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.
En parallèle : le refroidissement d'une voiture électrique et ses auxiliaires
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Architecture d'une voiture électrique
Commençons pas l'essentiel, à savoir les grands éléments qui composent le système de traction d'une voiture électrique :
Batterie lithium
La batterie est ce que l'on appelle un accumulateur qui permet de conserver une énergie sous forme chimique. Plusieurs chimies existent avec chacune leurs avantages et inconvénients.
La recharge induit des pertes, tout comme la propulsion de l'auto (batterie vers moteur électrique en passant par des convertisseurs), ce qui joue sur son rendement général.
Ces batteries sont composées d'une multitudes de cellules (petites batteries individuelles) qui peuvent parfois poser souci quand elles sont "désynchronisées" ce que l'on appelle déséquilibrées). Voir l'article qui traite de ce sujet ainsi que celui qui explique comment les rééquilibrer / recalibrer.
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A découvrir : pourquoi la batterie charge lentement à froid ?
A lire :
- Comment fonctionne la batterie d'une voiture électrique ?
- Comment se déroule le préconditionnement d'une batterie ?
Gestion / modulation des flux électriques
Convertisseur DC/DC
Il sert à convertir la haute tension (330V) de la batterie Lithium ion, notamment pour la batterie de servitude au plomb (12V). Donc 330V >> 12V
A lire aussi : les fiches techniques pour connaître la vitesse de charge des voitures électriques
Chargeur embarqué / redresseur
Il transforme le courant alternatif en provenance de la prise vers un courant continu destiné à la batterie de puissance.
Calculateur / Ondulateur / redresseur
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).
Recharge ? Alternatif et Continu ?
Les voitures électriques peuvent être rechargées par un courant alternatif ou continu.
Charge lente : Courant alternatif AC
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)
A lire :
- Les différentes prises qui existent sur les voitures électriques
- Les différents câbles et convertisseurs pour voiture électrique
Charge rapide : courant continu DC
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)
Deux manières de stocker l'énergie
Batterie / accumulateur chimique
C'est donc 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 (presque) plus de déséquilibre (= voltage = différence de potentiel) entre les bornes + 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.
Moteur électrique
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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. Sur certains types d'atomes, ces électrons peuvent être déplacés en "glissant" sur ces derniers : c'est de l'électricité (possible que sur les matériaux conducteurs, selon la topologie de leur couches électroniques, et en l'occurrence la dernière).
Quand je fais circuler de l'électricité dans un câble électrique il se transforme en aimant, et c'est cette force qui sera exploitée pour faire avancer la voiture. Mais à l'inverse, si je fais tourner le moteur avec une force externe, alors cette fois ci il va générer de l'électricité. A lire : fonctionnement de la régénération.
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.
A lire : le fonctionnement des différents types de moteurs électriques
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Le principe : 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 s'agit pour cet exemple d'un moteur synchrone à aimant permanent (suivez les liens indiqués au dessus et en dessous pour en savoir plus)
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. A lire : la fiabilité des voitures électriques serait-elle moins bonne que prévu ?
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 Farid DZ (Date : 2023-03-28 00:41:42)
Bonjour .
Oui je sais vous allez surement penser à une blague ou avoir affaire à un prétentieux . Ben non je vous l'affirme je suis on ne peux plus sérieux .
J'ai la solution à ce problème (depuis des années) qui semble perdurer , qui est la décharge et la recharge recharge de véhicules électriques . (simple véhicule , poids lourd ou bus ; etc )
J'ai déjà contacté de grands constructeurs qui ne m'on meme pas répondu . Oui je devine pourquoi .
Prochainement je vais essayer de contacter un ou plusieurs journaux dans mon pays et on verra la suite . Croyez moi ma solution est réelle et efficace à 100% .
Bien à vous .
- Par Bug Haty
TOP CONTRIBUTEUR (2023-03-28 01:34:52) : Moi c'est pareil, j'ai envoyé mon projet de voiture à eau. ON m'a dit que ça existait déjà et que ça s'appelait une locomotive. - Par Farid DZ (2023-03-28 02:16:38) : Non rien de pareil . Ni eau , ni solaire encore rien des energies connues actuelles . Cela n'existe ni n'est sujet à discussions . Je n'ai envoyé aucun projet ni indices . J'ai déjà réalisé un prototype il y'a de cela des années .
Ah nota : Rien a voir avec cette histoire bidon d’énergie perpétuelle entendons nous bien .
Ma technologie fonctionne à 100% sans le moindre souci. Vous prenez votre véhicule et roulerez des milliers de Km sans avoir à vous soucier de la charge ou de decharge de vos accus . - Par Farid DZ (2023-03-28 02:22:38) : Je suis électricien, électromécanicien , électricien industriel , électronicien avec une longue experience en automatisme et en informatique technique et industrielle .
- Par Arkane TOP CONTRIBUTEUR (2023-03-28 03:54:45) : Vous avez la solution mais on ne la connait pas.
