Dossiers-Conseils > Fonctionnement d'une auto > Fonctionnement d'une voiture électrique 15/01/2018

Fonctionnement d'une voiture électrique


Comment fonctionne de A à Z une voiture électrique ? Si le principe est bien plus aisé et simple à comprendre que celui du moteur thermique, il est tout de même intéressant de se pencher plus en détail sur la (les) technique(s).
Commençons donc par l'architecture de base.

Architecture d'une voiture électrique


Commençons pas l'essentiel, à savoir les grands éléments qui composent le système de traction d'une voiture électrique :

Stockage de l'énergie

Batterie

C'est l'élément qui emmagasine l'énergie électrique grâce à une solution chimique. On utilisait auparavant dans les années 90 des batteries au plomb, d'où une autonomie limitée et une encombrement très important. Désormais on utilise les batteries au Lithium qui emploient un principe similaire tout en étant plus efficace. Pour faire simple il s'agit d'avoir une solution chimique à laquelle on peut soutirer des électrons. Une fois qu'on lui a tout pris cette solution devient stable : il n'y a plus de déséquilibre entre les bornes 6 et +, il n'y donc plus de jus à tirer. Pour recharger la batterie, on réinjecte des électrons à la borne - pour remettre la solution en déséquilibre et pouvoir de nouveau tirer du jus entre les bornes - et +. Si vous voulez connaître le fonctionnement en détails des batteries Lithium Ion allez faire un tour ici.


Tous les détails sur le fonctionnement des batteries Lithium Ion ici

Pile à combustible

Une pile à combustible est une sorte de batterie, la différence qu'elle se recharge en la remplissant de combustible, et non pas en lui réinjectant des électrons (de l'électricité donc). C'est donc un moyen rapide de faire le plein, bien plus qu'avec les batteries Lithium Ion malgré les bornes de recharge rapides assez efficaces.
Hélas, et si l'hydrogène est l'atome le plus répandu dans l'univers, il n'y en a plus beaucoup sur Terre (le soleil en est bourré, il le compresse devant nos yeux) ... Car tout ce qui nous entoure était à la base de l'hydrogène qui a été tellement compressé dans les étoiles que cela a donné lieu à des matériaux plus lourds : carbone, fer, eau etc. (tout en fait ... absolument tout le reste). Il n'y avait au début de l'univers que de l'hydrogène, c'est l'atome le plus simple qui soit : il a un proton et un électron ! On ne peut faire moins, c'est donc la matériaux le plus léger.
On arrive à en produire (ou plutôt en extraire de la matière) mais cela est très coûteux en énergie fossile, ce n'est donc pas parfait.


Voir le fonctionnement de la pile à combustible

Autre procédé ?

Il y a des milliers de manières de jouer avec les électrons, reste maintenant à trouver une solution chimique qui sera peu polluante et qui pourra emmagasiner rapidement des électrons en elle. Le Zync serait un belle voie d'avenir mais je n'en sais pas plus.

Gestion / modulation de l'énergie

Convertisseur DC/DC

Il sert à convertir le courant alternatif du secteur pour le convertir en continu dans le but de recharger la batterie.

Calculateur / Ondulateur

C'est le calculateur moteur qui gère beaucoup de choses ... Il contrôle les flux d'énergie grâce aux nombreux capteurs qu'il dispose. Par exemple, quand j'accélère j'appuie sur un capteur (la pédale) dénommé potentiomètre (c'est la même chose sur les voitures thermiques modernes), le calculateur gère alors le flux d'énergie à envoyer vers le moteur selon mon "degré d'accélération". Idem quand je relâche la pédale, il va gérer la récupération d'énergie en envoyant le jus généré par le moteur électrique (réversible donc) vers la batterie tout en modulant le débit électrique.

Moteur électrique

Le moteur électrique reprend un principe de physique pour son fonctionnement. Il s'agit d'exploiter la force électromagnétique pour générer du mouvement.
La science a en effet découvert que "l'épiderme" des atomes était constitué d'électrons. Certains épidermes ont un "surplus" d'électrons qui peuvent alors se balader d'un atome à l'autre (ce sont les matériaux conducteurs et on appelle cela le courant électrique). Ces électrons peuvent être bougés en leur envoyant des rayons électromagnétiques (lumière) mais aussi en le soumettant à un champ magnétique (aimant, mais sachez que lumière et champ magnétique sont liés entre eux).
On a donc eu l'idée de faire bouger un aimant à côté d'un fil de métal et on s'est aperçu que cela produisait du courant (qui va dans le sens du mouvement de l'aimant. Ce dernier entraîne les électrons à la surface des atomes). On a donc rapidement fait des montages circulaires plus intelligents : on met un aimant rotatif au milieu d'une bobine de cuivre (on peut aussi faire l'inverse, le cuivre au milieu et les aimants en périphérie. Et c'est d'ailleurs ce que l'on voit sur les moteurs électriques) ce qui produit de l'électricité en continue quand on le fait tourner (l'aimant). On a donc ici découvert en premier lieu le côté réversible du moteur électrique. Car ici on arrive à produire de l'électricité consécutif à un mouvement mais pas un mouvement à partir de l'électricité (ce que l'on recherche pour notre voiture électrique ici).
On a alors tout simplement essayé de faire l'inverse : Dans notre système d'aimant rotatif on a injecté de l'électricité dans la bobine. Et là miracle, l'aimant s'est mis à tourner ....
C'est donc le côté très intéressant du moteur électrique, il sait faire deux choses à la fois : créer un mouvement quand il reçoit de l'électricité ou créer de l'électricité si on le met en mouvement.


