La voiture électrique date déjà depuis le 19ème siècle et devient aujourd’hui un véritable allié pour le déplacement écologique. Son développement sur le marché a été sollicité afin de mieux responsabiliser et sensibiliser les conducteurs dans la protection de l’environnement.
Reconnue pour sa technologie moins polluante, le fonctionnement de la voiture électrique semble toutefois encore être un mystère pour certains. Découvrons donc le principe de fonctionnement de ce type de véhicule tout en analysant ses différents éléments et ses plus grandes spécificités.
La voiture électrique: qu’est-ce que c’est ?
La voiture électrique est un véhicule qui est propulsé par un ou plusieurs moteurs électriques. Ces derniers vont utiliser l’énergie stockée dans la batterie du véhicule pour pouvoir s’alimenter. Comme il s’agit d’un véhicule électrique, la batterie de ce dernier se recharge donc via un câble et une prise adaptée.
En termes de mobilité, ce type de véhicule permet de se déplacer dans la ville et peut profiter de stationnement gratuit et d’une circulation optimale notamment en période de restriction ou lorsque la pollution est accrue.
Afin d’assurer le fonctionnement des véhicules électriques, ils doivent alors disposer des éléments suivants :
- Une fiche ou une prise : Il s’agit d’un port de charge permettant d’assurer la connexion de la voiture à un dispositif externe afin de permettre de la recharger.
- Un chargeur embarqué : Ce chargeur permet la conversion de l’électricité en courant alternatif en courant continu afin de charger la batterie du véhicule.
- Un pack batterie : Il s’agit des dispositifs alimentant le ou les moteurs électriques en énergie électrique. Ce pack va donc stocker de l’électricité pour alimenter la voiture.
- Un convertisseur de courant : Il assure la transformation du courant alternatif en courant continu.
- Une transmission : Elle permet de transférer la puissance mécanique du moteur afin d’activer les roues.
- Un calculateur moteur : Il s’agit en gros du cerveau du moteur pour permettre le démarrage de la voiture.
- Un ou plusieurs moteurs électriques : Ce sont les composants de base pouvant faire fonctionner la voiture électrique.
Les différents types de voitures électriques
Il existe plusieurs types de voitures électriques sur le marché :
- Le véhicule 100% électrique : Ce dernier ne peut fonctionner qu’avec de l’électricité.
Il fonctionne donc sans l’utilisation de moteur à combustion, mais plutôt via l’énergie fournie par un réseau électrique (borne de recharge).
- Le véhicule électrique à autonomie étendue : ce type de véhicule dispose d’un moteur à essence ou moteur à diesel permettant d’alimenter ses différentes batteries et donc de fournir de l’énergie au moteur électrique.
Le moteur thermique de ce type de voiture sert donc à alimenter la batterie afin de garantir une meilleure autonomie.
- Le véhicule hybride rechargeable : Ce dernier possède à la fois un moteur électrique mais aussi un moteur thermique.
Ainsi, il est possible de bénéficier d’une recharge électrique en connectant le véhicule au système d’alimentation électrique.
Les caractéristiques qui différencient les voitures électriques aux voitures traditionnelles
Il faut savoir que visuellement, une voiture électrique ressemble à une voiture conventionnelle. La seule différence que vous pourrez constater sur son extérieur est l’absence de pot d’échappement. La réelle différence se situe au niveau des points suivants :
- Sa technologie
- Son comportement
- Son absence d’émissions
Le principe de fonctionnement voiture electrique
Les voitures électriques reposent sur le principe suivant : rouler à zéro émission pour une mobilité responsable et durable. Afin d’atteindre efficacement cet objectif, les constructeurs d’auto électrique vont alors intervenir sur le développement des points suivants :
- Les nouvelles motorisations consommant moins de carburant
- L’amélioration de l’aérodynamisme des véhicules électriques
- L’utilisation optimale de matériaux verts
- La mise en place de technologie à faible consommation d’énergie
- La conception de véhicules électriques plus légers
La puissance de la voiture électrique
Si la puissance d’une voiture thermique s’exprime en chevaux vapeurs ou CV, celle d’une voiture électrique est exprimée en kiloWatts ou kW. Ainsi, plus la distance parcourue est élevée, plus la puissance exigée sera importante. Ainsi pour 100 km d’autonomie, la puissance de la voiture devrait tourner autour de 15 à 17 kW.
