Qu'est-ce qui favorise l'autonomie et l'efficience d'une voiture électrique
Cet article vise à répertorier de manière claire les variables qui influent le plus sur l'efficience des voitures électriques. Quels sont les paramètres déterminants qui mèneront à avoir une voiture électrique qui consomme moins, et donc qui ira plus loin et favorisera son autonomie. Vous allez voir qu'au delà des classiques, il y a des paramètres nouveaux par rapport aux voitures thermiques.
Le gabarit et trains roulants
Commençons directement par nous débarrasser des classiques, à savoir que le poids, la largeur des pneus, le type de jantes et le sCx sont déterminants pour la consommation.
Au niveau des pneumatiques, à partir de 225 mm les choses commencent à devenir pénalisantes ... Et malgré cela, certaines marques souhaitent quand même garder des gommes généreuses pour favoriser le comportement et la tenue de route, je pense notamment aux grosses Tesla (plus de 255 mm) ou encore une ID4 dans sa version la plus équipée. Plus la gomme est large plus on perd de l'énergie au niveau de la friction, même si cela est un peu compensé par des pneus à faible résistance justement.
A lire aussi : les variables qui influent sur la tenue de route
Concernant les jantes, plus elles sont pleines (et donc moches ...) plus elles seront efficaces. En effet, les roues provoquent une sorte d'effet de ventilateur latéral quand elles tournent, et cet air projeté latéralement vient freiner et perturber la pénétration dans l'air (tout comme les remous plus importants sur les autos qui ont un arrière cubique, moins favorable à une ligne de toit plongeante façon goûte d'eau).
Les jantes pourront modifier l'autonomie de 10%, à savoir environ 2 kWh pour 100 km dans le cas d'une consommation de base de 20 kWh. Sur une autonomie de 400 km ça induit donc un delta de 40 km.
Enfin, il faut rester méfiant vis à vis du Cx qui est souvent exposé fièrement par les constructeurs. En réalité il faut se concentrer uniquement sur le sCx qui prend cette fois tous les paramètres en compte pour se faire une idée réelle de la pénétration dans l'air de l'auto. Plus il est bas mieux c'est évidemment (on plafonne vers les 0.2, n'espérez donc pas vraiment trouver quelque chose qui soit en dessous).
Notez que l'aérodynamique a plus d'importance que le poids, et il vaut encore mieux une voiture lourde qu'une voiture mal profilée (à savoir un SUV !). En effet, la résistance à l'air est plus importante et néfaste pour l'efficience que la difficulté à vaincre l'inertie. Inertie qui est d'autant plus favorable pour la régénération puisque plus l'auto est lourde plus cela confère de l'énergie cinétique à transformer en courant. Et donc mieux vaut une lourde Model S qu'une légère e-2008 sur autoroute par exemple (car en deçà des 80 km/h l'aérodynamique pèse quand même bien moins).
Type de moteur
Le type de moteur a aussi une influence comme vous vous en serez douté.
Les moteurs à aimant permanent (rotor) seront plus sobres que les moteurs à rotor induit même si il faut ajouter des précisions et nuances ... A haute vitesse l'aimant permanent induit un retour de force électromotrice qui vient dégrader l'efficience à ces allures (à son tour, l'aimant produit un courant parasite dans le stator), le moteur à induction peut alors parfois mieux se débrouiller sur cet exercice. Malgré tout, aux allures du quotidien un aimant permanent sera plus favorable, et c'est d'ailleurs le choix de la majorité des constructeurs. En conduite sportive, on aura toutefois plus de chaleur sur les moteurs à induction, car le courant induit dans le rotor provoque évidemment un effet Joule (contrairement aux aimants passifs d'un moteur à aimants permanents).
Il y a ensuite le moteur à réluctance de Tesla qui se cumule (dans le même moteur) à des aimants permanents. Selon l'allure le moteur fonctionnera sur un mode ou l'autre.
Enfin, plus vous prendrez un moteur puissant plus celui-ci sera sobre, car un bobinage plus gros chauffe moins (chauffe = résistance = plus de consommation).