En général le rotor est à induction / asynchrone, c'est à dire qu'il a sur lui (au lieu d'un aimant comme sur le schéma) des petites bobines dans lesquelles de l'électricité (et donc de l'aimantation) est induite par le champ magnétique du stator. Mais le principe reste toujours le même : faites bouger un aimant devant du cuivre et vous génèrerez de l'électricité, ou envoyez de l'électricité dans du cuivre et vous ferez bouger l'aimant. Sans oublier qu'envoyer de l'électricité dans une bobine génère un aimant.

Il faut donc comprendre que le mouvement et la transmission d'énergie se fait sans contact entre le stator et le rotor : c'est la force magnétique (force de l'aimant) qui fait bouger les choses. Niveau usure on peut donc être rassuré.

Pour inverser le sens de fonctionnement du moteur (donc passer la marche arrière) il suffit alors d'envoyer du courant dans l'autre sens.

Voir ici pour les détails du fonctionnement d'un moteur électrique.

Transmission


Le moteur électrique ayant une plage de fonctionnement très élevée (16000 t/min sur une Model S par exemple) et un couple disponible rapidement (plus on est bas dans les régimes plus on a de couple), il n'était pas indispensable de produire une boîte de vitesses.
On a donc en quelque sorte un moteur qui est directement connecté aux roues ! La démultiplication ne changera pas que vous soyez à 15 ou 200 km/h.
Bien évidemment, le rythme du moteur électrique n'est pas exactement calé sur celui des roues, il y a ce que l'on appelle un réducteur.
Sur une Model S il est de 10:1 environ, c'est à dire que la roue va tourner 10 fois moins vite que le moteur électrique. Le rapport de réduction est généralement obtenu par un train épicycloïdal, chose que l'on connaît surtout dans les boîtes de vitesses automatiques.


Après ce réducteur il y a enfin le différentiel qui permet de faire tourner les roues à des vitesses différentes.

Embrayage ?

Pas besoin d'embrayage ni de convertisseur de couple car si un moteur thermique a tout le temps besoin d'être en mouvement ce n'est pas le cas d'un moteur électrique. Il n'a donc pas de régime de ralenti ni besoin d'un embrayage qui fait le pontage entre les roues et le moteur : quand les roues s'arrêtent pas besoin de débrayer.

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Dernier commentaire posté


Par (Date : 2018-11-19 14:23:05)

les capteurs necessaires et qui existent dans les véhicules eléctrique...!
j'en ai besoin, c'est urgent

Il y a 1 réaction(s) sur ce commentaire :

  • Par moi (2018-12-12 15:52:42) : Ce qui n'empêche pas la politesse !

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Suite des 13 commentaires :


Par nkns216 (Date : 2018-11-10 12:50:29)


Bonjour je trouve cet article très interressant serait-ce possible de l'utiliser dans le cadre scolaire pour mon oral de TPE (note pour le bac) s'il vous plait
je vous en remercie d'avance


Il y a 2 réaction(s) sur ce commentaire :

  • Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2018-11-11 09:21:42) : Dans ce cadre oui.
  • Par mez (2018-12-02 23:38:05) : je peux vous prendre quelque info dans cet article

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Par swaet (Date : 2018-10-31 17:04:13)


Pourquoi n'oblige-t-on pas les constructeurs automobiles à construire des voitures électriques qui produisent elle-même leur électricité ? L'énergie électrique produite par EDF n'est pas complétement écologique loin sans faut si on ne considère pas les centrales nucléaires comme écologiques. En plus comment vont recharger les personnes qui n'ont pas de garage surtout habitant les villes : en déroulant un câble sur le trottoir ? Imaginons le nombre de câbles sortant par les fenêtres ou escaliers dans les immeubles HLM, le vol d'électricité (quelqu'un peut prendre la prise d'un autre et recharger ses batteries.


