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.
Commençons pas l'essentiel, à savoir les grands éléments qui composent le système de traction d'une voiture électrique :
Il sert à convertir la haute tension (330V) de la batterie Lithium ion pour la batterie de servitude au plomb (12V). Donc 330V >> 12V
Il transforme le courant alternatif en provenance de la prise vers un courant continu destiné à la batterie de puissance.
C'est le calculateur de puissance et 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.
Il peut onduler le courant grâce à un hacheur (batterie vers moteur) ou encore redresser le courant (récupération d'énergie alternative pour la batterie à courant continu).
Les voitures électriques peuvent être rechargées par un courant alternatif ou continu.
A la maison on aura affaire à un courant alternatif qui devra passer par un redresseur interne à l'auto : AC/DC. C'est cela qui limite la capacité de recharge car ce redresseur ne peut pas avoir une grosse capacité : coût et encombrement. On sera alors limité à un peu plus de 20 kW pour les voitures les mieux dotées, et en général on sera vers les 10 kW de limite si vous avez une bonne installation électrique qui permet de monter jusqu'à ce niveau. De base, une prise classique délivre 2.7 kW bien que l'auto puisse prendre plus (là on se limite à ce que fournit la prise électrique au niveau ampères).
Par exemple, sur une Model 3 on la branchera à la maison avec un connecteur de Type 2 puisqu'il s'agit de courant alternatif. Un convertisseur interne permet alors d'absorber des recharges d'un niveau de puissance jusqu'à 11 kW. Une Model S peut quant à elle aller jusqu'à 22 kW sur les versions avant 2016 (après, les S et X se limitent à 16.5 kW)
Les superchargeurs sont en revanche à courant continu et ne nécessitent pas de passer par un convertisseur interne à la voiture : la capacité de recharge peut alors être énorme : jusqu'à plus de 250 kW.
Quand on charge au courant continu, (forte capacité), on a alors une autre prise sur la Model 3 (sur une Model S / X l'allure de la prise est en revanche identique, mais la norme européenne se dirige vers la prise CCS / Combo)
Voici la prise appelée Combo ou CCS
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
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
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.
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.
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.
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 Mécanindus (Date : 2021-01-24 10:31:03)
Bonjour! Quelles conséquences sur le modèle économique des garages actuels(nombre, personnels, formation,...) pour passer de la motorisation thermique à l'électrique (moins de composants donc de réparations)? Merci!
Suite des 47 commentaires :
Par Bonjour (Date : 2020-11-27 09:14:50) |
Je suis en cours de techno et je dois utiliser ce site pour connaître l'architecture d'une voiture électrique pouvez-vous m'aider
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Par jorge (Date : 2020-06-11 02:03:30) |
Je suis entraîne de faire un petit prototype d'une véhicule électrique comme projet de fin d'études.Je vous demande de me donner le logiciel utilisé pour réaliser l'architecture du voiture
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Par Youcef (Date : 2020-06-05 20:11:10) |
Je vois que le moteur est tripgasé; cela veut-il dire qu'il fonctionne en courant alternatif ? Si oui, cela veut dire que la batterie de 12V ne sert que pour les accessoires. Merci e me répondre
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Par Sébastien (Date : 2020-04-25 01:42:00) |
Je suis jeune ingénieur en mécanique. Je veux créer un garage pour la conversion de vieux véhicule à moteur thermique en véhicule électrique. Où peux-je avoir le kit pour VE et combien cela peut coûter ? C'est une entreprise que je veux monter pour lutter contre le changement climatique. Si possible on peut vous inviter a la réalisation de notre projet.
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Par ddmankon (Date : 2020-04-08 02:05:12) |
Salut je m'appelle Mélissa je suis originaire du Cameroun étudiante en création et design numérique à l'école supérieure des génies informatique j'ai pas vraiment parcouru tout le document mais j'ai bien aimé parcontre j'ai rencontré des difficultés sur vos explications
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Par Kkelya333 (Date : 2020-04-05 12:00:21) |
Est il possible de changer un ensemble de 8 batteries plombs, donnant 48 volts par des batteries lithium, faut il changer le calculateur?
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Par geremy ekodi (Date : 2020-03-13 20:04:46) |
Bonsoir aujourd'hui je passée toute ma journée dans votre site je vraiment aimé
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Par sebas_kouame (Date : 2020-02-13 17:00:52) |
Merci pour ce fameux cours. Je suis ravi. Mais ou acquerir les differents constituants electrique si je veux acheter et concevoir? Je suis ingénieur Agro machiniste. Merci d'avance.
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Par jc (Date : 2019-11-22 18:36:55) |
Bravo, c'est génial !