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A lire : les différents types de moteurs électriques
Refroidissement / chauffe
Toute perte énergétique, et donc le rendement, est liée avant tout à la chaleur. C'est d'ailleurs pour cela qu'un moteur thermique est aussi peu efficient en terme de rendement, la chaleur produite par la combustion représente une grosse partie des pertes (si on arrivait à produire des combustions froides, alors le moteur électrique aurait un concurrent à sa hauteur).
Le refroidissement du moteur, mais aussi sa technologie (qui favorise plus ou moins la chauffe, comme on l'a vu précédemment) est déterminante pour l'efficience.
Pour les moteurs il faut donc idéalement quelque chose de gros, afin que la chaleur ait beaucoup d'espace pour s'installer. En effet, un petit bobinage chauffera très vite tandis qu'un gros moins (il me faut plus de temps à chauffer une pièce de 100 m2 qu'une autre de 5 m2 ...). C'est donc semble-t-il pour cela que Tesla ne propose que des moteurs de forte puissance dans ses autos (en revanche, à pleine charge ils ont la capacité de vider plus rapidement une batterie, car justement ils peuvent ingurgiter plus de courant ...).
Le refroidissement de ce dernier doit donc aussi être efficace, avec donc une bonne ventilation couplée à un refroidissement liquide bien étudié (avec notamment des échangeurs efficaces et un volume de liquide généreux, sans oublier un pilotage intelligent par l'électronique).
Pour la batterie c'est aussi la même chose, à la différence qu'il faut aussi qu'elle soit un minimum chaude pour être efficiente ... En effet, une batterie froide perd perd plus vite ses réserves, et c'est pour ça qu'à froid une voiture consomme aussi plus (comme sur une thermique).
A lire : l'impact du froid sur les batteries
Pour favoriser cet aspect, la présence d'une pompe à chaleur se révèle être une bonne chose, car elle permet de générer du froid et du chaud, on pourra alors chauffer ou refroidir à sa guise certains éléments pour maximiser le rendement.
A lire : pourquoi les voitures électriques ont une pompe à chaleur ?
L'architecture physique des cellules sera donc aussi déterminante, les batteries sous forme de poche carrée sont moins faciles à refroidir que les batteries composées de centaines de petites piles (accumulateurs cylindriques). Les autos ayant des refroidissements à air sont bien moins aptes à gérer leur température, avec notamment des surchauffes ou des difficultés à arriver en température l'hiver (sans oublier qu'on aura des puissances de charges faibles au superchargeur, car la batterie sera trop chaude).
A lire : les types de batteries lithiuim-ion
Réducteur
Le rapport de pont, à savoir la boîte à 1 rapport située entre le moteur et les roues (en gros le différentiel), déterminera la démultiplication finale. Selon l'étalonnage de ce dernier, on aura une efficience favorisée selon la vitesse.
A lire : différentiel et rapports de boîte
Transmission 4X4
Une transmission intégrale favorise l'efficience contrairement à une voiture thermique. En effet, on a ici deux avantages déterminants.
Le premier est qu'on aura bien plus de capacités à régénérer au freinage et à la décélération avec deux moteurs, car dans ce contexte ils deviennent des générateurs (évidemment, il faut que l'électronique de puissance et la batterie soient calibrés pour, mais en général c'est bien évidemment le cas).
Le deuxième avantage est que chaque moteur aura son propre différentiel puisqu'ils sont sur des essieux différents. On peut donc avoir des démultiplications différentes pour chacun d'entre eux, et on pourra alors choisir tel ou tel moteur selon la vitesse à laquelle on roule. Selon la vitesse, ce sera l'un ou l'autre qui sera privilégié, avec un moteur qui se chargera des vitesses plus élevées (avec une démultiplication qui favorisera l'efficience à cette allure) et un autre pour les moins véloces.
On pourra pousser le concept plus loin avec des types de moteurs différents selon l'essieu, avec par exemple chez Tesla un moteur asynchrone induit sur un essieu et un moteur à aimant permanent (+ réluctance) sur l'autre (positionnement inversé selon Model 3 ou S par exemple).
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