Comment fonctionnent les voitures électriques? Découvrez les principaux composants et leurs fonctions

La plupart des constructeurs automobiles essaient de donner à leurs véhicules électriques un aspect conventionnel afin de ne pas aliéner les acheteurs traditionnels, mais les véhicules électriques fonctionnent très différemment des voitures à combustion. Leur propulsion repose sur des systèmes complètement différents de ceux d'un véhicule fonctionnant au carburant liquide.

C'est pourquoi les mécaniciens automobiles refusent généralement de travailler sur un véhicule électrique à moins d'avoir suivi une formation spéciale. Savoir ce qui fait fonctionner une voiture électrique et quels sont ses principaux composants est important si vous voulez tirer le meilleur parti de votre expérience de propriétaire de VE.

Voici les principaux composants et systèmes dont un VE a besoin pour fonctionner.

1. Batterie

Le composant le plus gros, le plus lourd et le plus cher qui entre dans la fabrication d'un VE est sa batterie. Son rôle est de stocker des quantités importantes d'électricité et également de résister à des cycles de charge-décharge répétés dans des conditions météorologiques extrêmement variables. Dans certains véhicules électriques, la batterie agit également comme un élément structurel du châssis du véhicule.

Les blocs-batteries EV sont composés de centaines de cellules individuelles reliées entre elles et varient en taille de moins de 40 kWh dans les petits véhicules à plus de 200 kWh dans certains camionnettes électriques. Le GMC Hummer EV possède l'une des plus grandes batteries de l'industrie, un pack de 205 kWh, qui offre une autonomie revendiquée de 329 miles. À l'autre extrémité de l'échelle, nous avons la Mini Cooper SE, dont les petites batteries de 32 kWh ne peuvent parcourir que 184 km avec une seule charge.

Il convient également de noter que les fabricants citent à la fois la capacité totale et nette (utilisable) de la batterie, c'est pourquoi parfois vous voyez différents capacités répertoriées pour les mêmes véhicules électriques. De plus, deux véhicules électriques avec la même capacité de batterie n'offriront probablement pas la même autonomie puisque vous avez également besoin pour tenir compte de la légèreté des véhicules et de leur résistance au roulement, ce qui se traduit finalement par leur efficacité d'utilisation électricité.

2. Système de surveillance de la batterie

La batterie d'un véhicule électrique serait inutile (et dangereuse) sans ce qu'on appelle le système de surveillance de la batterie, ou BMS en abrégé. Il joue le rôle extrêmement important de surveiller la batterie et de réguler sa température, sa tension et son courant. C'est également le BMS qui vous donne des estimations d'autonomie et d'état de charge, qu'il calcule en fonction de la quantité de courant restant dans la batterie.

Le BMS surveille également la santé de la batterie, à la fois dans son ensemble et chaque cellule de batterie individuelle. Les utilisateurs de véhicules électriques plus avancés peuvent également accéder aux journaux du BMS qui suivent les performances et les habitudes d'utilisation de la batterie. Ceux-ci peuvent ensuite être analysés en détail pour voir comment la batterie fonctionne et ce qui peut être optimisé.

3. Système de gestion thermique

Un autre rôle important joué par le BMS est le contrôle du système de gestion thermique du bloc-batterie. Cela s'applique à tous les véhicules électriques capables de contrôler la température de leur pack, y compris la plupart des véhicules électriques modernes. Des véhicules comme les premiers générations de la Nissan Leaf et de la BMW i3, ainsi que de la Renault Zoe et de la Volkswagen e-Golf, toutes livrées sans thermique gestion.

La gestion des températures dans un véhicule électrique fonctionne de la même manière que le système de refroidissement de votre voiture à combustion. Il repose sur un liquide qui est pompé autour de la batterie à travers une série de tuyaux et de canaux avec le but d'évacuer la chaleur de ces composants vitaux afin qu'ils puissent mieux fonctionner et avoir une durée de vie plus longue vie.

Certains fabricants de VE recommandent de vérifier et changer le liquide de refroidissement toutes les quelques années, tandis que d'autres (comme Tesla) disent qu'il s'agit d'un système entièrement scellé qui ne nécessite pas d'entretien régulier.

Les pompes à chaleur sont également de plus en plus courantes dans les véhicules électriques. Ces éléments matériels importants aident à chauffer l'habitacle aussi efficacement que possible en utilisant la chaleur résiduelle de la batterie et du moteur. Ils contribuent également au refroidissement, car leur fonctionnement peut être inversé afin qu'ils puissent essentiellement agir comme des unités de climatisation.

4. Moteur électrique

La pièce de matériel qui assure réellement la propulsion d'un véhicule électrique est son moteur électrique. Il convertit l'énergie électrique en énergie mécanique qui entraîne les roues.

Il existe plusieurs types de moteurs électriques, chacun avec ses propres forces et faiblesses, mais tous sont constitués de deux parties principales appelées rotor et stator. Le premier est essentiellement la seule pièce mobile d'un moteur électrique, tandis que le second est essentiellement la le logement du rotor, et il contient des canaux à travers lesquels le liquide est pompé afin d'aider l'unité à se déverser chaleur.

