Un équipement de qualité en réduction

À première vue, les voitures électriques peuvent difficilement être distinguées d’un véhicule conventionnel à moteur à combustion. Un coup d’œil au cœur d’une voiture électrique – le moteur – révèle des différences significatives dans l’intérieur, tant en termes de taille que de disposition des composants : Certains des composants nécessaires à un moteur diesel ou à essence ne se trouvent pas dans les voitures électriques.

Qu’il s’agisse d’un catalyseur, de bougies d’allumage ou même du démarreur, tout cela et bien plus encore est inutile dans un mobile à propulsion électrique. D’autres éléments sont plutôt nécessaires.

Vous découvrirez dans cet aperçu pourquoi la technologie de propulsion est si orientée vers l’avenir et comment fonctionne une voiture électrique.

 

1. principe de base des moteurs des voitures électriques

 

Pour qu’une voiture électronique puisse se mettre en marche, elle a besoin de deux composantes qui doivent être comprises comme essentielles. L’un est la batterie en tant que fournisseur d’énergie et le moteur électrique, qui incarne l’élément moteur. Au lieu de la batterie rechargeable, on parle souvent d’une batterie, qui vise finalement le même composant. La batterie stocke l’énergie électrique précédemment fournie afin qu’elle puisse être convertie par le moteur en énergie mécanique, c’est-à-dire cinétique.

Tout d’abord, l’énergie de la batterie circule dans la direction du moteur. Un système de gestion intégré régule les éléments de la batterie, en s’assurant qu’ils produisent tous la même tension et fournissent la puissance requise. Ainsi, ce régulateur est en mesure de prolonger la durée de vie de la batterie installée dans la voiture et de garantir un fonctionnement aussi économique et fiable que possible.

Il y a deux types d’aimants différents dans le moteur. Les stators sont – comme leur désignation l’indique déjà – intégrés en permanence. Il y a aussi un rotor qui tourne. Comme on le sait, deux aimants s’attirent avec des pôles inégaux, mais se repoussent avec des pôles égaux. Grâce à l’énergie provenant de la batterie, les stators changent de pôle en permanence. Pendant ce temps, le rotor du milieu est alternativement attiré et repoussé par les autres aimants, ce qui le fait tourner autour de son propre axe. Le résultat est une rotation, un mouvement tournant. Elle garantit que les roues de la voiture électrique sont finalement mises en mouvement.

Pour que l’énergie nécessaire soit toujours disponible pendant la conduite, des potentiomètres sont situés entre la pédale d’accélérateur et le contrôleur. Ils transmettent des informations sur la quantité d’énergie électrique que la pile doit libérer.

Un système de freinage régénératif est également largement utilisé dans les voitures électroniques. On peut aussi l’appeler frein régénérateur. Il est utilisé pour la récupération, ce qui ne signifie rien d’autre que la récupération. Et l’énergie cinétique déjà générée est récupérée. Lorsque la voiture électrique freine, une partie de cette énergie peut être reconvertie en énergie électrique.

Les moteurs électriques ont l’avantage crucial de pouvoir fournir leur plein couple même lorsqu’ils sont à l’arrêt. Cela signifie que la pleine puissance de traction est disponible dès le début. Cela permet un énorme confort lors du démarrage. Pendant ce temps, les moteurs à combustion n’atteignent leur puissance de traction que dans la plage de 800 à 1 000 tours par minute. Les changements de vitesse ne sont plus nécessaires avec la voiture électrique, c’est pourquoi elle se passe d’une transmission à plusieurs étages et d’un embrayage classique.

Il est également important de mentionner que le moteur électrique a un frottement extrêmement faible et fonctionne donc sans réelle perte d’énergie. L’efficacité est une quantité physique qui décrit le rapport entre l’énergie fournie et l’énergie réellement utilisée.

Les moteurs des voitures électriques ont un très haut degré d’efficacité, qui est souvent de 80 à 90 %. Dans certains cas, ce chiffre peut atteindre 95 %. Cela signifie que seule une très petite partie de l’énergie fournie n’est pas utilisée pour la conduite. L’équilibre est bien pire pour les moteurs à combustion. En moyenne, les moteurs à essence atteignent un rendement d’environ 30 %, tandis que le rendement des véhicules diesel est un peu plus élevé, à 40 %. Le reste est converti en chaleur, ce qui n’est pas important pour la conduite elle-même.

