Structure générale du véhicule.
Les premiers véhicules électriques de grande série reprendront en partie une architecture "classique" des véhicules thermiques, à savoir un moteur, une boite et une chaîne de transmission (classique). A ce niveau, deux différences
majeures :
- la boite de réduction a un rapport fixe, équivalent approximativement au rapport de seconde.
- le moteur est en prise directe sur la transmission : pas d'embrayage.
Ainsi, un moteur fonctionnant de 0 à 10 000 t /mn entrainera le véhicule de 0 à 130 km/h (soit 136 km/h compteur). En revanche, l'ensemble le GMP (Groupe Motopropulseur) est plus compact (5 fois plus puissant par unité de masse)
qu'un moteur thermique .
Batterie de traction.
La batterie de traction contient l'énergie embarquée du véhicule. Sa capacité varie de 15 à 30 kW.h environs, ce qui correspond à une autonomie de 100 à 250 km selon le véhicule et le cycle de conduite effectué. Sa masse, qui est de
l'ordre de 300kg, permet d'abaisser le centre de gravité du véhicule et d'améliorer ainsi sa tenue de route. Sa forme est adaptée au châssis (Cf. Chevrolet Volt).
En cas de court-circuit suite à un incident, la batterie est susceptible de causer un incident comparable à l'explosion d'un réservoir de carburant (30kW.h correspond à l''énergie interne de 3 l d'essence).
Performances dynamiques.
A puissance égale à un véhicule thermique, le véhicule électrique exploite de manière optimale la puissance maximale, à l'exception du premier rapport de vitesse où la force aux roues du véhicule thermique est supérieure. Pour être
complet, il faut aussi tenir compte du fait qu'aucun changement de rapport n'est effectué avec le véhicule électrique.
Conclusion : le temps de montée en vitesse est largement inférieur avec un véhicule électrique : 0-100 en 10 secondes pour un véhicule de 1100kg / 75 ch électrique (12.2s pour une Clio 1.5 dci 80 cv).
Rendement du Groupe Motopropulseur (Onduleur + Moteur)
Contrairement à un moteur thermique, pour lequel le rendement plafonne à 30%, et est très variable sur une large plage de points de fonctionnement, le rendement d'un GMP électrique (onduleur + moteur), est supérieur à 90% sur
une large plage d'utilisation. La relativement faible autonomie du véhicule électrique s'explique avant tout par le peu de quantité d'énergie embarquée : 30 kW.h, ce qui correspond potentiellement à ... 3 litres de carburant.
Néanmoins, en tenant compte du faible rendement du moteur thermique (25 à 28%), cette quantité d'énergie embarquée de 30 kW.h correspond environs à 10l de carburant. on comprend alors mieux pourquoi la chasse à l'énergie est importante ...
Le second point à comprendre est que le VE est capable de recharger ses batteries en phase de décélération ou de descente. Ajouté au fait que le rendement du GMP reste performant à basses vitesses (90%), les 10l d'essence
équivalents permettent d'aller loin en cycle urbain. Dans ce cas, il est assez réaliste d'annoncer une autonomie de 200km.
Le véhicule thermique qui reste sur les premiers rapports, et qui voit son rendement chuter en régime transitoire, a dans ce cas une consommation relativement élevée.
Pertes énergétiques du véhicule électrique
Sur un parcours autoroutier, à vitesse constante, le VE perd son avantage en cycle urbain :
- pas ou peu de récupération d'énergie en décélération.
- forte proportion de trainée aérodynamique (SCx=0.99 sur le graphique ci-contre).
Dans ce cas les 10l de carburant équivalent se font cruellement sentir. Alors que le VE peut parcourir 200 km en cycle urbain, cette autonomie peut chuter à 80km sur cycle autoroutier (à 130 km/h par exemple). Les constructeurs ont
néanmoins fait de gros efforts sur le Scx (coefficient aérodynamique) récemment.
Conséquences :
- l'usage du Véhicule Electrique est réservé aux déplacements urbains et péri-urbains. L'autonomie de 150 km avancée par les constructeurs sera dans ce cas respectée. Mais gare aux déceptions à haute vitesse.
- les constructeurs doivent impérativement soigner le SCx (coefficient de trainée aérodynamique) pour maintenir l'autonomie dans la mesure du possible. Ce point semble avoir été respecté lors de la conception de la gamme Toyota
Prius (hybrides) et surtout de ZOE.
Pour plus d'information, la thèse de JC Papazian "Optimisation de la chaîne de traction d'un véhicule électrique".