EV 101 : Comment fonctionnent les voitures électriques ? (2024)

Comme les coûts de fabricationdéclinet l'infrastructure de recharge s'améliore, les véhicules électriques (VE) sont devenus unplus attrayantachat pour les conducteurs américains qui cherchent à éviter les prix exorbitants de l’essence ou à atténuer lesimpact environnementalde véhicules à essence. Mais concrètement, comment fonctionnent-ils ?

Les bases des voitures électriques

Audi Q5 55 TFSI E Quattro 2021 (Photo : Audi)

Contrairement à un véhicule à moteur à combustion interne (ICE) typique fonctionnant au gaz, les véhicules électriques ne nécessitent pas de combustion explosive via du carburant brûlé pour générer l’énergie nécessaire au déplacement. Au lieu de cela, ils utilisent l’énergie électrique stockée dans leurs batteries pour faire tourner le ou les moteurs électriques connectés aux roues et faire avancer la voiture. En tant que tels, les véhicules électriques comportent moins de pièces mobiles qu’un véhicule à essence et nécessitent généralement moins d’entretien, même s’ils ont actuellement un coût initial plus élevé.

Il existe plusieurs types de véhicules différents qui pourraient être considérés comme des véhicules électriques, ungamme de voituresdes hybrides rechargeables avec de petites batteries supplémentaires aux véhicules entièrement électriques alimentés par batterie, et même aux voitures alimentées par pile à hydrogène.

La plupart des véhicules électriques que vous verrez sur la route aujourd'hui sont soit des hybrides comme la Toyota Prius, soit des véhicules entièrement électriques comme laTesla modèle 3. Nous nous concentrerons ici spécifiquement sur le fonctionnement des véhicules entièrement électriques.

La science derrière la batterie

Intérieur du véhicule électrique (Image : Centre de données sur les carburants alternatifs/Département américain de l'Énergie)

Chaque véhicule électrique dispose d'un bloc de batteries composé de groupes de batteries lithium-ion, ou cellules, qui fournissent l'énergie nécessaire à tout, du déplacement de la voiture au fonctionnement de la climatisation. Vous entendrez également cela appelé batterie de traction, et elle est généralement située au bas du véhicule.

La batterie d’une voiture électrique se charge à peu près de la même manière que la batterie lithium-ion de votre téléphone portable, mais à une échelle beaucoup plus grande. Vous le connectez au réseau via une prise ou une borne de recharge, et il consomme de l’énergie jusqu’à ce qu’il soit chargé. La quantité d’énergie que peut contenir la batterie d’un véhicule électrique dépendra de sa capacité, mesurée en kilowattheures (kWh). Plus le nombre est élevé, plus la capacité est élevée et plus vous pouvez conduire ce véhicule électrique loin avec une seule charge.

Tous les véhicules électriques n’ont pas la même batterie.Égaliseur intelligentles modèles de Mercedes-Benz, par exemple, ont des capacités de batterie de 16,7 kWh, ce qui leur donneenviron 60 millesde portée sur une seule charge. LeTesla Model S longue portée, quant à lui, dispose d’une batterie de 95 kWh et d’une autonomie estimée à 350 milles. La technologie des batteries EV évolue constamment, de sorte que nous pourrions voir des véhicules avec une autonomie plus longue et des temps de recharge plus courts arriver sur le marché au cours des prochaines années.

Contrairement à l’électricité provenant d’une prise murale classique, les batteries produisent du courant continu (CC). Afin de générer une force de rotation, cette puissance doit être convertie en courant alternatif (AC). C’est là qu’intervient la conception du moteur d’un véhicule électrique.

La conception du moteur

Le moteur électrique d’un véhicule électrique n’a pas besoin de pressuriser et d’allumer l’essence pour faire bouger les roues de la voiture. Au lieu de cela, il utilise des électro-aimants à l’intérieur du moteur alimentés par la batterie pour générer une force de rotation.

À l’intérieur du moteur se trouvent deux jeux d’aimants. Un ensemble est fixé à l’arbre qui fait tourner les roues de la voiture, et l’autre se trouve à l’intérieur du boîtier entourant cet arbre. Les deux ensembles d’aimants sont chargés de manière à ce que leur polarité soit la même et se repoussent. La force des aimants qui s’éloignent les uns des autres fait tourner l’arbre, fait tourner les roues et fait avancer la voiture.

Afin de maintenir un état constant de répulsion entre les aimants, leur polarité doit constamment changer à mesure que l’arbre tourne. Sinon, ils finiraient par revenir à un point où ils s’attireraient au lieu de se repousser et se verrouilleraient en place. L’alimentation secteur le fait automatiquement, en alternant constamment entre positif et négatif. Mais comme l’alimentation de la batterie d’un véhicule électrique est en courant continu, un dispositif appelé onduleur est nécessaire pour continuer à inverser la polarité des aimants.

L'onduleur d'un véhicule électrique inverse rapidement la polarité, environ 60 fois par seconde, pour maintenir la force de rotation. UNconvertisseur DC séparéest utilisé pour diriger l’alimentation vers d’autres systèmes du véhicule (chauffa*ge, infodivertissem*nt et éclairage) qui ne nécessitent pas de courant alternatif. La fréquence du courant envoyé au moteur peut être modifiée par le pilote, et plus la fréquence est élevée, plus la polarité s'inverse fréquemment. Cela génère plus de force de rotation, ou couple, et fait tourner les roues plus rapidement.

