Mise à jour: octobre 07


Comment çà roule ?

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    Le véhicule électrique, c'est un moteur électrique relié aux roues, alimenté par des batteries et commandé par un interrupteur électronique très rapide. Dans le détails: 

 

Le Moteur

Photos d’un moteur CC en détails

Le variateur de vitesse

Les batteries

                     

Le moteur

Tout passage de courant dans un conducteur crée une force électromagnétique (Merci Mr Laplace), les moteurs fonctionnent sur ce principe.

Les moteurs les plus couramment utilisés dans les conversions (c.a.d adaptation à l’énergie) électrique faites par des particuliers (USA) sont du type à Courant continu (CC), ils ne nécessitent pas de système de commande complexe et utilisent directement le courant des batteries.

Il en existe de plusieurs type, les plus utilisés étant à bobinage série (les bobinages du stator et du rotor sont reliés en série)

Les moteurs à aimants permanents permettent de faire une économie de courant puisque le champ magnétique est produit en permanence par l’aimant (d’où son nom !) et non plus par le bobinage du stator. Ces modèles limités en puissance sont parfaits pour les véhicules légers : vélo, moto, karting…

Le démarreur de quelques voitures récentes en est un qui fonctionne sur 12V et suivant les voitures peut débiter plus de 300A mais sur quelques secondes seulement.

Les moteurs parfois choisis par les constructeurs de voitures électriques peuvent être à courant alternatif (CA), celui de votre machine à laver en est un qui fonctionne sur 220V. En fait, dans ce cas, c'est un moteur à balais (donc avec un commutateur) dit universel car il peut fonctionner indifféremment en AC ou CC.

Les moteurs AC ou CC sans balais permettent de plus grandes vitesses de rotation et de très haut rendements (>90%), malheureusement l’électronique de commande est extrêmement complexe et donc hors d’atteinte du particulier. (en tout cas pour l’instant)

Photos

Légende (Photos de gauche à droite, haut en bas)

Ce moteur est du type courant continu (photo 6), excitation série, à inducteur bobiné,

12V , 800tr/mn, 400W, classe B. Il était monté sur un petit chariot élévateur industriel.

- La photo 1 représente l’inducteur (ou stator), le courant arrive par un des câbles bleus et repart par l’autre. Il est passé par les bobines(en noir)dans l’une desquelles on voit un bloc ferromagnétique (de la ferraille donc !) en place. Cet ensemble lorsqu’il est traversé par un courant électrique devient un électro-aimant.

Les câbles rouges relient les bobines entre elles et le blanc (que je n’ai pas pris le temps d’enlever !) permet la liaison en série avec les balais.

- Photo 2 : le rotor ou induit, il est lui aussi bobiné, un roulement est en place à gauche et on voit le commutateur à droite sur lequel viennent frotter les balais.

- Photo 3 : les balais montés sur leur platine porte balais, câblés 2 à 2 par un câble…Blanc qui rejoint celui vu sur l’inducteur.

- Photo 4 : la carcasse où se fixe le stator.

- Photo 5 : la carcasse où se fixe le porte balais.

- Photo 6 : la plaque constructeur qui donne les caractéristiques détaillées de la bête.

 

             

Le variateur de vitesse

C’est le carburateur de notre VE, il détermine la quantité d’énergie envoyée au moteur donc sa vitesse et son accélération, on peut varier la vitesse d’un moteur CC de plusieurs façons :

Par résistance

qui en s’opposant au passage du courant va limiter la tension et donc la vitesse du moteur, cette solution est la moins onéreuse, mais très gourmande en énergie : en effet une grande partie de la puissance des batteries va être dépenser en pure perte par  l’échauffement des résistances.

Par contacteur avec solénoïde

Qui est un contact, commandé de la même manière qu’un relais. (le solénoïde est une bobine qui active par électromagnétisme un ou plusieurs interrupteurs) Donc le passage du courant dans la bobine actionne un contact de forte puissance. C’est la méthode utilisée pour activer la plupart des démarreurs de voitures modernes. L’énergie requise pour activer le relais n’est pas très grande d’où un très bon rendement.

Par contacteur avec solénoïde + câblage

On peut en effet jouer sur un câblage série/parallèle par l’intermédiaire de  contacteurs doubles ou triples.

Exemple :

2 batteries de 12V 10A câblées

 - en séries nous donnent une batterie équivalente de 24V 10A.

- en parallèle nous donne une batterie de 12V 20A.

Schéma :

Quel intérêt ?

Et bien vous avez maintenant 2 vitesses :

- une pour le démarrage et les côtes lors desquels le courant disponible sera de 20A (plus de couple et donc d’accélération)

- la seconde pour la vitesse puisque le moteur sera alimenté en 24V ( plus de tension = plus de trs/mn = vitesse plus grande)

Ce système fonctionne bien mais fixe des paliers qui ne permettent pas une variation de vitesse linéaire de 0 à 100% et donc une utilisation confortable.

