Les voitures électriques font du remous dans le monde de l'automobile.
Ces voitures silencieuses, non polluantes et très performantes
sont appelées à rendre leur homologues à moteur thermique obsolètes d'ici 2025.
Cette vidéo dévoilera la technologie cachée derrière la Tesla Model S
devenue récemment la voiture avec la plus grande accélération.
Nous verrons comment les voitures électriques sont devenues si performantes
en analysant la technologie utilisée dans le moteur à induction,
l'onduleur,
les batteries lithium-ion comme source d'énergie,
et par dessus de tout, le mécanisme synchronisé du véhicule,
le tout de façon logique, étape par étape.
La source motrice de la voiture Tesla vient de l'invention
du grand scientifique Nikolas Tesla il y a environ 100 ans :
le moteur à induction.
Le moteur à induction a deux pièces principales:
le stator et le rotor.
Vous pouvez voir la construction du moteur ici.
Le rotor est une collection de barres conductrices
court-circuitées par des anneaux terminaux.
Un courant alternatif triphasé d'entrée alimente le stator.
Ce courant alternatif génère un champ magnétique tournant dans les bobines.
Le moteur Tesla génère un champ magnétique à quatre pôles.
Ce champ magnétique induit alors le courant dans les barres du rotor
pour le faire tourner.
Dans un moteur à induction, le rotor est toujours déphasé derrière le CMT.
Dans un moteur à induction, il n'y a ni balais ni aimants permanents.
En même temps, il est robuste et puissant.
L'avantage du moteur à induction
est que sa vitesse varie en fonction de la fréquence de la source de CA.
En faisant varier la fréquence de la source d'énergie,
nous pouvons faire varier la vitesse des roues motrices.
Ce simple fait rend les véhicules électriques faciles à contrôler et fiables.
Le moteur est alimenté par un générateur de fréquences variables
qui contrôle la vitesse du moteur.
Le moteur à une capacité de 0 à 18 000 tr/min.
C'est l'avantage considérable qu'ont les voitures électriques
comparés aux voitures à moteur thermiques.
Un moteur à combustion produit un couple et une puissance
dans une plage de vitesse limitée.
Dès lors,
connecter le moteur directement aux roues motrices n'est pas une bonne idée.
Une transmission doit être placée pour faire varier la vitesse des roues motrices.
En revanche,
un moteur électrique fonctionnera dans toutes les plages de vitesse.
Ainsi, une boîte de vitesses n'est pas requise pour une voiture électrique.
De plus, un moteur à combustion ne produit pas de mouvement rotatif direct.
Le mouvement linéaire des pistons doit être converti en mouvement rotatif.
Cela cause des problèmes majeurs d'équilibrage mécanique.
Non seulement le moteur thermique n'est pas auto-démarrant comme un moteur à induction,
en plus, la puissance fournie par un moteur à combustion est toujours inégale.
Plein d’accessoires sont requis pour résoudre ce problème.
Par contre,
un moteur a induction offre un mouvement rotatif direct et une puissance uniforme.
Plusieurs composants du moteur thermique peuvent être évités ici.
Ainsi, le moteur a induction bénéficie d'une grande rapidité de réaction
et d'un meilleur rapport puissance/poids conduisant à des meilleures performances.
Mais d'où le moteur reçoit-il son énergie ?
Depuis un pack batterie.
Le pack batterie produit du courant continu.
Donc, avant d'alimenter un moteur, il doit être converti en courant alternatif.
Un onduleur est utilisé à cet effet.
Cet appareil électronique contrôle aussi la fréquence du courant alternatif
et ainsi la vitesse du moteur.
De plus, l'onduleur peut en plus faire varier l'amplitude du courant alternatif
qui au final contrôle la puissance de sortie du moteur.
L'onduleur agit donc comme le cerveau de la voiture électrique.
À présent, concentrons-nous sur le pack batterie.
Vous serez étonnés de constater qu'il s'agit de simples piles au lithium
similaires celles utilisées dans la vie quotidienne.
Les batteries sont connectées en série et en parallèle pour
produire le courant requis pour faire avancer votre voiture électrique.
Un fluide caloporteur au glycol circule à travers les tubes métalliques entre les piles.
Ceci est une des innovation principale de Tesla.
L'utilisation de petite cellules au lieu de grosses cellules
garantit un refroidissement efficace.