Le fonctionnement de la batterie d’une voiture électrique
La batterie lithium-ion
La batterie d’un véhicule électrique est généralement en lithium-ion car cette technologie permet d’assurer une meilleure performance à l’engin. Cette batterie possède une capacité s’exprimant en kWh. Selon les modèles, la capacité de la batterie peut varier.
La batterie lithium ion du véhicule électrique permet ainsi de définir son autonomie. Cette dernière peut varier de 100 à 500 km actuellement.
En termes de cycle de recharge, la batterie peut avoir environ 1500 à 2000 cycles de recharge pour une durée de 10 ans en moyenne.
Les caractéristiques de la batterie lithium-ion sont :
- Une haute densité d’énergie
- Un taux d’auto décharge faible
- Zéro maintenance
- Un circuit de protection et de régulation : BMS
- Une charge complète de 10 heures à domicile (sur prise domestique)
- Une durée de charge réduite sur wallbox ou borne de recharge
- Une recharge rapide de 30 minutes pour 80% de charge récupérée
La pile à combustible
Il est aussi possible de stocker de l’énergie via une pile à combustible. Mais pour cela, la voiture électrique doit utiliser de l’hydrogène. Avec cette alternative, il est possible de faire le plein rapidement.
Ici, l’énergie stockée est donc sous forme de liquide et non sous forme chimique. Généralement la pile à combustible sert de batterie de secours ou encore d’appoint de puissance.
Elle permet également de récupérer l’énergie cinétique lors des phases de décélération ou encore de freinage.
Les facteurs influençant l’autonomie
Cependant, il faut savoir que l’autonomie de la voiture dépendra également d’autres facteurs, à savoir :
- Le comportement de conduite
- La température extérieure
- L’utilisation des équipements
- L’entretien de la batterie
L’achat ou la location de batterie électrique
Sachez que vous disposez de deux options lorsque vous devez vous approvisionner en matière de batterie :
- La location de la batterie : Comme la batterie est très couteuse chez un véhicule électrique, vous avez la possibilité de la louer auprès de votre concessionnaire.
En plus de cela, il est possible également de bénéficier des différents services d’entretien et d’assistance en cas de panne de batterie.
- L’achat de la batterie : Si vous disposez d’un budget suffisant, vous pouvez directement acheter une batterie. Il s’agit là d’un investissement qui vous fera profiter sur le long terme.
Le marché proposera également bientôt de nouveaux types de batteries, à savoir la lithium-air ou encore la lithium-soufre. Ces dernières pourront optimiser davantage l’autonomie des véhicules électriques pour les prochaines années.
Le fonctionnement de la recharge
Les différents dispositifs de recharge
La recharge d’un véhicule électrique se fait selon plusieurs dispositifs au choix. Vous pouvez opter pour ces différents points de recharge :
- Une prise domestique : Vous pouvez recharger la batterie chez vous via une prise classique ou bien une prise renforcée Green’up sur courant alternatif. Pour ce faire, il est indispensable de faire passer le courant alternatif par un redresseur interne à votre véhicule : ac dc.
Cette recharge vous fera bénéficier d’une autonomie située entre 35 et 50 km pour une limite de puissance de 2,7 kW.
Toutefois, il faudra attendre un temps de recharge long pour cette option. L’avantage c’est que vous pouvez recharger toute la nuit pour alléger votre facture d’électricité.
- Une wallbox ou borne de recharge : La borne de recharge peut se présenter sous deux formes. Vous pouvez la fixer sur le mur ou bien la mettre sur pied à l’aide d’un support.
Ce dispositif vous fait profiter d’une autonomie pouvant aller jusqu’à 300 km. Vous pouvez disposer d’une wallbox murale à 1500 euros tout en sollicitant un crédit d’impôt de 300 euros.
- Des bornes de recharges publiques : Pour faciliter vos déplacements en ville, vous pouvez aussi opter pour une recharge sur borne publique. Ce dispositif offre une puissance de charge rapide (30 minutes).
Son utilisation nécessite toutefois des cartes RFID qui permettent de vous identifier et d’effectuer le paiement de la recharge.
Les équipements de la recharge
En ce qui concerne les équipements de la recharge, vous devez considérer le câble de recharge adapté et les différentes prises. Généralement le câble est fourni à l’achat de votre véhicule électrique. Généralement vous avez :
- Une prise classique : Ce type de connecteur permet une compatibilité avec tous les types de véhicules électriques.
- Une prise de type 1 : C’est un modèle japonais monophasé pouvant supporter deux niveaux de charge en courant alternatif.