L'art de charger

Chargeur de véhicule électrique ChargePoint Home Flex

Avec les voitures à essence, vous faites le plein et vous partez. Avec les véhicules électriques, il existe trois types différentsniveaux de bornes de rechargeaux États-Unis, du plus lent (niveau 1) au plus rapide (niveau 3).

• Niveau 1les chargeurs sont des prises murales typiques de 120 volts et sont plus utiles dans les maisons privées où vous pouvez faire le plein pendant la nuit. C'est lent : une charge de 8 heuresajouteenviron 40 milles de portée ; une charge complète peut prendre 20 heures ou plus.

• Niveau 2les stations augmentent jusqu'à 240 volts et produisent entre 10 et 25 kW pour une charge complète en huit heures environ. Cela en fait la solution courante pour recharger la nuit à la maison ou dans des endroits comme les hôtels. Les stations Tesla niveau 2 sont connues sous le nom deChargeurs de destination(par rapport aux superchargeurs). Si vous n'avez pas la prise appropriée, une prise de 240 volts ou une borne de recharge domestique devra être installée pour recharger un véhicule électrique chez vous.

• Niveau 3Les stations de recharge rapide CC (DCFC) fournissent le plus de puissance ; ils peuvent charger une batterie de véhicule électrique à environ 80 % en 30 minutes environ. Ils offrent 50 kW en moyenne, bien qu'il y en ait qui canalisent encore plus de puissance vers la batterie, comme les Superchargers de Tesla.

Station de superchargeur Tesla de niveau 3 à Beaver, Utah, avec une recharge jusqu'à 250 kW. (Photo : Chloé Albanésius)

Il y aun débatsur la question de savoir si l'utilisation constante de bornes de recharge rapide de niveau 3 peut avoir un effet néfaste sur la batterie de votre véhicule électrique. Celui du jurytoujours passur celui-là ; pour l’instant, vous devriez probablement simplement utiliser ce qui vous convient le mieux en fonction de l’endroit où vous vivez et de ce que vous pouvez vous permettre.

La plupart des véhicules électriques sont livrés avec un cordon d’alimentation qui peut être branché sur des bornes de recharge de niveau 1 et de niveau 2, les deux niveaux de recharge les plus courants que vous trouverez. Les Tesla sont également livrées avec un adaptateur qui peut être utilisé dans des stations non Tesla (les chargeurs mobiles sontn'est plus groupé). La plupart des bornes de recharge publiques disposeront d’un groupe de ports de connexion fournissant une alimentation de niveau 2 et 3.

Plutôt que d’épuiser la batterie et de la remplir d’un seul coup, de nombreux conducteurs de véhicules électriques rechargent la batterie pendant que le véhicule est garé tout au long de la journée – au travail, pour faire des courses ou à la salle de sport. Cela évite à la batterie de perdre trop de charge tout au long de la journée et signifie moins de temps à recharger le véhicule ou à rester assis à une station de recharge.

Les véhicules électriques sont également équipés d’un système de freinage régénératif qui exploite l’énergie cinétique de l’arrêt de la voiture et en renvoie une partie vers la batterie pour y être stockée sous forme d’énergie électrique. Cela ne rechargera pas totalement votre véhicule électrique, mais peut le rendre beaucoup plus efficace dans de bonnes circonstances.

Jusqu’où un VE peut-il aller avec une recharge ?

Lucid Air Grand Touring a une autonomie estimée à 516 milles (Photo : Lucid Motors)

Le problème le plus courant en matière de véhicules électriques est l’anxiété liée à l’autonomie. Un véhicule électrique obtiendra-t-il le même kilométrage avec une charge qu’une voiture à essence avec un réservoir plein ? La réponse est : cela dépend.

L’autonomie EV moyenne au moment d’écrire ces lignes est200-250 millessur une seule charge, selon les données agrégées par la base de données des véhicules électriques. Mais les extrémités supérieure et inférieure du spectre varient considérablement, de 50 miles à plus de 300 (le Lucid Airpromesses500+ milles). Plusieurs variables peuvent affecter cette autonomie, à la fois sur le moment et pendant la durée de vie du véhicule.

Tesla Model 3 en charge sur un Phoenix Supercharger. (Photo : Chloé Albanésius)

La taille de la batterie d’un véhicule électrique est l’un des facteurs les plus importants en matière d’autonomie. Mais quelle que soit sa capacité, l’autonomie d’un véhicule électrique peut être réduite par une conduite continue sur autoroute, des accélérations rapides et fréquentes, une utilisation excessive de la recharge rapide, des conditions météorologiques extrêmes et un vieillissem*nt naturel au fil du temps.

Les voitures électriques modernes sont assez compétitives par rapport aux véhicules à essence, et cela devient de plus en plus le cas chaque année. Leur autonomie est déjà comparable à celle d'une voiture à essence en moyenne, et les infrastructures de recharge sont suffisamment nombreuses dans de nombreux domaines pour que les véhicules électriques deviennent une option viable pour les conducteurs à la recherche de véhicules à faibles émissions. Les véhicules électriques ont quelques problèmes à résoudre et ne nous sauveront pas à eux seuls du changement climatique, mais ils peuvent faire partie d’un mouvement plus vaste visant à repenser les transports et à créer des alternatives plus vertes.