Tout ce que vous devez savoir sur un moteur de voiture électrique
L’énergie d’un moteur électrique : comment ça marche ?
Comment fonctionne un moteur de voiture électrique ? À bord d’un véhicule électrique, lorsque le conducteur appuie sur l’accélérateur, la batterie de la voiture transmet l’électricité au stator : cela entraîne la rotation du rotor, laquelle génère l’énergie mécanique nécessaire pour faire tourner les engrenages de la voiture. Lorsque les engrenages tournent, les roues tournent aussi. Toutes ces étapes se succèdent en un éclair, et sans recourir à la combustion de combustibles fossiles !
De quel type de moteur les voitures électriques sont-elles équipées ?
Quels sont les différents types de moteurs de voitures électriques et comment fonctionnent-ils ?
Moteurs de voiture électrique : courant alternatif (AC) ou courant continu (DC) ?
Le courant alternatif (AC) et le courant continu (DC) sont deux types de flux électriques. Comme leurs noms l’indiquent, le courant continu est un courant dans lequel la charge électrique circule dans un seul sens, tandis que le courant alternatif change de sens à intervalles réguliers.
On trouve des moteurs alimentés en courant continu dans les véhicules électriques, mais uniquement sous la forme de mini-moteurs. Ils servent notamment à actionner les essuie-glaces et les vitres, mais pas à propulser le véhicule en lui-même. La traction d’un véhicule électrique est quant à elle assurée par un moteur à courant alternatif.
Les types de moteurs électriques : moteurs asynchrones vs moteurs synchrones
Il existe deux types de moteurs électriques à courant alternatif destinés à la traction d’un véhicule électrique : les moteurs asynchrones (ou à induction) et les moteurs synchrones.
Dans un moteur asynchrone, ou à induction, le rotor est soumis à une rotation et il essaie constamment de « rattraper » le champ magnétique tournant créé par le stator. Ce type de moteur de voiture électrique est réputé pour sa puissance élevée. Il équipe de nombreux véhicules.
Dans un moteur synchrone, en revanche, le rotor tourne à la même vitesse que le champ magnétique. Il génère un couple élevé à vitesse réduite, et est ainsi idéal pour la conduite en milieu urbain. Parmi ses autres atouts, citons sa taille : un moteur synchrone de voiture électrique peut en effet afficher un format compact et un poids peu élevé.
Comment le moteur électrique est-il alimenté ?
Pour que le moteur asynchrone ou synchrone de votre voiture électrique puisse fonctionner, le courant électrique qui l’alimente doit suivre un certain nombre d’étapes, jusqu’à atteindre sa destination finale et jouer son rôle de traction.
Quels sont les équipements alimentés en courant alternatif et continu dans une voiture électrique ?
Il ne faut pas confondre le moteur à courant alternatif d’une voiture électrique et les types de recharge électrique, qui peuvent se faire soit en courant alternatif, soit en courant continu, selon que vous vous branchez directement sur le réseau ou que vous utilisez une borne de recharge spécifique ultra-rapide. Le moteur d’une voiture électrique fonctionne en courant alternatif, tandis que la batterie doit être alimentée en courant continu. Il est donc nécessaire de convertir le courant alternatif en courant continu, à bord du véhicule ou de façon externe.
Le courant provenant du réseau est toujours du courant alternatif. Celui-ci transite par le chargeur embarqué du véhicule électrique (on peut se le représenter comme un convertisseur AC-DC), qui envoie ensuite cette énergie à la batterie. Les bornes de recharge rapide que l’on trouve sur les autoroutes, les parkings et en ville effectuent elles-mêmes le processus de conversion du courant alternatif en courant continu : l’énergie destinée à la batterie arrive donc directement dans la voiture sous forme de courant continu. Ce système est plus rapide que les prises électriques à courant alternatif, mais il nécessite aussi beaucoup plus d’espace.
Comment la voiture transforme-t-elle ensuite le courant continu en courant alternatif pour alimenter son moteur ? La conversion se fait à l’aide d’un onduleur, un dispositif intégré au groupe motopropulseur.
Le groupe motopropulseur d’un véhicule électrique
Dans un véhicule électrique, le moteur électrique constitue une partie d’un ensemble plus vaste : le groupe motopropulseur. Dans ce dernier, on trouve le contrôleur électronique de puissance (PEC, pour Power Electronic Controller), qui regroupe tous les éléments électroniques chargés de l’alimentation du moteur et la recharge de la batterie. Il intègre aussi le réducteur, qui permet de réguler le couple (ou le moment de force) et la vitesse de rotation.
La conception des différents éléments d’un moteur de VE requiert une véritable expertise. Tatiana Sueur, qui supervise l’assemblage des moteurs électriques chez Renault, explique que « pour construire un stator, nous avons notamment dû trouver comment enrouler 2 kilomètres de fil de cuivre dans de petites encoches de tôle sans endommager la céramique isolante qui les recouvre ».
Renault améliore constamment l’efficacité du groupe motopropulseur. En témoignent les innovations techniques apportées au groupe motopropulseur de la Nouvelle ZOE, qui améliorent les performances globales du véhicule et le dote de nouvelles fonctionnalités.
Durée de vie des moteurs de voitures électriques
La durée de vie d’un moteur de voiture électrique dépend de tellement de variables qu’il est difficile de l’estimer avec précision. Dans des conditions idéales, on pense que la durée de vie optimale se situe entre 15 et 20 ans. Par rapport à un moteur à combustion, un moteur de voiture électrique comporte moins de pièces, ce qui implique une maintenance moindre et plus facile.
Quelle est la puissance d’une voiture électrique ?
Dans un véhicule électrique, la puissance en sortie correspond à la différence entre l’électricité fournie en entrée et l’énergie mécanique « utile » qui fait fonctionner le moteur. On appelle ce ratio le rendement de conversion énergétique. Une partie de cette énergie peut se perdre à cause de la chaleur ou de frottements, ce qui signifie que le moteur ne tire pas profit de toute l’électricité provenant de la batterie de la voiture électrique.
La puissance d’une voiture électrique dépend du volume de son moteur et de la puissance du courant en entrée. La Nouvelle ZOE délivre par exemple désormais une puissance de 100 kW, et un couple de 245 Nm. Avec une autonomie WLTP* de 395 kilomètres grâce à une batterie de 52 kWh, la Nouvelle ZOE est particulièrement performante en termes d’efficacité énergétique.
De quel type de moteur les véhicules électriques hybrides sont-ils équipés ?
Un véhicule électrique hybride comporte à la fois un moteur à combustion interne et un moteur à courant alternatif alimenté par une batterie. Jusqu’à récemment, les batteries des véhicules hybrides ne pouvaient être rechargées que par récupération, par le biais du freinage et des phases de décélération. Ils fonctionnaient donc essentiellement grâce au moteur à combustion.
Une nouvelle génération de modèles hybrides a toutefois depuis vu le jour : les voitures électriques hybrides rechargeables. Ces véhicules, dont le Renault Captur E-TECH Hybride Rechargeable, combinent les avantages des deux technologies : ils sont équipés d’une prise de charge spécifique, de deux moteurs électriques et d’un moteur thermique.
* WLTP : Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedures. Le cycle WLTP normalisé se compose de 57 % de trajets urbains, 25 % de trajets périurbains et 18 % de trajets sur autoroute.
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