Par Hacheur (CC) ou onduleur (AC)

L’électronique permet la commande de la vitesse de très gros moteurs, sur une plage de puissance de 0 à 100%.

C’est ce dont avait besoin le VE moderne.

La commande est réalisée par modulation de la largeur d’impulsion (MLI), sous ce nom barbare ce cache un principe très simple: on utilise des transistors de puissance comme interrupteurs pour alimenter par intermittence le moteur, un petit schéma:

A: interrupteur fermé 95% du temps = puissance maximale (5% pertes dans cet exemple).

B: interrupteur fermé 50% du temps = moitié de la puissance.

C: interrupteur fermé 5% du temps = puissance minimale, véhicule quasiment arrêté.

La tension fournie au moteur est ainsi une moyenne en fonction du temps de fermeture de l'interrupteur, pour 100V de batteries: A=95V, B=50V...

Le variateur de vitesse d’un moteur à CC est donc un hacheur de courant , celui d’un moteur à CA se nomme un onduleur car il faut en plus de la variation de vitesse transformer (onduler) le courant continu des batteries en courant alternatif.

L’onduleur est d’une complexité et donc d’un coût largement supérieur au hacheur. En effet, le rôle du commutateur est joué par l'électronique qui doit ainsi prendre en compte la position précise du rotor pour envoyer le courant à la bonne phase au bon moment sans erreur, le système dispose donc de multiples sécurités qui augmentent fortement les coûts.

Les batteries

L’énergie qu’elles accumulent durant la recharge constitue le carburant du VE.

Elles produisent une tension continue, donc toujours positive, à comparer à la tension alternative fournie par EDF :     

       

il y a plusieurs technologies plus ou moins récentes avec pour chacune avantages et inconvénients, dans l'ordre croissant de performances:

Plomb avec principalement: les batteries à électrolyte liquide, gélifiée et absorbée.

Électrolyte liquide ouverte ou étanche : c'est la batterie de voiture dont vous devez surveiller le niveau (et éventuellement le compléter par les bouchons sur le dessus) pour assurer sa bonne santé.

Lourde, supportant très mal les décharges de plus de 10% de sa capacité, entretien compliqué, mais courant instantané important c'est LA batterie de démarrage par excellence. Des batteries quasi-étanches(faussement appelées sans entretien) se trouvent de plus en plus dans les voitures en remplacement des batteries ouvertes.

Électrolyte gélifiée : c'est la batterie sans entretien utilisées dans de nombreuses applications tel que l'alimentation autonome d'une alarme de maison, les alimentations informatiques de secours, la moto électrique du bambin…

Lourde, supportant mal les décharges de plus de 50%, les surcharges importantes (impossible de "faire les niveaux" ) mais entretien nul, résistance aux décharges correcte, sécurité(pas de fuite) c'est la batterie à tout faire. Son prix est 2 fois supérieur.

Électrolyte absorbée : utilisée pour des applications très exigeantes en matière de performances et sécurité tel que l'aviation, accepte les décharges complètes et charges rapides; ici l'électrolyte est mélangée au composants internes et est prisonnière de ceux-ci. Coût 2 fois supérieur à la précédente.

Ni-Cad: ouvertes ou étanches

La différence étant dans la possibilité de fuite et l'obligation de surveiller le niveau pour les modèles ouverts et l'absence d'entretien pour les secondes.

La batterie ni-cad est devenue un standard de l'accumulateur rechargeable.

Elle permet des courants de décharge spectaculaires, accepte une mise à plat totale (c'est même le seul moyen de la charger à 100%) sans trop raccourcir sa vie; est plus légère, moins volumineuse bref que des avantages…mais non car elle est aussi chère, peu performante en charge: rendement de 65 % (pour 100% de courant de charge 35% partent en échauffement), nécessite un chargeur complexe, et possède le fameux et controversé effet mémoire (une succession de charges incomplètes fera baisser sa capacité immédiate).    

Ni-Mh: c'est la batterie utilisé désormais dans les téléphones/ordinateurs portables, elle possède tous les avantages du ni-cad sans les inconvénients; pas d'effet mémoire (en théorie), avec en plus: énergie supérieure, plus légère, écolo (pas de composés fortement toxiques comme le cadmium), que des avantages sauf une durée de vie plus courte, une réticence aux courants de pointe (forte décharge) et  un prix maousse.

Li-ion: commence à faire son apparition pour le public (pour des applications de faibles capacités), encore affreusement chère, la gestion de la charge est très pointue (risque de surchauffe voir d'explosion dans certains cas), des VE en test parcourent déjà plus de 200Kms sur une charge grâce à cette technologie High-tech. 

Lithium-polymère: bien que non encore disponible pour le VE, c'est une évolution spectaculaire du lithium en terme de poids, de puissance, notez la possibilité de lui donner toutes les formes(moulage): imaginez une portière de voiture qui en plus de ce rôle serait votre source d'énergie...
L'autre bonne nouvelle: le prix devrait être "abordable", quant à la date de commercialisation ?

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