Si vous nous sortez le moteur dynamo, mince il existe déjà. - Par Fa rid DZ (2023-03-28 23:19:31) : Moteur dynamo ? Trop vieux ça ... Non ... Et même si , on va tout droit vers cette histoire (bidon) d’énergie perpétuelle qui n'a pas son endroit dans le sujet ...
La source est toute autre mais je préfère ne pas trop aller dans les indices ... Chose qui se fera en temps voulu ...
J'ai déjà (il y'a des années) réalisé un prototype (voiture de mes enfants) qui (pour moi) est réussi à 100% ... - Par Admin
ADMINISTRATEUR DU SITE (2023-03-29 15:07:12) : @Farid DZ : faudrait un pseudo du genre "Farid de blé". Plus sérieusement, comment voulez-vous qu'on vous prenne au sérieux puisque vous omettez de dire le principal, à savoir comment.
De plus, il me semble que recharger sa batterie est un souci déjà résolu ... Il y a des prises dans les maisons et de stations de supercharge. Vous voulez réinventer la roue ?
Quel intérêt de venir parler de quelque chose sans vouloir en parler justement ...
@Bug : 😂👍 Excellent - Par Ray Kourgarou TOP CONTRIBUTEUR (2023-03-29 16:10:22) : Bah ! Suffit d'installer une petite éolienne derrière la calandre reliée à un alterno pour recharger les batteries ; plus tu roules vite et longtemps plus tu recharges, c'est pas sorcier... 🙄
- Par Farid DZ (2023-03-30 02:52:43) : @ADMINISTRATEUR DU SITE : Merci pour vos remarques . Vous ne voyez aucun intérêt ? Moi si ! Sincèrement je suis très content d'avoir découvert cet espace que je trouve très intéressant (et) ou l'on apprend des choses . Encore Merci à vous !
Je suis vraiment navré , je ne peux donner ni indices ni détails sur mon travail . Pris au sérieux ou pas ? Je le suis . La solution à cette histoire (de décharge et recharge de batterie) je l'ai trouvée il y'a de cela des années .
Nota : Les sarcasmes ne me froissent absolument pas étant donné que je suis conscient de ce que je possède .
Respectueusement à vous tous ! - Par Ray Kourgarou TOP CONTRIBUTEUR (2023-03-30 11:46:05) : Faites en profiter l'humanité donc !!
Brevetée depuis toutes ces années votre invention/solution aurait évité bien des soucis et vous aurait rendu riche (ou mort... les 'pétroliers' n'aimeraient pas trop). 🙄 - Par Farid DZ (2023-03-31 00:29:34) : @Ray Kourgarou TOP CONTRIBUTEUR : J'aime votre intervention ! Encourageant ! Merci à vous ...
- Par Bug Haty TOP CONTRIBUTEUR (2023-03-31 01:14:38) : Après tout, Einstein, Pasteur ont commencé comme ça. Est ce que vous avez des solutions dans d'autres domaines qu'on en profite aussi ? Par ex en plomberie. Pourquoi les constructeurs ne mettent pas d'office des broyeurs ou des grilles ? Est ce que vous avez des tuyaux pour réparer les centrales nucléaires aussi ? Cela dit, j'ai des témoignages d'inventions techniques qui ont volées... après avoir fait croire à l'apporteur naïf que cela ne valait rien.
- Par Farid DZ (2023-03-31 03:55:43) : @Bug Haty TOP CONTRIBUTEUR :[*Cela dit, j'ai des témoignages d'inventions techniques qui ont *été* volées... après avoir fait croire à l'apporteur naïf que cela ne valait rien.*]>> En fait c'est ce que je craint .<<
En 2002 j'ai supervisé et participé à l'installation d'un minilab numérique frontier (en Algérie) , j'ai constaté une malfonction dans ce dernier pour trouver le remède à la, j'ai alerté les concernés qui après avoir nié ce défaut sont finalement revenus à la raison car c’était vraiment flagrant devant eux noir sur blanc en plus je pense qu'il était au courant de tout ça .
En fait ce "minilab série frontier" rognait (grossièrement) les images au tirage .Ils ont tout tenté pour remédier sans y arriver .(par connection au réseau et par tel pour conclure à une erreur de paramétrage et mise au point de certains guides) .
De mon coté pour que je puisse intervenir sur les paramètres un mot de passe était requis . En premier lieu (installés en Europe et moi en Algérie) ils ont refusé de me donner ce mot de passe , vers la fin je l'ai obtenu .
Je suis intervenu , j'ai réparé l'erreur et partagé les nouveaux paramètres (et réglages des guides) à leur demande , [cette erreur se trouvait dans toute la série] .La preuve ils en ont parlé dans plusieurs journaux dont la revue "chasseur d'images 2002" .
Même pas un remerciement ou mention de qui a découvert et réparé l'erreur . Pas très gentil . Frustrant comme vous ne pouvez imaginer . Sincèrement à ce jour je n'arrive pas à m'en remettre .
Merci pour votre intervention .
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