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Par Ecirom (Date : 2019-10-23 10:13:41) |
Tout bien compris et merci
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Par Bouh (Date : 2019-09-09 15:53:23) |
Bonjour,
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Par Anto (Date : 2019-08-15 00:21:02) |
Super article super travail ! Donc sur un moteur thermique nous avons vue que si par exemple le moteur tourne à 3000 tour/min les roue tourne moin vite grâce à la démultiplication dès pignon de boîte de vitesse. Exemple ; un pignon qui fait 2 tour entraîne un autre pignon plus grand qui fera 1 seul tour, vous me suivez ? Et maintenant sur un moteur de voiture électrique, comment on fait si le moteur électrique tourne à 3000 tour/min pour pas que les roue tourne également à cette vitesse ??
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Par KONA2019 (Date : 2019-07-18 03:53:57) |
Bonjour,
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Par Charles (Date : 2019-07-15 14:35:45) |
Bonjour, je pense que le film photovoltaïque ne pèse pas lourd et pouvant aider à la recharge batteries, ainsi que quelques rotors judicieusement placés , l'air étant aussi intéressant surtout si on peut jouer avec une série de diamètres différents l'un derrière l'autre .Bref, tout ce qui tourne consommant devant tout aussi produire.
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Par TIFEBELF (Date : 2019-05-05 21:50:34) |
Comment on télécharge ces fichiers, (en pdf si possible) ?
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Par Veck (Date : 2019-04-23 17:33:04) |
Bonjour bel article, mais le convertisseur cest du Dc Dc donc soit un buck un boost ou un buck-boost
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Par S.Kaeslin (Date : 2019-04-20 08:36:21) |
Bonjour. pourquoi on ne remplace pas les batteries par un générateur (Shass Campbell ).on aurais du courant direct et infiniment. Salutations SK et merci pour vos explications.
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Par (Date : 2019-04-17 20:11:26) |
BONJOUR MONSIEUR,
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Par Olivier (Date : 2019-04-04 12:43:45) |
Bonjour; votre article m'amène droit à mon objectif de la réalisation de mon travail de fin de cycle qui s'intitule "ETUDE ET DIMENSIONNEMENT D'UNE VOITURE ELECTRIQUE" j'aimerai utilisé sous votre autorisation quelques images et phrases phares pour mon TFC.
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Par cat101 (Date : 2019-04-03 19:51:27) |
Qui a ecrit cette article?
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Par mier (Date : 2019-02-28 20:31:16) |
Bonsoir
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Par sakura (Date : 2019-02-21 23:23:58) |
Bonsoir,
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Par Calliben (Date : 2019-02-18 05:33:36) |
Bonjour donc selon cet article l'hydrogène est rare ?? L'eau h2o a de l'hydrogene, les HYDROcarbure tirent leur nom de l'hydrogene pas de l'eau. L'hydrogene est l'élément le plus présent sur terre a environ 73% en comparaison l'oxygène est present a environ 1%. De plus "stockage de l'énergie"? Si vous avez une solution de stockage de l'energie faites la connaître parce qu'on ne sait pas stocker l'énergie juste la produire en direct et donc un prix nobel vous attend sinon article sympa pour comprendre les bases.
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Par aliparise (Date : 2019-02-10 19:06:51) |
Je veux te contacter Parce que je veux me aider à réaliser une voiture solaire a mon écoles des énergies renouvelables au Maroc.
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Par Mickael (Date : 2019-02-02 01:08:18) |
Bonjour,
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Par dylan (Date : 2019-02-01 13:29:38) |
Bonjour,
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Par PierreV (Date : 2019-01-28 12:53:03) |
Bonjour,
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Par Lolo (Date : 2019-01-23 18:28:20) |
Bonjour,
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Par Fabriceandriatiana (Date : 2019-01-22 18:36:04) |
Bonjour, ce serai possible de prendre quelques informations ainsi que des illustrations pour un travail de recherche personnel concernant les voitures électriques. Je suis étudiant à l'école CIFOM-ET Neuchâtel.
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Par (Date : 2019-01-20 14:08:19) |
Bonjour est-ce possible de reprendre quelques élements de votre article par mon tpe qui porte sur la voiture électrique
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Par kaprinido (Date : 2019-01-09 14:30:59) |
Pas besoin de différentiel si l'on utilise 2 moteurs de traction, un pour chaque roue motrice, moteurs alimentés en série
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Par Nina (Date : 2019-01-06 12:40:46) |
Bonjour,
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Par bts (Date : 2018-12-27 22:43:45) |
Merci pour cet article monsieur c vraiment interessent je demande votre permission de prendre quelque information pour une recherche au sein de mon domaine d etude
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Par (Date : 2018-11-19 14:23:05) |
Les capteurs necessaires et qui existent dans les véhicules eléctrique...!
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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
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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 Abel (Date : 2018-10-19 10:37:47) |
Bonjour
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Par nadou44 (Date : 2018-10-17 14:17:25) |
Bonjour
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Par Helo (Date : 2018-10-06 10:40:35) |
Quel énergie sort du moteur?
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Par Lorik (Date : 2018-09-01 17:22:05) |
Bonjour,
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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 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 |
Par paul (Date : 2018-04-02 11:13:17) |
Bonjour,
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Par J.Hansotte (Date : 2018-03-08 11:50:04) |
Bonjour,
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Par Vincent |
Bonsoir,
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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
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