véhicules électriques hybrides (HEV) :
Les véhicules électriques hybrides sont équipés d’un moteur à combustion interne et d’un moteur électrique à aimant permanent.
En fonctionnement permanent, l’ICE (véhicule à combustion interne) entraîne à la fois le groupe motopropulseur et le moteur électrique. Un contrôle électronique du rapport de vitesse permet de réguler une vitesse optimale pour les deux moteurs.
Lors d’un dépassement, une puissance supplémentaire est fournie par le moteur électrique, qui est alimenté par les batteries. Lors du freinage, le moteur électrique agit comme un générateur électrique, récupérant une partie de l’énergie cinétique.
À faible vitesse, seul le moteur électrique entraîne le véhicule, sans aucune émission. À l’arrêt, le moteur à combustion s’arrête, ne consommant pas de carburant.
Véhicules hybrides rechargeables (PHEV)
L’évolution des systèmes de batteries hybrides permettra aux véhicules hybrides rechargeables (PHEV) d’être connectés au réseau pour couvrir les premières dizaines de kilomètres d’un trajet.
Comment les voitures électriques sont-elles rechargées ?
Au lieu de faire le plein dans une station-service, une voiture électrique se branche sur le réseau pour recharger ses batteries. La recharge électrique peut se faire dans le garage, à la maison, avec une prise classique ou avec une prise à puissance plus élevée, ce qui permet de réduire de moitié le temps de charge. Une autre solution consiste à utiliser les bornes de recharge publiques.
Selon le modèle de voiture électrique, le temps de charge varie de 3 à 10 heures, en fonction du type de charge. Certains modèles sont dotés d’applications informatiques permettant de gérer la recharge à distance (par exemple pour la programmer et profiter de tarifs d’électricité plus avantageux).
Une autre façon de garder les piles chargées est de les remplacer lorsqu’elles sont épuisées. Avec cette méthode, nous remplaçons les batteries usées par des batteries entièrement chargées dans un centre spécialisé, une opération qui prend moins de temps que la recharge.
Types de recharge des voitures électriques
Point de charge conventionnel (230V)
La recharge électrique conventionnelle applique des niveaux de puissance qui impliquent une durée de charge d’environ 8 heures.
La charge conventionnelle utilise le même courant électrique et le même niveau de tension que la maison elle-même (16 A et 230 V). Cela implique que la puissance électrique que la borne peut délivrer pour ce type de charge est d’environ 3,7 kW.
À ce niveau de puissance, le processus de charge de la batterie prend environ 8 heures. Cette solution est surtout optimale pour recharger le véhicule électrique pendant la nuit dans un garage.
Charger la voiture électrique pendant la nuit est plus efficace du point de vue énergétique, car c’est à ce moment-là que la demande d’énergie est moindre.
Charge semi-rapide
La charge semi-rapide applique des niveaux de puissance qui impliquent une durée de charge d’environ 4 heures.
La charge semi-rapide utilise un courant de 32 A et une tension électrique de 230 V. Cela implique que la puissance électrique que la borne peut délivrer pour ce type de charge est d’environ 7,3 kW.
Cette solution est optimale, comme dans le cas de la charge classique, pour recharger le véhicule électrique pendant la nuit dans un garage.
Chargement rapide
La recharge rapide utilise un courant électrique plus élevé et, en outre, délivre l’énergie en courant continu, ce qui donne une puissance d’environ 50 kW. Ainsi, en utilisant la charge rapide, 65 % de la batterie peut être chargée en 15 minutes.
Cette solution est celle qui, du point de vue du client, ressemble à ses habitudes de ravitaillement actuelles avec un véhicule à combustion. Malgré cela, la recharge rapide doit être conçue comme une extension de l’autonomie ou une recharge de confort.
Les besoins en électricité sont plus élevés que pour la charge conventionnelle. A titre indicatif, la puissance nécessaire pour ce type d’installation est comparable à celle d’un immeuble de 15 logements. Ainsi, la recharge rapide peut impliquer l’adaptation du réseau électrique existant.
Les avantages du moteur électrique dans les voitures
Un moteur électrique ne brûle pas de carburant pendant son utilisation et n’émet donc pas de gaz dans l’atmosphère.
Un moteur électrique fabriqué en série est plus compact, moins cher et beaucoup plus simple qu’un moteur à combustion interne. Il ne nécessite pas de circuit de refroidissement, pas d’huile et peu d’entretien.
Il ne fait pratiquement aucun bruit lorsqu’il fonctionne et ses vibrations sont imperceptibles.
Il fonctionne à pleine capacité sans qu’il soit nécessaire de faire varier sa température. Comme il ne comporte pas d’éléments oscillants, il n’a pas besoin de volants d’inertie ou de supports d’espace pour l’isoler du reste de la voiture. Comme il génère peu de chaleur et ne souffre pas de vibrations, sa durée de vie peut être très longue.
Un moteur électrique n’a pas besoin de changement de vitesse, à l’exception d’un mécanisme permettant de distinguer la marche avant de la marche arrière, qui pourrait être l’inversion de polarité du moteur lui-même.
Théoriquement, un moteur électrique peut développer un couple maximal à partir de 0 tr/min, ce qui permet de partir de zéro avec une vitesse maximale.
Une fois la boîte de vitesses et le refroidissement supprimés, cela ouvre la possibilité de décentraliser la génération du mouvement en plaçant un petit moteur à chaque roue au lieu d’un moteur « central » couplé à une transmission. Cela pourrait signifier une nouvelle répartition de l’espace de la voiture.
Le rendement du moteur électrique est d’environ 90 %. En raison des contraintes thermodynamiques, le rendement d’un moteur diesel pourrait atteindre 40 %, ce qui est supérieur au rendement d’un moteur à essence.
Il est facile de récupérer l’énergie de freinage (ou une partie de celle-ci) pour recharger les batteries, car un moteur électrique peut aussi être un générateur électrique.
Un autre grand avantage de la voiture électrique est son processus réversible. Cela signifie que, de la même manière qu’elle recharge sa batterie via le réseau, la voiture peut également alimenter le réseau en énergie, de manière réversible. C’est ce que l’on appelle la grille de véhicule 2.
Inconvénients du moteur électrique dans les voitures
L’inconvénient principal et le plus important est l’autonomie de la voiture électrique sans connexion au réseau. Le fait que les batteries doivent être rechargées après 100 ou 120 kilomètres de conduite limite beaucoup les utilisateurs. Avec les moteurs à combustion, en revanche, le temps entre le ravitaillement et la recharge est beaucoup plus long. Malgré cela, les constructeurs automobiles s’efforcent d’augmenter l’autonomie de leurs modèles et nous trouvons de plus en plus de modèles avec une plus grande autonomie.
Un autre inconvénient lié à l’autonomie du véhicule est le temps de ravitaillement, car il faut des heures pour le recharger complètement.
En outre, les batteries électriques ont une date de péremption, car elles dégénèrent avec l’usage et commencent à avoir une capacité de charge plus faible.
La nécessité de recharger les voitures électriques entraîne une augmentation de la demande d’électricité provenant de micro-générateurs ou de centrales électriques. Plus de demande signifie plus de production et plus de consommation de ressources naturelles.
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