Voiture électrique : Architecture

Publié le par _Ulysse_

Dans un précédent article intitulé Voiture électrique : présentation j'avais présenté rapidement cette technologie.
Dans le présent article, je vais rentrer un peu plus dans les détails et présenter "ma" version optimale du véhicule à traction électrique avec les technologies actuellement disponibles.
Ces dernières années, de nouvelles technologies sont apparues rendant le concept de voiture électrique ou plus généralement de véhicules à traction électrique très intéressant.
Premièrement, il y a eu de gros progrès sur les batteries. De nouvelles batteries sont apparues (lithium-ion, lithium métal polymère, NiCd, NiMh, NiZinc) offrant des performances supérieures aux batteries plomb acide jusqu'ici utilisées. Bien que ces batteries aient été développées pour répondre au marché de l'électronique mobile (téléphones, ordinateur potable, baladeurs, appareils photos, caméras, etc) et non pour la traction électrique, celles-ci peuvent répondre aux besoins de véhicules à traction électrique.
Deuxièmement, il y a eu la gestion électronique de la puissance pour les moteurs électriques. Cette technologie permet d'utiliser des moteurs beaucoup plus performants et d'augmenter nettement le rendement moteur moyen.
L'un des premier véhicule si ce n'est le premier à embarquer un tel système est l'EV1 de Général Motor (1).
Troisièmement, avec les nanotechnologies est apparu un nouveau type de condensateur en carbone appelé super-condensateur (2). Ces condensateurs ont des rendements charge-décharge de presque 100%, ils sont bon marché, non toxiques et non polluants, ils ont une grande capacité comparé aux condensateurs classiques (jusqu'à 35Wh/Kg soit comme une batterie au plomb). Ces nouveaux composants sont de plus en plus utilisés notamment dans les trains (3) pour allonger la durée de vie des batteries. En effet, ces condensateurs peuvent être chargés ou déchargés très rapidement et avec un rendement maximal. On les utilise donc comme tampon entre les moteurs et les batteries de manière à recharger ou décharger les batteries avec une puissance d'entrée ou de sortie constante. Ceci permet d'éviter les fortes puissances qui usent beaucoup les batteries et réduisent leur rendement de charge/décharge.
Pour finir, il y a le moteur-roue. Technologie ou méthode qui consiste simplement à mettre un moteur électrique dans la roue, transformant cette dernière en rotor, on aura donc aux choix 2 ou 4 moteurs-roues. Cette technique présente l'énorme avantage de supprimer la transmission et ainsi d'améliorer de manière significative le rendement du système de traction.
Dans une architecture moderne de véhicule électrique, nous avons donc le schémas suivant :

Batteries <-> super-condensateur <-> électronique de puissance <-> moteurs-roues

Dans bien des cas, les véhicules électriques aujourd'hui proposées utilisent un moteur central avec une transmission. Il s'agit souvent de voitures thermiques classiques qui ont été électrifiées. Il est alors plus facile de remplacer le moteur thermique par un moteur électrique.
Nous venons de voir un bref aperçu de l'architecture moderne d'une traction électrique. Il reste un défaut qui  est majeur pour que ce type de traction puisse se généraliser, c'est l'autonomie et le prix. Pourquoi? Parce que malgré les progrès réalisés sur les batteries, celles-ci n'ont pas encore assez de capacité de stockage (que l'on mesure en Wh/Kg) et sont encore chères. Par exemple, les batteries de la Blue Car ou B0 coûtent de l'ordre de 6000 euros pour 250Kg. Ce pack batterie permet de parcourir environ 250Km. Après, il faut recharger ce qui prend des heures. Certes, il existe des systèmes de recharge rapide (en 30min pour aller recharger 80% des batteries) seulement cela diminue la durée de vie des batteries et aussi le rendement de charge. De plus, cela demande une prise adaptée pour faire passer un gros ampérage et il n'y a pas de borne de recharge sur nos autoroutes!
Pour palier ces difficultés, plutôt que d'amasser le plus de batteries possible augmentant d'autant le coût et le poids du véhicule, il est plus judicieux d'emmener peu de batteries et donc de disposer d'une petite autonomie (50 à 100km). Pour les longs trajets, il suffit d'ajouter une génératrice électrique dans le véhicule, fonctionnant avec un carburant conventionnel. Ainsi, pour tout les petits trajets quotidiens représentant de l'ordre de 90% du kilométrage parcouru, votre véhicule roulera sans carburant et pour partir en vacance, un plein en station service devrait suffire.
Cette solution permet d'économiser beaucoup sur les batteries et donc de faire baisser le prix du véhicule. La génératrice permet de régler totalement le problème de l'autonomie du véhicule. Il faut ajouter que sur génératrice un tel véhicule consommera de l'ordre de 2 fois moins de carburant qu'un véhicule thermique classique. C'est le cas des modèles proposés par Chrysler (4) qui fonctionnent avec un petit moteur diesel pour faire tourner la génératrice. Avec une telle architecture rien ne pourrait empêcher ce type de véhicule de se vendre. Qui cracherais sur une petite voiture à 10 000 euros qui consomme 2L au 100 sur génératrice pour 100Ch et qui offre 80Km d'autonomie en tout électrique que l'on peut recharger dans son garage? De plus, celle-ci bénéficierais alors des 5000 euros de bonus écologique!

Dans un prochain article, je montrerais par le calcul que de telles performances sont tout à fait possibles. Je ferais aussi une estimation du rendement de la filière thermique et électrique (Cliquez ici) et de leurs émission de C02 respectives. Si vous avez des remarques à faire ou des erreurs à signaler, vous pouvez le faire dans les commentaires.

Références :

(1) EV1 (wikipédia)

(2) Supercondensateur (wikipédia)

(3) Application des supercondensateurs aux transports

(4) Modèle électriques de Chrysler













Publié dans Technologie

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Commenter cet article

scooter livraison 21/10/2014 12:16


Quand vous dites que certains modèles électriques sont "électrifiés" à partir de modèles thermiques, voulez-vous dire que certaines entreprises n'hésitent pas à vendre des pseudo-modèles
électriques propres et écolo alors qu'ils consomment finalement autant qu'un véhicule thermique ?

André REVY 01/10/2009 10:51


A Lyon dans les années 1956-1962, les petits camions de factage qui parcouraient la ville étaient pour la plupart électrques! et Lyon n'est pas une ville particulièrement plate! essayez la montée
St Sébastien! ou ces véhicules passaient régulièrement en charge! et regardez aussi le prototype Berliet TX 40


_Ulysse_ 05/10/2009 15:24


Bonjour et bienvenue sur mon blog.

Merci pour l'info. Par contre, je ne comprend pas le lien avec les côtes?

Cordialement,

_Ulysse_