- Une prise de type 2 (prise standard sur borne et sur véhicule) : Ce connecteur est le plus utilisé en Europe et peut être en monophasé ou en triphasé.
- Des prises CHAdeMO et Combo CCS (sur borne) : C’est un type de connecteur triphasé qui permet une utilisation en courant continu et à grande vitesse.
Le mode de charge
Mis à part les différents connecteurs ou prises, il faut aussi savoir que les chargeurs électriques sont classifiés selon quatre différents modes de charge :
- Mode 1 : Avec ce mode, le passage du courant de la prise au véhicule et direct. Il n’y a donc pas d’unité de contrôle en intermédiaire. C’est toutefois un système à risque car à tout moment, le chargeur peut surchauffer.
- Mode 2 : Ce mode présente une unité de contrôle de charge permettant de couper l’alimentation lorsqu’une anomalie venait à être détectée. Ce mode est aussi fonctionnel au niveau des voitures hybrides.
- Mode 3 : C’est un système avec une technologie avancée. Le câble utilisé va alors se brancher sur une borne de recharge et non sur une prise domestique. De ce fait, la charge pourra être contrôlée plus intelligemment.
C’est aussi un mode compatible avec les véhicules hybrides. C’est d’ailleurs un mode adapté à une large gamme de voitures telles que l’ Audi, le bmw, la nissan, la tesla, la mercedes, la kia ou encore la volkswagen.
- Mode 4 : Ce mode de charge est notamment utilisé au niveau des bornes de recharges publiques.
Le mode d’emploi de la recharge
Si vous souhaitez faire le plein de votre voiture électrique, vous devez suivre les étapes suivantes simples suivantes :
- Connectez le câble en branchant les connecteurs sur votre véhicule ensuite sur le dispositif de recharge. Généralement, si vous rechargez votre engin à domicile, vous pouvez utiliser le câble de type 2. Si vous utilisez une borne rapide, vous devez envisager un câble Combo CSS ou CHAdeMO.
- En fin de charge, débranchez le câble du dispositif avant de retirer les connecteurs au niveau de votre véhicule.
Le temps de recharge
Le temps de recharge d’une voiture électrique va dépendre du type de chargeur, de la puissance du chargeur, de la capacité de la batterie ainsi que de la puissance de votre compteur électrique. Voici quelques indicatifs :
- Sur prise domestique : le temps de charge peut aller jusqu’à 15 heures (charge complète) avec une puissance de charge 3,7 kW.
- Sur wallbox : le temps de charge peut aller jusqu’à 4 heures pour une batterie de 22 kW et 7 heures pour une batterie de 50 kW
- Sur borne publique : le temps de charge peut aller d’une heure ou 2 heures pour une puissance de charge de 22 kW
Le fonctionnement du convertisseur
Le convertisseur fournit à la voiture un courant et une tension d’amplitude et de forme différentes par rapport à celui qui est entré. Il permet d’assurer le passage d’un courant alternatif en courant continu.
Ce passage du courant alternatif en courant continu se produit au niveau des bornes de recharge rapide ou bornes DC. Toutefois pour une recharge rapide, il est conseillé d’approcher directement les dispositifs sur autoroute au lieu d’installer une borne de recharge rapide chez soi. En effet, cela vous fera un gros investissement.
Le fonctionnement du moteur
Les spécificités du moteur
Un véhicule électrique peut s’équiper d’un ou de plusieurs moteurs électriques de toutes tailles. Le moteur ne nécessite pas une boîte de vitesses pour changer de vitesse.
En effet, il s’agit d’un moteur progressif qui n’a pas besoin d’embrayage. Il peut fonctionner correctement et fournir un couple maximal instantané grâce à une bonne réactivité.
D’une grande efficacité, les moteurs électriques peuvent convertir l’énergie qu’ils consomment en mouvement. C’est la batterie qui va donc alimenter le moteur et lui fournir la puissance dont il a besoin.
Le moteur peut également agir comme un générateur d’électricité, notamment durant les phases d’accélération et les phases de décélération. Dans ce cas, le moteur utilisé peut être à induction ou encore à aimants permanents.
Ce moteur n’a également pas besoin d’huile, contrairement aux véhicules thermiques. Cela facilite donc son entretien.
Les différents types de moteur électrique
Un véhicule électrique peut disposer de deux différents types de moteur :
- Le moteur synchrone : Ce type de moteur peut générer un champ magnétique lors de son activation. Le courant passera ainsi au niveau du stator pour pouvoir ensuite permettre au rotor de tourner continuellement.