Une caractéristique particulière des voitures électroniques résulte des différents concepts des constructeurs où les moteurs sont installés dans le véhicule. Certains ont le moteur électrique classique sous le capot, d’autres ont deux moteurs électriques, un pour chaque essieu. C’est pourquoi les voitures électriques sont souvent équipées de quatre roues motrices.

Troisième et dernière variante – par exemple réalisée dans le modèle S de Tesla – chaque roue est entraînée par un moteur électrique distinct, chacun étant alimenté par une grosse batterie. Cette variante ouvre une toute nouvelle disposition de l’espace et permet une conduite plus sportive. Le modèle S peut, par exemple, recevoir un coffre à l’avant et un coffre à l’arrière, car les moteurs sont montés directement sur les pneus. En outre, la conception aboutit à un centre de gravité extrêmement bas, ce qui favorise la traction et donc une tenue de route sportive.

 

2. les types de moteurs

 

Outre la batterie en tant que dispositif de stockage d’énergie, le moteur est la partie la plus importante d’une voiture électrique. Les moteurs électriques sont considérés comme étant à l’avant-garde, car ils n’utilisent aucun combustible fossile et ne produisent donc aucun gaz d’échappement. Ensuite, on dit qu’ils sont sans émission.

Fondamentalement, les moteurs des mobiles électriques sont divisés en deux catégories, qui seront présentées ici plus en détail.

 

2.1 Moteurs à courant continu

 

Les moteurs à courant continu ont été désignés en raison du flux de courant. Ce courant se déplace constamment dans une direction. Ce type de moteur se caractérise par un poids relativement élevé et des dimensions importantes.

Cela rend une chose claire : les moteurs de ce type n’ont pas les caractéristiques idéales pour être installés dans une voiture électrique. D’une part, cela augmenterait le poids total du véhicule, ce qui réduirait l’autonomie. D’autre part, les voitures électroniques pourraient être rendues moins compactes en raison du volume du moteur.

 

2.2 Moteurs à courant alternatif

 

Les moteurs à courant continu sont remplacés par des moteurs à courant alternatif dans les voitures électriques. Ils présentent beaucoup plus d’avantages et ont donc une raison d’être évidente. Comme l’indique la désignation, ces machines offrent la possibilité de changer la direction du flux de courant. Il en résulte que différentes tensions peuvent être converties de manière idéale.

Les moteurs à courant alternatif sont également plus compacts, de sorte qu’ils nécessitent moins d’espace à l’intérieur de la voiture électrique. Dans le même temps, leur poids est plus faible, ce qui est particulièrement pertinent pour la mobilité électrique. Après tout, plus le véhicule est léger, moins il faut dépenser d’énergie pour le conduire. Les moteurs à courant alternatif peuvent également atteindre des vitesses extrêmement élevées allant jusqu’à 20 000 tours. Pour les moteurs à courant alternatif, une distinction est également faite entre les moteurs asynchrones et les moteurs synchrones.

 

2.2.1 Moteurs asynchrones

 

La désignation des moteurs asynchrones est due à la génération du champ magnétique entre le rotor et les stators. Il fonctionne avec un certain retard, c’est pourquoi il est décrit comme asynchrone. Ce type de moteur se caractérise par une construction assez simple.

Le rotor se compose uniquement d’un noyau laminé et d’un enroulement de court-circuit. La faible usure est un avantage pour l’utilisation de moteurs asynchrones. Il atteint également des vitesses élevées. Il convient également de mentionner que l’utilisation des terres dites rares n’est pas nécessaire. Les terres rares sont des métaux industriels coûteux et rares, comme le dysprosium ou le néodyme. On les trouve sous forme de composants dans les aimants. Néanmoins, les moteurs asynchrones ne présentent qu’un intérêt limité pour les voitures électriques.

 

2.2.2 Moteurs synchrones

 

Par rapport aux moteurs asynchrones, les moteurs synchrones ont pu s’imposer dans l’électromobilité car ils offrent une densité de puissance encore plus élevée et un rendement plus optimal. Ils sont capables de convertir la plus grande partie possible de l’énergie électrique fournie en énergie mécanique réelle. Dans ces machines, le rotor se déplace de manière synchrone avec le champ magnétique tournant – d’où son nom. Presque tous les constructeurs de voitures électriques utilisent désormais des moteurs synchrones.

