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Le système de propulsion d'un véhicule électrique est constitué de deux éléments : le moteur qui fournit la puissance et le contrôleur qui contrôle l'application de cette puissance.

Le contrôleur...

Pour permettre une souplesse et une facilité d'utilisation du véhicule, le contrôle est réalisé sur le couple (donc l'accélération), en agissant le plus souvent sur le courant entrant dans le moteur, avec pour commande, l'accélérateur. Le contrôle par la vitesse seul, comme usité dans l'industrie, n'est pas convenable pour l'agrément de conduite. Bien qu'associé ensemble, ces deux modes de contrôle permettent de réaliser un "cruise control", utile sur parcours autoroutier mais pas en circuit urbain. Le contrôleur agit donc sur la vitesse, l'accélération et le sens de déplacement du véhicule.

Dans les VE, les contrôleurs de traction électroniques actuels offrent efficacité et flexibilité, contrairement à leurs prédécesseurs à résistances qui dissipaient énormément d'énergie. Leur fonctionnement est basé sur la modulation de la largeur d'impulsion électrique envoyée aux balais du moteur. Pour une rotation lente, on envoie à intervalles longs, de petites impulsion, inversement pour une rotation rapide du moteur on envoie plus fréquemment de plus fortes impulsions.

Le choix de l'alimentation électrique (c'est à dire de la tension aux bornes de la batterie) dépends de la conception de l'ensemble, du moteur et des exigences de sécurité formulées. Vu du contrôleur, une haute tension est préférable (de 150-200 V pour les VE classiques à 600 V pour les véhicules collectifs), car le courant, les pertes de conduction sont plus faibles et les composants moins chers. Mais les hautes tensions posent problèmes, tant au niveau de la sécurité qu'au niveau du prix des batteries qui deviennent plus complexes avec un plus grand nombre d'éléments. Un compromis est donc à envisager en fonction du véhicule équipé.

La valeur de la tension de sortie pouvant diminuer avec la décharge de la batterie, il est possible de compenser cette effet avec plus de courant pour conserver la performance. Mais alors, la décharge sera d'autant plus rapide.

Le paramètre de fréquence de fonctionnement du contrôleur est un élément important, car plus elle est basse, plus le contrôleur sera massif et puissant, mais bruyant. Inversement, une fréquence haute permettra un contrôleur petit, léger, inaudible, mais moins efficace.

Donc, dans la définition du contrôleur de traction électrique, les choix techniques dépendent du véhicule concerné. Sachant que la plupart des véhicules électriques disposent aussi du freinage électromagnétique, qui fait fonctionner le moteur en génératrice grâce à l'énergie cinétique du véhicule, et qui ralentit celui-ci, l'énergie générée doit servir à la recharge des batteries. Ce procédé permet de réduire jusqu'à plus de 20 % la consommation du véhicule, et bien entendu l'usure des freins, qui sont eux utilisés pour arrêter le véhicule.

Le moteur...

Un moteur électrique dispose de la capacité à générer un couple sans rotation. Sa puissance nominale est définie par la puissance qu'il peut délivrer pendant une heure sans surchauffe. Ainsi, pour de courtes périodes, il est possible de faire délivrer au moteur électrique, deux à trois fois sa puissance nominale. Le fort courant envoyé génère une surchauffe qui limite cette application dans le temps : c'est le rôle du contrôleur.

A proprement parlé, un dispositif de traction électrique n'a pas besoin d'être accouplé à une boite de vitesses, seul un réducteur et un différentiel suffisent. Néanmoins, dans certaines applications le variateur peut être utilisé.

Les moteurs pour véhicules électriques

Moteurs à courant continu

La source d'énergie provenant de la batterie étant à courant continu, le choix d'un moteur à courant continu semble un choix évident.

Il est composé autour :

• d'un stator (statique) constitué d'éléments magnétiques (permanents ou électromagnétiques),

• d'un rotor (mobile) constitué d'une armature bobinée reliée à des contacts à lamelles (balais),

• d'un collecteur reliant les contacts à lamelles servant à piloter le sens du courant dans les enroulements magnétiques.