De nombreux véhicules électriques sont alimentés par ce que l'on appelle un moteur à courant continu, qui fonctionne au courant continu et se décline en configurations avec et sans balais, cette dernière étant considérablement plus courante. Ce type de moteur est connu pour son couple élevé et sa durabilité, mais il présente également des inconvénients, tels que la taille, le poids et la fiabilité (en particulier dans le cas des moteurs à balais).

Les moteurs à induction sont également assez courants dans les véhicules électriques et offrent plusieurs avantages par rapport aux moteurs à courant continu. Ils sont plus petits, plus simples et plus faciles à entretenir, mais en même temps, ils ne peuvent pas égaler la puissance de sortie ou l'efficacité des moteurs à courant continu, en particulier ceux qui utilisent des aimants permanents.

Certains véhicules électriques haut de gamme utilisent également ce que l'on appelle des moteurs synchrones à aimant permanent (PMSM), qui sont meilleurs que d'autres types de moteurs à induction en termes de densité de puissance et d'efficacité. Leur plus gros inconvénient est leur complexité supplémentaire et leur coût plus élevé.

5. Transmission

Les véhicules électriques n'ont pas besoin d'une transmission traditionnelle. Leur couple de sortie élevé délivré à très bas régime élimine le besoin d'avoir plusieurs vitesses pour changer à mesure que la vitesse augmente.

Cependant, étant donné que les moteurs électriques ont des vitesses de rotation similaires (voire supérieures) par rapport aux véhicules ICE, ils ont encore besoin d'un réducteur pour les aider à atteindre un bon équilibre entre l'accélération et le sommet vitesse. Les différentiels sont présents dans les véhicules électriques et fonctionnent de la même manière comme dans un véhicule ICE.

Les seuls véhicules électriques de production modernes qui ont réellement une transmission à engrenages sont la Porsche Taycan et l'Audi E-Tron GT, qui, pour leurs moteurs arrière, ont une boîte de vitesses automatique à deux vitesses. Il n'est pas clair si cette solution sera retenue à l'avenir, car elle a été critiquée pour être une complication inutile.

D'autres fabricants n'ont pas annoncé leur intention de mettre en œuvre des solutions similaires, bien qu'il existe des entreprises comme le spécialiste des essieux Dana Incorporated aux États-Unis qui vend une boîte de vitesses à deux vitesses conçue pour fonctionner avec un moteur électrique moteur.

6. Chargeur embarqué

Tous les véhicules électriques ont une sorte de chargeur embarqué, dont les performances dictent généralement le taux de charge maximal du véhicule lors de l'utilisation d'un chargeur CA (courant alternatif). Son rôle est également de convertir cela en DC (courant continu), qui est ensuite régulé par le BMS.

La puissance des chargeurs embarqués dans les véhicules électriques varie de 3,7 kW à 22 kW, et ils peuvent également détecter si le courant qui les traverse est un courant alternatif monophasé ou triphasé.

7. Système de freinage régénératif

Étant donné que la plupart des types de moteurs électriques peuvent également servir de générateurs d'électricité, tous les véhicules électriques sont équipés de ce que l'on appelle un système de freinage régénératif. Cela repose uniquement sur leurs moteurs, qui peuvent être utilisés pour réduisez la vitesse et remettez du jus dans la batterie en même temps.

Cela augmente considérablement l'intervalle de changement des plaquettes de frein pour les véhicules entièrement électriques et certains véhicules hybrides. Cela permet également aux véhicules électriques d'offrir ce que l'on appelle la conduite à une pédale, ce qui signifie essentiellement que le conducteur est capable à la fois d'accélérer et de freiner le véhicule en utilisant uniquement la pédale d'accélérateur, car lorsqu'ils se soulèvent complètement, le véhicule commencera automatiquement à décélérer par le moteur résistance.

8. Onduleurs, convertisseurs et contrôleurs

Les véhicules électriques ont également un nombre variable d'onduleurs, de convertisseurs et de contrôleurs. Tous ces éléments sont essentiels au bon fonctionnement du groupe motopropulseur, car ils contribuent à maximiser la puissance et l'efficacité grâce à une utilisation optimale du courant disponible.

Les onduleurs sont chargés de convertir le courant continu en courant alternatif, tandis que les convertisseurs ont pour rôle de convertir CC haute tension tiré de la batterie vers un courant à basse tension dont le véhicule a besoin pour fonctionner divers systèmes. Les contrôleurs sont essentiels pour la distribution d'énergie car ils aident à gérer le flux d'électricité vers et depuis la batterie; c'est aussi ce qui rend possible le freinage régénératif dans un véhicule électrique.

Les véhicules électriques sont alimentés très différemment

Les véhicules électriques peuvent avoir moins de pièces mobiles que les voitures à combustion, mais cela ne signifie pas qu'ils ne sont pas des pièces d'ingénierie complexes. Bien au contraire, en fait, car ils ont besoin d'une série de systèmes pour fonctionner ensemble afin de fournir la puissance, l'efficacité, la portée et la fiabilité que les consommateurs exigent.

Les percées et les avancées dans la technologie EV sont courantes, et il est préférable d'avoir au moins une compréhension de base de leur fonctionnement et de ce qui est exactement amélioré. Cette connaissance est également importante si vous possédez un véhicule électrique et souhaitez savoir comment l'entretenir correctement et en quoi cela diffère d'un véhicule ICE.