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  • Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2018-11-01 16:22:06) : Le problème est que les lois de la physique l'interdisent ... J'imagine donc que vous êtes du genre à croire au mouvement perpétuel ?

    Bref, si vous pensez à intégrer des éoliennes et panneaux solaires sur les autos, alors dans ce cas ce n'est pas non plus une bonne solution. Mieux vaut une grosse centrale parfaitement étudiée et optimisée, son rendement sera bien meilleur que des dispositifs dispatchés à droite et à gauche sur les autos électriques (et les équiper ainsi les rendraient encore plus lourdes, mais aussi plus polluantes à fabriquer !).
  • Par swaet (2018-11-02 16:55:59) : Merci pour votre réponse, je ne parlais pas d'intégrer des éoliennes ou panneaux solaires qui ne se chargent pas la nuit mais rechercher un dispositif (il n'existe peut-être pas encore mais à ce jour nous n'avons pas trouver toutes les inventions possibles), consacrer du temps à cette recherche. Il n'est pas sûr que les voitures seraient plus lourdes car ils faudrait certainement moins de quantités de batterie voire quasiment presque plus. Si c'est pour utiliser l'électricité à 70% nucléaire autant mettre des piles combustibles dans le moteur.

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Par Abel (Date : 2018-10-19 10:37:47)


Bonjour
Rendre les véhicules électriques entièrement autonomes, est l'une des équations à résoudre par les constructeurs automobiles. Est-qu'il n'est pas possible d'utiliser la rotation des roues pour produire l'électricité utilisable par le moteur?
Dans ce cas, après son démarrage assuré par quelques battéries, le véhicule pourrait produire sa propre énergie pour son fonctionnement.


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  • Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2018-10-19 11:20:17) : Vous pensez donc que le mouvement perpétuel existe, mais hélas les lois de l'univers l'interdisent ...
    Récupérer de l'énergie via une rotation amène forcément une friction (ici électromagnétique) qui va donc freiner l'auto (et donc il faut envoyer plus de puissance et donc on consomme alors plus d'électricité) ...
    Mais votre idée n'est pas si mauvaise puisqu'elle est assez semblable à certains aspects du système HSD hybride de Toyota (Prius). Il n'est en revanche pas facile à comprendre ... Enfin si on veut aller dans le détail des choses.
  • Par Arno (2018-10-20 23:33:45) : Par contre pour les phases de freinage l'utilisation des moteurs électriques comme générateurs peuvent en freinant la voiture recharger la batterie. C'est utilisé sur les locomotives électriques. Les moteurs asynchrones alimentent tous les auxiliaires ventilateurs compresseurs ... et ça fonctionne très bien. Dans ces phases de freinage électrique le frein pneumatique n'est plus utilisé.

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Par nadou44 (Date : 2018-10-17 14:17:25)


Bonjour

article intéréssant.
Serait il possible de copier les images pour les inétgrer au sein de mon cours (véhicules éléctriques et véhicules hybrides)que je présente à des élèves niveau bac+1

MErci


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  • Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2018-10-18 08:55:30) : Si ça reste dans le cadre scolaire aucun souci.

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Par Helo (Date : 2018-10-06 10:40:35)


Quel énergie sort du moteur?


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  • Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2018-10-08 16:55:44) : Couple mécanique + rayonnement de chaleur / électromagnétique et donc de rayons infrarouges (effet joule).

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Par Lorik (Date : 2018-09-01 17:22:05)


Bonjour,
Est-il possible d'utiliser certains éléments (textes et images) de cet article pour mon travail de maturité dont le thème est les voitures électriques?

Je suis étudiant à l'école de culture général de Fribourg en Suisse et j'ai besoin de quelques éléments de votre site pour réaliser mon travail personnel sur les voitures électriques et ce site sera bien évidemment indiqué dans les sources et mon travail ne sera en aucun cas diffusé sur internet, il ne sera disponible que en format papier pour des enseignants.

En attendant votre réponse, veuillez agréer, Monsieur, mes meilleurs salutations.

Lorik


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  • Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2018-09-02 15:13:22) : Dans ce cadre là ça ne pose pas de soucis.
    Bon courage dans votre travail !

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Par Aymeric (Date : 2018-08-28 12:17:00)


Merci beaucoup pour votre article! Je suis un grand fan d'automobile et je veux construire des auto dans l'avenir; électriques et hybrides. J'aimerais juste savoir s'il était possible d'avoir des rapports dans un moteur électrique, pour pouvoir choisir une tranche de puissance??!! Merci d'avance pour votre réponse!!