 

3 Autres composants essentiels de la voiture électrique

 

Au fond, il devrait être clair qu’une voiture électronique n’a pas besoin de combustibles fossiles pour sa propulsion, mais seulement d’énergie électrique. Cela élimine toute une série d’éléments techniques qui sont essentiels pour un véhicule équipé d’un moteur à combustion. Du réservoir, du radiateur ou même du pot catalytique jusqu’au système d’échappement, la voiture électronique peut se passer de tous ces composants. Toutefois, un type de système de propulsion différent signifie également que d’autres composants interagissent pour assurer le bon fonctionnement du véhicule. Vous trouverez les plus importantes d’entre elles dans cet aperçu.

 

3.1 Batterie haute tension (batterie de traction)

 

La batterie haute tension d’une voiture électronique est comparable à celle d’un téléphone portable pour smartphones. Seuls la taille, la capacité requise et, bien sûr, les performances sont nettement supérieures. Dans une certaine mesure, on pourrait aussi la décrire comme le “char” de la voiture électronique. En règle générale, la batterie haute tension est le composant le plus important du véhicule et est souvent située longitudinalement sous la cellule du passager de la voiture.

La batterie se compose de plusieurs modules de batterie individuels. Celles-ci contiennent à leur tour des cellules individuelles connectées en série. Ensemble, ils produisent la tension nécessaire à la conduite de la voiture électrique. Lorsque la batterie haute tension est chargée, elle reçoit de l’énergie électrique qu’elle stocke sous forme d’énergie chimique. Dès que sa capacité de conduite est requise, ce processus énergétique est inversé et l’énergie électrique est disponible.

À l’heure actuelle, les batteries lithium-ion se sont avérées être la solution idéale pour les véhicules électriques, de sorte que presque tous les fabricants y font confiance. Le type de batterie fournit un certain nombre d’arguments. Par exemple, il offre une densité énergétique élevée, une grande capacité de stockage, est durable et, surtout, adapté à une charge rapide. Ce dernier aspect est particulièrement décisif pour l’adéquation quotidienne des voitures électroniques en termes de temps de chargement.

La recherche et le développement de batteries encore plus puissantes sont loin d’être terminés – jusqu’à 30 fois la capacité actuelle est techniquement réalisable. Cela permettrait d’étendre les portées ou, à défaut, de comprimer les piles. La technologie la plus innovante et la plus prometteuse semble être la batterie lithium-oxygène. Soyons surpris de ce que l’avenir nous réserve.

 

3.2 Batterie basse tension (batterie embarquée)

 

La batterie alimente la voiture électrique en énergie. La batterie basse tension, d’une tension de 12 volts, fournit de l’énergie aux consommateurs et aux appareils à l’intérieur d’une voiture électrique. Ce composant a reçu son nom en raison de son énergie beaucoup plus faible. La batterie de propulsion a une tension beaucoup plus élevée, 350 volts, d’où son nom de batterie haute tension.

Revenons à la batterie basse tension : elle sert principalement de stockage tampon. Loin du moteur, il alimente en électricité les consommateurs d’un véhicule. Il s’agit notamment de

  • Électronique embarquée
  • Éclairage intérieur et extérieur
  • Chauffage des sièges
  • Ventilation / Ventilateur
  • Régulateur de fenêtre
  • Ouvreur de porte
  • Essuie-glace
  • Radio et éventuellement autres appareils multimédias

La partie également appelée batterie embarquée joue un rôle important lors du démarrage du véhicule : elle contrôle l’ensemble du système de la voiture électrique et active le stockage haute tension. Même les courants faibles sont suffisants pour cela. La batterie basse tension existe également dans les voitures à moteur à combustion. On sait qu’elle y est chargée par l’alternateur pendant la conduite. Dans les voitures électriques, une partie de l’énergie de récupération, c’est-à-dire l’énergie gagnée lors du freinage, se retrouve dans la batterie de 12 volts.

Il convient de mentionner à ce stade ce qui se passe en cas d’accident. Pour des raisons de sécurité, la batterie haute tension d’une voiture électronique est immédiatement désactivée. Les risques d’explosion ou d’incendie sont donc catégoriquement exclus. Cependant, la batterie basse tension reste en service pour alimenter l’électronique embarquée. Cela permet d’ouvrir et de fermer les fenêtres et les portes du véhicule.