Le parcours du courant dans les enroulements magnétiques va générer des oppositions de champs magnétiques entraînant un couple de rotation sur le rotor, ce qui crée le mouvement.

Le moteur à courant continu dispose d'excellentes caractéristiques pour la traction électrique, mais sa fabrication est onéreuse et il nécessite l'entretien du collecteur et des balais (dépôts d'usure).

On définit aussi un moteur à courant continu selon la manière dont le moteur est excité, c'est à dire la façon dont est générée le champ magnétique :

• Les moteurs à excitation série : le champ magnétique est généré par des électroaimants. Les enroulements sont connectés en série avec l'armature : un même courant électrique les traverse.

• Les moteurs à excitation séparée : les courants d'armature et de champs magnétiques sont régulés séparément et indépendamment l'un de l'autre.

• Les moteurs à aimants permanents : l'excitation est produite par un ensemble d'aimants permanents, et non plus par un dispositifs d'électroaimants.

Moteurs à courant alternatif

Ils sont de plus en plus utilisés dans les applications de traction électrique, car étant plus légers et moins coûteux que les moteurs à courant continu. Néanmoins, l'électronique de contrôle et de les contrôleurs sont plus onéreux et plus complexes. Les choix s'orientent donc plus vers cette solution, car des évolutions notables sur l'électronique sont plus probables que celles concernant la technologie de moteurs.

On distingue :

• Les moteurs asynchrones : connus aussi sous le nom de moteurs à induction, le stator dispose d'un bobinage triphasé. L'armature du rotor est appelée cage d'écureuil. Il n'y a aucune connexion électrique entre le rotor et le stator, ce qui veut dire pas de maintenance et des vitesses de rotation élevées possibles. La simplicité permet d'envisager une taille et un poids très réduits.

• Les moteurs synchrones : L'armature est ici placée sur le stator et le bobinage sur le rotor. Le rotor tourne en synchronisme avec le champ magnétique du stator. Pour la traction électrique, on les préfèrera avec une excitation par aimants permanents, cela veut dire pas de balais donc pas d'entretien.

• Les moteurs à courant continu sans balais : c'est en fait, dans la plupart des cas, un moteur à courant alternatif synchrone à aimants permanents, associé à un dispositif électronique permettant de générer les caractéristiques vitesse/couple des moteurs à courant continu. Le contrôle permanent de la position du rotor par rapport au stator est obligatoire.

• Les moteurs à réluctance : il s'agit de combiner les avantages au démarrage des moteurs asynchrones et les avantages des moteurs synchrones à vitesse constante. Construits comme un moteur asynchrone, mais avec un ratio puissance/poids très important, ils en demeurent néanmoins bruyants.

Donc, à chaque application de traction électrique s'applique un type de moteur différent. Il n'y a pas de moteur universel, tout comme pour les batteries et les contrôleurs. Le spécifique donnant toujours un meilleur résultat que le standard...

Intégrer le moteur dans le véhicule

Les technologies développées pour les moteurs et l'électronique associée, permet d'envisager des véhicules électriques à transmission aux 4 roues. La miniaturisation autorise dans certains cas, la mise en place des moteurs électriques dans les roues. On élimine alors tous les dispositifs mécaniques de transmission, au profit d'une gestion électronique de leur fonction.

Bien qu'une transmission conventionnelle soit conservée dans la plupart des cas, c'est à dire moteur/réducteur/différentiel, la structure globale d'un véhicule électrique va vers la simplicité. Plus c'est simple, plus c'est léger, moins cela consomme d'énergie.

Notre position est qu'un véhicule électrique doit être conçu pour un type d'utilisation. Alors il sera efficace. Les véhicules multi-usages ne sont pas une grande réussite, et entraîne avec eux une mauvaise image de marque du VE.

Les accessoires...

Réalisé à partir de traductions d'éléments présents sur les sites de l'AVERE et du DOE.

© Copyright 1998-2006 EV-ShowRoom - Dernière modification : 06 janvier 2006

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