Ce moteur se distingue par son rapport entre performances et taille, mais aussi par la facilité avec laquelle la vitesse est contrôlée. Le moteur synchrone permet aussi un faible niveau de bruit et de vibration.
C’est un type de moteur adapté pour les voitures devant effectuer de longues distances avec une vitesse assez élevée.
- Le moteur asynchrone : Dans ce type de moteur, le rotor devient l’électro-aimant en générant lui seul le champ magnétique. Il s’agit d’un moteur à faible densité de puissance et un faible couple de démarrage. Ce moteur est adapté à une conduite en ville où il est possible de s’arrêter fréquemment. Il s’adapte aussi à une vitesse moins élevée.
Le fonctionnement de l’unité centrale de commande
Il s’agit du contrôleur qui est chargé de s’assurer que tout fonctionne correctement. Cette unité de contrôle intervient sous forme d’ordinateur. L’unité centrale de contrôle électronique permet de gérer tous les systèmes du véhicule électrique, à savoir :
- L’accélération
- La stabilité
- Le contrôle de traction
- La répartition du couple entre les essieux et les roues
- Les systèmes multimédias
- Le contrôle de la relation bidirectionnelle entre la batterie et le ou les moteurs
Ainsi, le contrôleur permet de gérer les systèmes d’aide à la conduite, notamment à la conduite autonome.
Cette unité permet aussi de contrôler le flux d’énergie qui est délivré par la batterie, le chargeur embarqué et la gestion de la batterie (état de charge, température, limite de charge, etc.).
Le fonctionnement du freinage régénératif
Il est aussi possible de générer de l’électricité via le freinage régénératif. Ainsi le moteur va fabriquer du courant lorsqu’il n’est pas alimenté en courant. Lorsque vous freinez, une énergie est alors récupérée pour être injectée directement dans la batterie.
Les phases de fonctionnement de la voiture électrique
La voiture électrique fonctionne en trois principales phases :
- La phase d’accélération : Cette phase consiste tout simplement à appuyer sur la pédale d’accélération de la voiture électrique. Pour assurer le mouvement des roues, tout comme le convertisseur qui permet le passage du courant alternatif en courant continu, le convertisseur onduleur va permettre de transmettre l’énergie de la batterie au moteur pour qu’il s’active.
Le moteur électrique va donc permettre de convertir l’énergie électrique en énergie mécanique.
- La phase de décélération : Cette phase est la phase du freinage où le moteur va transmettre une tension électrique aux batteries via le convertisseur onduleur.
- La phase de charge : Cette phase correspond à la recharge du véhicule lorsqu’il est immobilisé. La batterie pourra alors s’alimenter en charge via un convertisseur 400-12 V.
Les spécificités de la voiture électrique
En plus de son fonctionnement simple, la voiture électrique dispose de plusieurs spécificités toutes aussi profitables :
- Moins d’équipements : La voiture électrique est dépourvue des équipements encombrants tels que les courroies, les pistons, la boîte de transmission ou encore un réservoir de carburant, qui nécessitent à chaque fois des vérifications.
- Entretien : L’entretien d’un véhicule électrique est moindre par rapport à un véhicule thermique. Vous n’avez nul besoin de faire la vidange de votre engin, ni de changer régulièrement vos pièces, comme la plaquette de frein. Il est donc possible de profiter d’une voiture économique sur le long terme.
- Confort : La voiture électrique est inodore et silencieuse grâce à son moteur électrique. La conduite se fait en toute tranquillité et avec un confort optimal.
- Ecologie : Comme la voiture est pourvue d’un moteur électrique, elle n’émet donc pas de polluants durant son usage. Cependant la fabrication des batteries lithium-ion peut générer de véritables déchets.
- Recharge : la recharge peut être lente ou rapide selon la puissance de la borne utilisée. Vous pouvez donc recharger votre véhicule pour une durée moyenne de 30 minutes pour une recharge rapide et une durée moyenne de 6 heures pour une recharge normale.
La panne de voiture électrique
Dans la majeure partie des cas, la voiture électrique tombe rarement en panne. Le type de panne qu’une voiture électrique pourrait subir serait notamment une panne d’énergie. De ce fait, lorsque votre voiture tombe en panne, cela signifie que la batterie est à plat.