 

3.3 Électronique de puissance

L’électronique de puissance sert de lien entre le moteur électrique et la batterie. Sa tâche essentielle peut être résumée de manière simplifiée : elle convertit le courant en fonction des besoins en termes de forme, de force et de fréquence. Après tout, la batterie fournit du courant continu, alors que les moteurs communs des voitures électriques nécessitent une tension alternative. À ce stade, l’électronique de puissance remplit sa tâche aussi bien que dans les cas où le véhicule est connecté au réseau public pour la charge : elle transforme le courant alternatif entrant en courant continu pour la batterie.

Si l’énergie de freinage est convertie en énergie électrique par récupération, l’électronique de puissance génère un courant continu pour la batterie. C’est une sorte de centre de contrôle du système électrique des véhicules à haute tension, car toutes les connexions y convergent.

 

3.4 Connexion payante

Ce que le bouchon du réservoir est pour les véhicules à essence et diesel, la connexion de charge pour les voitures électriques l’incarne. Il est généralement situé sur l’une des ailes arrière ou directement sur la face avant du capot, sous l’emblème de la marque. La connexion de charge représente l’interface entre la voiture et le système d’alimentation électrique. Il est possible de se recharger en électricité aux bornes prévues à cet effet, ainsi qu’aux bornes murales (wallbox) ou aux prises conventionnelles. Cependant, il existe différents types de prises sur le côté du véhicule et sur le côté de la station de recharge. Il est souvent nécessaire de travailler avec des adaptateurs pour assurer la compatibilité. Vous trouverez plus d’informations à ce sujet dans notre section FAQ, qui met l’accent sur la batterie et la charge.

 

4. les unités auxiliaires

 

Les groupes auxiliaires de puissance remplissent diverses tâches. Dans les moteurs à combustion, par exemple, ils sont responsables de la purification des gaz d’échappement. Pour les voitures électriques, ce travail n’est pas évident, mais il existe des unités auxiliaires. En fonction de leur tâche, ils sont alimentés par la batterie haute ou basse tension du véhicule. Ils sont responsables de la sécurité, du confort ou même de la garantie de fonctionnement du véhicule :

  • Éclairage intérieur et extérieur des véhicules
  • Chauffage ou climatisation
  • Climatisation de la batterie
  • Assistance au freinage
  • Assistance au pilotage

Le moteur électrique n’a pas de vitesse de ralenti au sens classique du terme, comme c’est le cas dans une voiture normale. Au ralenti, la température et l’énergie y sont générées pour faire fonctionner les fonctions mentionnées ci-dessus et pour réguler la température du moteur.

Lorsqu’une voiture électrique est à l’arrêt, aucune électricité n’est utilisée pour le moteur, mais tous les autres consommateurs, tels que le chauffage et la lumière, ont accès à l’énergie stockée dans la batterie. La climatisation est d’ailleurs la question qui consomme le plus d’énergie. D’une part, il s’agit de la température pour les passagers de la voiture, mais d’autre part, il s’agit principalement de la régulation de la température de la batterie.

Lorsque la température extérieure est particulièrement froide, il faut la réchauffer ; lorsque la voiture est fortement utilisée et que la température extérieure est chaude, il faut utiliser le refroidissement. Tout cela, bien sûr, coûte la puissance de la batterie et, en fin de compte, l’autonomie. Dans ces domaines en particulier, les ingénieurs travaillent à toute vitesse sur des solutions et des améliorations de l’efficacité.

 

5. la carrosserie

 

La carrosserie des voitures électroniques exige un degré d’attention élevé. En tout état de cause, elle joue un rôle important dans tous les types de véhicules lorsqu’il s’agit d’assurer la meilleure protection possible des occupants et de tous les composants installés à l’intérieur. D’autre part, en tant qu’élément formateur, il contribue à l’apparence et à l’esthétique du véhicule afin de créer un haut degré de reconnaissance et de différenciation par rapport aux autres modèles.

Ici, un saut visible dans la conception des voitures électroniques a été réalisé ces dernières années. Si les premières voitures électroniques ne répondaient pas aux goûts des amateurs de voitures, il existe aujourd’hui toutes les variantes de design, de la plus sportive à la plus luxueuse. La raison de ces formes de carrosserie initialement curieuses des voitures électriques est simplement la résistance de l’air et le poids, plus de détails peuvent être vus dans les lignes suivantes :

 

5.1 Conception de la conversion

Le terme anglais conversion signifie traduit en allemand autant qu’une conversion ou aussi une conversion. Transférée à la carrosserie d’une voiture électrique, cette idée vise à utiliser simplement la conception d’un véhicule existant avec un moteur à combustion. Le modèle original est ensuite transformé en une voiture électrique, pour ainsi dire, en adaptant simplement les composants nécessaires au fonctionnement.