Ceci minimise les points chauds et garantit même la répartition thermique
pour une meilleure durée de vie du pack batteries.
Les cellules sont regroupées en modules détachables.
Il y a 16 modules dans le pack batterie constituant environ 7 000 cellules.
Le glycol chaud est refroidi en passant par un radiateur
qui est installé à l'avant du véhicule.
En outre, vous pouvez voir comment une telle batterie placée près du sol
abaisse le centre de gravité du véhicule.
Cela améliore considérablement la tenue de route de la voiture.
De plus, le large pack batterie est réparti sur tout le plancher
offrant une rigidité structurelle face aux collisions latérales.
Maintenant, revenons au propulseur de la Tesla.
La puissance produite par le moteur est transférée aux roues via une transmission.
Comme on l'a déjà vu,
la Tesla Model S utilise une simple transmission à vitesse unique
car le moteur opère efficacement sur une large plage de conditions.
Vous pouvez voir ici que la vitesse de sortie est réduite en deux phases.
Même la marche arrière est relativement facile sur une voiture électrique.
Pour cela il suffit d'inverser le sens de courant.
Le seul but d'une transmission pour une voiture électrique
est la réduction de la vitesse ainsi que l'augmentation de couple.
La deuxième pièce dans la transmission est le différentiel.
La vitesse d'entraînement réduite passe par là.
Vous pouvez voir que c'est un simple différentiel ouvert.
Toutefois, les différentiels ouverts ont un problème de contrôle de traction.
Pourquoi une telle voiture utilise-t-elle un différentiel ouvert
au lieu d'un différentiel à glissement limité?
C'est parce qu'un différentiel ouvert est plus robuste et peut supporter plus de couple.
Le problème du contrôle de traction lié au différentiel ouvert
peut être efficacement résolu à l'aide de 2 méthodes.
Le freinage sélectif
et la coupure de courant.
Dans un moteur à combustion,
cette rupture par la coupure de l'arrivée de carburant n'a pas d'effet aussi rapide.
En revanche, dans un moteur à induction, la coupure de puissance est assez rapide
et un méthode assez efficace pour le contrôle de traction.
Dans la Tesla,
ceci peut être accompli en utilisant un algorithme de pointe
avec l'aide de senseurs et de contrôleurs.
Bref, le moteur Tesla à remplacé un système mécanique complexe
avec un logiciel intelligent et rapide.
Saviez vous qu'une voiture électrique peut être conduite avec une seule pédale.
Cela est dû à son puissant système de freinage régénératif.
Autrement dit, il y a une grande récupération d'énergie cinétique
sous la forme d'électricité au lieu d'une dissipation de chaleur.
Dans un voiture électrique, dès que vous relâchez l'accélérateur,
le freinage régénératif s’enclenche.
Il est intéressant de noter que durant le freinage régénératif,
ce même moteur à induction agît comme un générateur.
Ici, les roues entraînent le rotor du moteur à induction.
Nous savons que dans un moteur à induction
que le rotor tourne moins vite que le magnétique tournant.
Pour convertir le moteur en un générateur,
il faut s'assurer que la vitesse du rotor est plus grande que la vitesse CMT.
L'onduleur joue ici un rôle crucial en ajustant la fréquence de la puissance d'entrée
et en gardant la vitesse CMT en dessous de la vitesse du rotor.
Ceci générera de l'électricité dans les bobines du stator
qui est supérieure à l’électricité fournie.
Cette électricité peut alors être stockée dans le pack batterie après la conversion.
Une force magnétique opposée agit sur le rotor durant ce processus
faisant ralentir les roues motrices et le véhicule.
La vitesse du véhicule peut ainsi être contrôlée de façon précise
durant la conduite avec l'aide d'une seule pédale.
La pédale de frein peut être utilisée pour un arrêt complet.
Comme vous le savez peut-être déjà,
les voitures électriques sont plus sûres que les voitures thermiques.
Le coût de maintenance d'une voiture électrique
est bien inférieure à celle d'une voiture thermique.
Avec l'amélioration des lacunes grâce aux améliorations technologiques,
les voitures électriques promettent d'être les véhicules du futur.
Nous remercions M. Jehu Garcia, un expert en voitures électriques et YouTuber
pour son expertise pour cette vidéo.
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