Généralement, vous devez être alerté par des indicateurs sur le tableau de bord de votre véhicule. Cela se présente lorsque le niveau de batterie est bas. Vous disposez encore d’environ 5% d’énergie (une équivalente de 20 à 50 km d’autonomie) restante pour pouvoir rejoindre un point de recharge.
Au-delà de cette autonomie, votre véhicule se décélère progressivement et vous ne pourriez alors plus que profiter d’une vitesse maximale de 10 km. Afin d’éviter que votre voiture ne s’immobilise complètement, il est préférable d’atteindre le point de charge le plus proche.
Les avantages de la voiture électrique par rapport à son fonctionnement
En utilisant une voiture électrique, il est possible de profiter de nombreux avantages :
- Des performances : Le moteur électrique d’une voiture électrique est tout à fait performant grâce à un couple maximal atteint au niveau de l’ensemble de la plage de régime moteur.
Le moteur peut donc monter à des tours beaucoup plus élevées qu’un modèle thermique. C’est l’un des avantages les plus appréciés de ce modèle de véhicules. Par exemple, vous pouvez disposer d’une Model S pour une plage de fonctionnement atteignant les 16000 tours par minute.
- Une conduite plus enrichie : Avec une voiture électrique, vous pouvez optimiser votre conduite de manière responsable. Il est possible par exemple d’utiliser le mode « brake » pour intensifier le frein moteur afin de maximiser la recharge de la batterie en phase de décélération.
Au niveau des modes de conduite, vous pouvez activer le mode « normal » pour garantir une conduite confortable au quotidien, le mode « eco » pour optimiser l’autonomie de la batterie et le mode « sport » pour bénéficier de plus de sensations et de performances.
- Une étiquette zéro émission : Vous pouvez vous déplacer en ville toute en liberté et vous garer sans craindre une limite de temps.
Les facteurs à considérer pour le bon fonctionnement de sa voiture électrique
Il est important de considérer certains facteurs permettant d’assurer le bon fonctionnement et une meilleure utilisation de sa voiture électrique.
La maîtrise de la consommation
Il est utile de pouvoir optimiser les dépenses liées à votre voiture électrique. Votre consommation va donc dépendre de plusieurs facteurs :
- La vitesse : Il faut savoir que lorsque vous augmentez en vitesse, vous augmentez également en énergie consommée. Il est donc important de maintenir une conduite plus économe afin de mieux maîtriser sa consommation.
- Le style de conduite : En adoptant une conduite plus souple, vous pouvez réduire considérablement votre consommation d’énergie. Pour cela, sollicitez l’éco-conduite.
- Le poids du véhicule : Lorsque vous roulez avec une charge élevée, vous consommez davantage d’énergie. C’est pourquoi il faut optimiser la consommation d’énergie en enlevant les charges inutiles de votre voiture.
- La température : Si vous activez le chauffage de votre véhicule, sachez que cela pourrait également impacter sur la consommation d’énergie. Si vous souhaitez ainsi bénéficier d’une bonne température en période hivernale, alors préchauffer en avance votre voiture durant sa recharge.
- Le type de surface de conduite : Tenez également compte de la typographie de la route. Une route encombrante avec de nombreux obstacles peut nuire à votre consommation.
L’entretien de la voiture électrique
Malgré le peu de pièces que dispose une voiture électrique et le faible entretien généré, vous devez tout de même assurer certaines vérifications afin de maintenir le bon fonctionnement de votre véhicule. Pour cela, portez attention à l’état des pièces d’usures :
- Plaquettes de frein
- Disques de frein
- Pression des pneus
- Direction
- Suspensions
- Batterie
Le coût de consommation d’une voiture électrique
Il faut savoir qu’une voiture électrique est beaucoup plus économique en matière de consommation par rapport à une voiture thermique.
Comme il a été dit plus tôt, le véhicule consomme à peu près 15 kW/100 km, ce qui équivaut à un coût d’environ 1,7 euro/100 km. Si vous utilisez une voiture thermique, le prix du carburant pour 100 km est de 8 euros.
Il est également possible de recharger sa voiture électrique sur une borne de recharge gratuite pour un certain temps. Il s’agit notamment des bornes de recharge de 22 kW.
Les bornes de recharge rapide sont les plus chères. Pour une renault zoé par exemple, vous devez compter 10,15 euros pour récupérer 100 km d’autonomie.
Si vous souhaitez alors alléger vos coûts de consommation, vous pouvez tout simplement solliciter la recharge à domicile.
Dans tous les cas, vous pourrez profiter d’un coût de consommation moindre peu importe votre modèle de voiture électrique.