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  • Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2018-08-28 18:00:12) : Rien n'empêche de mettre une boîte, ce qui viendra d'ailleurs peut-être à l'avenir. Toutefois, les régimes très élevés des moteurs électriques permettant d'éviter la nécessité d'une transmission.
    D'ailleurs, je pense que l'agrément des électriques serait bien meilleur si on avait des rapports à passer, mais il faut savoir que ces derniers pourraient être poussés tellement haut (pas de rupture) que ça serait assez bizarre.
  • Par Aymeric (2018-08-28 19:22:41) : Donc cela est bel et bien possible! Dans ce cas, je pense que on pourrait donner une certaine plage de régime pour chaque rapport, puis laisser les plus hauts régimes sur le dernier rapport. Est-ce que cela serait-il possible??

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Par kilobravo (Date : 2018-07-07 21:37:34)


Salut a vous , je lus votre article qui m'intéresse pas mal du faite qu'ici chez nous en Afrique nous avons pas encore acqueris les voitures électrique et que cela est pour les années avenirs, cet article m'as permis d'avoir une idée sur la voiture électrique et son fonctionnement, exerçant dans ce domaine je crois que cela me sera d'une importance capitale dans mes recherche pour les années avenir de ma petite carrière d'électricien automobiliste.au final je ne sais pas si il peut y avoir un moyen d'avoir ces articles en format PDF. Merci a vous



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Par paul (Date : 2018-04-02 11:13:17)


Bonjour,
Merci pour votre très intéressant article . En fin de compte le seul problème de la voiture dite électrique est celui de la batterie, le lithium coûtant très cher, particulièrement à l'environnement.Mais si le principe est relativement simple il faut compter quand même avec tout le système de régulation qui, je l'espère, est plus fiable que celui des cartes des téléviseurs, téléphones et autres appareils.
D'ailleurs je crois que si vous nous donniez un article sur les "annexes" de ces voitures électriques, cela serait très instructif et tout aussi intéressant que cet article
Cordialement
Paul Benoit


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  • Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2018-04-03 09:08:37) : C'est le seul problème mais il est loin d'être bénin ! C'est même la clé du problème et il est aussi présent pour l'électricité de nos maisons.
    Les fournisseurs / producteurs d'électricité rêvent depuis des décennies de pouvoir stocker le courant généré, mais ils ne peuvent pas vraiment le faire sauf en passant par des astuces / bricolages (ex : on utilise l'énergie pour stocker de l'eau en hauteur. Quand on a besoin de la récupérer / restituer, on fait couler l'eau vers le bas en la passant dans des turbines génératrices de courant).
  • Par pct (2018-04-14 23:22:32) : pourquoi les producteur d'électricité n'utilisent pas de batterie pour stocker l'électricité : à cause du rendement : un STEP (barrage ou l'on pompe l'eau pour stocker de l'énergie puis passer dans une turbine pour la récupérer) a un rendement de l'ordre de 95%, là ou une batterie a un rendement au mieux de 75% (classiquement 70% de rendement à la charge, sauf si elle est lente, on arrive à 85% ) et 60 à 80% à la décharge selon sa rapidité. Globalement une batterie c'est mieux qu'un moteur à combustion interne (entre 12% et 30% de rendement), sauf si l'on prend en compte la centrale électrique (qui a un rendement au mieux de 50% dans le cas des turbines à vapeur à tres haute température, et 30% dans le cas habituel ).

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Par J.Hansotte (Date : 2018-03-08 11:50:04)


Bonjour,

Est-il possible de reprendre certain élément de votre article pour un travail de fin d'étude?

Je suis étudiant en expertise automobile en Belgique. Je peux vous certifier que votre site sera cité dans les sources et le travail ne sera jamais publié sur le net, seulement en format papier à mes professeurs, les élèves n'auront pas accès a celui-ci.

Merci d'avance,

Jérôme Hansotte


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  • Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2018-03-09 07:43:17) : Dans ce cas là aucun problème, je suis même ravi que ça puisse vous aider.

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Par Vincent (Date : 2018-02-13 20:46:54)


Bonsoir,
Est-il possible de reprendre certains éléments de l'article (texte + image) pour un état de l'art sur un rapport de projet électronique (je suis en école d'ingénieur INSA Rouen). Bien sûr votre site sera mentionné dans la bibliographie. Le rapport ne sera pas publié sur le web et n'a aucun objectif commercial et sera non accessible aux autres étudiants. En attendant votre réponse veuillez agréer mes sincères salutations.
Vincent


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  • Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2018-02-14 09:21:38) : Dans ces conditions aucun soucis, bon courage pour votre travail.

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Par Heliantos (Date : 2018-01-14 09:06:56)


Il n'y a ni convertisseur de couple, ni embrayage sur une Prius
Revoyez le principe du HSD de Toyota, une merveille de mécanique et d'informatique associée, d'une grande fiabilité...


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  • Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2018-01-15 07:58:00) : En effet, et cela contrairement aux transmissions à variation continue classiques (moins complexe que sur la Prius).
    Merci à vous.

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