Pour le fabricant lui-même, ce principe a du sens et permet d’optimiser les coûts. Le facteur d’effort et de coût pour un nouveau développement serait beaucoup plus élevé. Si un modèle de cCnversion ne parvient pas à la production en série, le dommage est supportable. La réparation de la carrosserie pose également moins de problèmes car les plans et les pièces détachées peuvent être adaptés, de sorte que la manipulation dans les ateliers ne change pas grand-chose pour les mécaniciens qui effectuent les travaux.

Un inconvénient de ce modèle est la conception de base du véhicule pour un moteur à combustion. Les possibilités de placer des moteurs électriques et des accumulateurs sont beaucoup plus polyvalentes qu’un moteur à combustion et le réservoir correspondant. Les évidements préfabriqués pour la transmission, le système d’échappement ou même le pommeau de vitesse à l’intérieur sont soudainement superflus. Il s’agit donc d’une fusion de compromis entre l’ancien et le nouveau.

 

5.2 Conception de l’objectif

Tandis que la conception de la conversion adapte les conceptions existantes, la conception de l’objectif vise à créer un véhicule complètement optimisé pour la mobilité électrique. Il s’agit de la conception cohérente d’une voiture électronique sans avoir à faire de compromis avec les conditions de la technologie de combustion.

La forme et le matériau de la conception sont conçus pour générer le moins de résistance possible à la conduite. Elle est créée par :

  • La résistance de l’air
  • Résistance aux pentes
  • La résistance au roulement
  • Résistance à l’accélération

La conception de l’objectif a fait ressortir l’utilisation de matériaux plus appropriés tels que divers plastiques ou la fibre de carbone.

Pour les fabricants, cela rend le Purpose Design plus risqué. Non seulement les investissements pour un tout nouveau concept de voiture, y compris le temps et les ressources nécessaires, sont coûteux, mais il faut aussi recréer tout le processus de fabrication, y compris l’achat de pièces auprès des fournisseurs.

 

6. l’entretien d’une voiture électronique

 

La voiture électronique est généralement considérée comme beaucoup moins sensible et nécessite moins d’entretien qu’un moteur diesel ou à essence. La raison en est évidente : un grand nombre de composants techniques ne se trouvent tout simplement pas dans le véhicule.

Il s’agit de l’embrayage, des bougies d’allumage, du convertisseur catalytique, du filtre à huile, du système d’échappement, de l’alternateur, du carburateur et des filtres à air. Dans le même temps, il n’est pas nécessaire de changer l’huile et les plaquettes de frein d’une voiture électrique sont beaucoup moins sujettes à l’usure car la récupération (récupération d’énergie lors du freinage) décélère déjà le véhicule.

Néanmoins, une voiture électronique doit également être soumise à des intervalles d’entretien et à des contrôles réguliers. Comme pour les véhicules classiques, la garantie du constructeur y est liée. Ce qui est particulier, cependant, c’est que tous les fabricants n’insistent pas pour avoir leurs propres ateliers agréés, mais il peut aussi y avoir des soi-disant prestataires de services.

En particulier, les jeunes entreprises qui ont développé des véhicules et n’ont pas accès à leur propre réseau complet de points de service font appel à des partenaires externes. Un exemple est le véhicule “e.Go life” d’une société nouvellement fondée à Aix-la-Chapelle (GER), qui a été sous-traité à Bosch Car Service.

Quelles sont donc les parties d’une voiture électronique qui doivent être régulièrement contrôlées et entretenues ? Principalement les roulements et les moyeux, les feux, y compris les phares, les rétroviseurs et les disques, l’eau d’essuyage et bien sûr les plaquettes de frein, les disques de frein ou les tambours de frein.

Le niveau de charge de la batterie basse tension doit être vérifié. Il est évident, d’après cette liste, que les composants nécessitent beaucoup moins d’entretien. Si ces pièces sont défectueuses, une réparation est également assez peu coûteuse et peut être effectuée rapidement.

Du point de vue de l’entretien, il convient de mentionner une étude de l’Institute for Automotive Economics (IFA). Elle a comparé les coûts d’entretien et de réparation des voitures électroniques avec ceux des véhicules à essence et diesel. Une petite voiture a servi de base, qui a été examinée sur une période de huit ans. Le résultat final a été que les coûts encourus pour une voiture électronique ont été inférieurs d’environ 35 %.