6 composants importants des voitures électriques

Les voitures utilisant l'électricité pour une partie de leur puissance motrice sont de plus en plus courantes, avec plus de 250 000 véhicules hybrides électriques vendus chaque année depuis 2007. Autrefois limitées à quelques grandes villes, les stations de recharge pour véhicules électriques sont désormais présentes partout aux États-Unis, avec plus de 14 000 stations opérationnelles d'un océan à l'autre.

Les technologies fondamentales qui rendent possible la fabrication de voitures électriques existent depuis des années, mais ce n'est que récemment qu'elles ont été combinées pour produire des véhicules remarquablement sûrs, économes en carburant et dotés d'une grande autonomie. Les infrastructures ont eu du mal à s'adapter à l'opportunité représentée par ces nouvelles voitures, mais aujourd'hui, celles-ci ont un avenir prometteur devant elles. Pour ingénieurs électriciens, il est intéressant d'examiner de près les caractéristiques et les composants importants d'un véhicule électrique et la manière dont ils répondent à divers défis.

Examinons quelques-uns des éléments les plus importants d'une voiture électrique :

La batterie

Bien que beaucoup de gens pensent aux hybrides essence-électricité lorsqu'ils pensent aux voitures électriques, ce sont les véritables BEV (véhicules électriques à batterie) qui suscitent le plus d'enthousiasme. Les batteries peuvent être rechargées à l'aide d'électricité provenant du réseau électrique classique dans une station d'alimentation spécialisée. Outre les technologies conventionnelles des batteries lithium-ion, il existe actuellement au moins quatre autres technologies majeures : les batteries à semi-conducteurs, les batteries aluminium-ion, les batteries lithium-soufre et les batteries métal-air. Bien qu'il soit désormais possible d'atteindre des autonomies maximales de 320 km ou plus, une autonomie d'environ 110 à 160 km avec une charge complète est plus courante.

Le contrôleur moteur

Le système de contrôle régit le fonctionnement complet du véhicule électrique et la distribution de sa puissance à tout moment. Il surveille et aide à réguler tous les indicateurs de performance clés, y compris ceux provenant du conducteur du véhicule, du moteur, de la batterie, du contrôleur du moteur, de la pédale d'accélérateur, etc. Équipé d'un microprocesseur puissant, il peut limiter ou rediriger le courant, soit pour améliorer les performances mécaniques de l'appareil, soit pour s'adapter au style de conduite du conducteur. En général, les contrôleurs plus sophistiqués offrent une plus grande précision et donc un rendement supérieur.

Le moteur électrique

Les moteurs électriques peuvent être conçus pour fonctionner avec du courant alternatif ou continu. Les moteurs à courant alternatif sont généralement moins chers et plus légers que les moteurs à courant continu, atteignant un rendement d'environ 95% à pleine charge, contre 85%-95% pour les moteurs à courant alternatif. Les moteurs à courant alternatif sont plus courants dans d'autres types d'appareils électriques et, en grande partie grâce au nombre réduit de pièces mobiles, ils ont tendance à subir moins d'usure mécanique. La technologie à courant alternatif nécessite toutefois un contrôleur plus sophistiqué.

Freinage régénératif

Grâce à sa capacité à augmenter l'autonomie d'un véhicule électrique, le freinage régénératif a été adopté dans pratiquement tous les modèles hybrides et BEV actuellement sur le marché. En termes simples, il permet d'extraire l'énergie des composants freinés afin qu'elle puisse être réutilisée plutôt que gaspillée. Lorsque le conducteur actionne le frein, le moteur électrique passe en mode inverse, ce qui lui permet d'effectuer la majeure partie du “ freinage ” et d'éviter ainsi une perte supplémentaire d'énergie cinétique. Cela contraste avec les systèmes conventionnels utilisant des plaquettes de frein, qui génèrent une friction à plusieurs niveaux pour obtenir le freinage.

Le système d'entraînement

Le système d'entraînement a pour fonction de transférer l'énergie mécanique aux roues motrices, générant ainsi le mouvement. Un véhicule électrique ne nécessite aucun élément similaire à une transmission conventionnelle, mais il existe plusieurs configurations internes différentes en fonction des composants utilisés. Par exemple, un gros moteur électrique peut être couplé aux roues arrière à l'aide d'un boîtier différentiel. Certaines conceptions utilisent plusieurs moteurs plus petits qui alimentent chaque roue individuellement.

Efficacité énergétique et impact environnemental

Il n'est pas surprenant que l'impact environnemental soit l'un des arguments les plus convaincants en faveur de la voiture électrique. Des recherches ont montré que même les véhicules entièrement électriques rechargés à partir des zones les plus polluées du réseau électrique américain produisent moins de pollution que les voitures à essence. Les véhicules électriques réduisent la consommation d'énergie de plusieurs façons, notamment en coupant automatiquement le moteur lorsqu'ils sont à l'arrêt, ce qui ne serait pas efficace pour les véhicules conventionnels. De plus, les utilisateurs de ces voitures peuvent économiser $1 000 dollars ou plus par an par rapport au coût d'un véhicule à essence.

L'avenir est prometteur pour la voiture électrique

Alors que les gens cherchent des moyens de répondre à leurs besoins en matière de transport quotidien avec un minimum impact environnemental et leur coût, les voitures électriques sont assurées de conserver leur place prépondérante sur le marché automobile moderne. Si la toute première voiture hybride a été fabriquée dans les années 1800, les voitures électriques, toutes catégories confondues, n'ont été prises au sérieux qu'à la fin des années 1960. Les véhicules électriques grand public ne se sont généralisés qu'au début du siècle dernier et les infrastructures nécessaires à leur utilisation n'ont vu le jour que ces dernières années. Dans ce contexte, la croissance rapide du véhicule électrique est vraiment remarquable. Les ingénieurs électriciens seront à l'avant-garde du changement à mesure que cette technologie passionnante continuera à être perfectionnée. En quelques décennies seulement, les véhicules électriques pourraient devenir la force dominante sur les routes américaines.