Une voiture électrique, comment ça fonctionne ?

Oubliez pistons, boites de vitesse et courroies : la voiture électrique n’a rien de tout cela. Ces véhicules fonctionnent bien plus simplement qu’une voiture diesel ou essence. Automobile-Propre vous explique en détail leur mécanique.

En apparence, une voiture électrique ressemble à n’importe quel autre véhicule. Il faut jeter un œil sous le capot mais aussi sous le plancher pour apercevoir les différences. À la place d’un moteur à explosion utilisant la chaleur comme énergie, elle utilise de l’électricité. Comment fonctionne une voiture électrique ? Pour le comprendre, nous allons suivre le trajet de l’électricité, du réseau public jusqu’à la roue.

La recharge d’une voiture électrique

Tout commence par la recharge. Pour faire le plein, une voiture électrique doit être connectée à une prise domestique, une wallbox ou une borne de recharge. Le branchement se fait à travers un câble doté de connecteurs appropriés. Il en existe plusieurs, correspondant au mode de recharge souhaité. Pour la recharge à domicile, au travail ou sur les petites bornes publiques, on utilise généralement son propre câble avec connecteurs « type 2 ». Sur les bornes rapides, le câble est attaché et propose deux standards : le « Combo CCS » européen et le « Chademo » japonais. Si cela peut paraître compliqué au premier abord, c’est en réalité plus simple une fois habitué. Il n’y a aucun risque d’erreur : les connecteurs n’ont pas la même forme et ne peuvent donc pas s’enficher dans la mauvaise prise.

Une fois la connexion effectuée, le courant électrique alternatif (AC) qui circule dans le réseau de distribution chemine le long du câble connecté à la voiture. Celle-ci procède à une série de vérifications via son ordinateur de bord. Elle s’assure notamment que le courant est de bonne qualité, bien configuré et que la phase de terre est suffisante pour garantir une recharge en toute sécurité. Si tout est conforme, la voiture autorise l’électricité à traverser un premier élément embarqué : le convertisseur, aussi appelé « chargeur embarqué ».

Le port de recharge au standard Combo CCS de la Renault Zoé.

Le convertisseur du moteur électrique

Lorsque l’on se demande quels sont les composants d’une voiture électrique, on aborde forcément le convertisseur. Cet organe transforme le courant alternatif du réseau en courant continu (DC). En effet, les batteries stockent l’énergie uniquement sous forme de courant continu. Pour éviter cette étape et recharger plus rapidement, certaines bornes convertissent elles-mêmes l’électricité pour injecter directement du courant continu dans la batterie. Il s’agit des bornes DC dites de recharge « rapide » et « ultra-rapide », comme celles que l’on peut trouver sur les stations d’autoroute. Très coûteuses et volumineuses, ces bornes ne sont pas destinées à être installées chez un particulier.

La batterie d’une voiture électrique

Dans la batterie, le courant se répartit à l’intérieur des cellules qui la composent. Elles se présentent sous forme de petites piles ou de poches assemblées les unes aux autres. La quantité d’énergie stockable par la batterie s’exprime en kilowattheure (kWh), équivalent au « litre » d’un réservoir de carburant. Le débit d’électricité pour la recharge ou puissance s’exprime en kilowatt « kW ». Les constructeurs peuvent communiquer une capacité « utile » et/ou une capacité « nominale ». C’est tout simple : la capacité utile représente la quantité d’énergie réellement utilisable par le véhicule. La différence entre l’utile et le nominal constitue une marge permettant d’allonger la durée de vie de la batterie.

Un exemple pour comprendre : une batterie de 50 kWh qui recharge à une puissance de 10 kW peut recharger en environ 5 heures. Pourquoi « environ » ? Parce qu’au-delà de 80%, les batteries réduisent automatiquement la vitesse de recharge. Comme une bouteille d’eau que l’on remplit au robinet, il faut diminuer le débit pour éviter d’éclabousser.

Le moteur d’une voiture électrique

Le courant est ensuite dirigé vers un ou plusieurs moteurs électriques. Un onduleur va transformer le courant continu stocké dans la batterie en courant alternatif pour le fonctionnement du moteur. La rotation s’effectue par le rotor du moteur, qui bouge sous l’action d’un champ magnétique généré dans le stator (la bobine statique du moteur). Avant de parvenir aux roues, le mouvement traverse généralement un réducteur à rapport fixe afin d’optimiser la vitesse de rotation.

La particularité de la voiture électrique est qu’elle est dépourvue de boite de vitesses, ce qui réduit notamment les coûts d’entretien. Elle est inutile car le fonctionnement du moteur d’une voiture électrique peut se poursuivre sans problème jusqu’à plusieurs dizaines de milliers de tours par minute. Il fournit directement la rotation, contrairement à un moteur thermique qui doit convertir le mouvement rectiligne des pistons en mouvement circulaire via son vilebrequin. Logiquement, il y a beaucoup moins de pièces en mouvement dans une voiture électrique que dans un véhicule thermique. Elle n’a pas besoin d’huile pour son moteur, est dépourvue de courroie de distribution et nécessite donc bien moins d’entretien.

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Freinage régénératif d’une voiture électrique

Autre avantage pour les véhicules à batterie : ils peuvent générer de l’électricité. Cela s’appelle le « freinage régénératif » ou « mode B ». En effet, lorsqu’un moteur électrique tourne « dans le vide » sans être alimenté en courant, il en fabrique. Cela arrive à chaque fois que l’on retire le pied de la pédale d’accélérateur ou que l’on freine. L’énergie récupérée est ainsi directement injectée dans la batterie.

La plupart des modèles récents de voitures électriques proposent même des modes permettant de choisir la puissance de ce frein régénératif. Réglé au maximum, il freine fortement le véhicule sans solliciter les disques et plaquettes tout en économisant quelques kilomètres d’autonomie. A bord des voitures thermiques, cette énergie est tout simplement gaspillée et accélère l’usure du système de freinage.

La panne d’électricité

La panne technique est donc plus rare sur les voitures électriques. Il peut cependant arriver de se retrouver en panne d’énergie, après une mauvaise anticipation du conducteur comme à bord d’une voiture essence ou diesel. Dans ce cas, le véhicule alerte à l’avance du niveau de batterie faible, généralement entre 5 et 10 % restants. Un ou plusieurs messages s’affichent sur le tableau de bord ou l’écran central et mettent en garde l’utilisateur.

Il est possible de rouler plusieurs dizaines de kilomètres supplémentaires selon les modèles avant de rejoindre un point de charge. Mais il est préférable de bien prévoir son trajet afin d’éviter une situation difficile. La puissance du moteur est parfois bridée afin de réduire la consommation et donc étendre l’autonomie. Au-delà, le « mode tortue » est automatiquement enclenché : la voiture ralentit progressivement jusqu’à l’arrêt complet. Sur le tableau de bord, des signaux intiment fermement au conducteur de trouver une zone où s’immobiliser en attendant une dépanneuse.