Les avantages des véhicules électriques et leurs défis

Alors que le monde cherche à réduire la pollution et à adopter des modes de transport plus durables, de nombreuses personnes placent leurs espoirs dans le succès des véhicules électriques (VE).

En termes de transport plus écologique, ils offrent certainement un certain nombre d’avantages par rapport à ceux propulsés par des moteurs à combustion interne (MCI). Le principal avantage est d’éviter l’utilisation de combustibles fossiles à base d’hydrocarbures, source d’une grande partie de la production mondiale de gaz à effet de serre, ainsi que d’autres polluants graves tels que le monoxyde de carbone, l’oxyde nitreux et les particules en suspension dans l’air.

D’ailleurs, en 2020, les voitures ont produit environ 7,3 milliards de tonnes de CO2, un chiffre qui représentait quelque 41 % du total du secteur des transports dans son ensemble. En revanche, l’aviation, qui est le centre d’attention de nombreuses personnes pour la réduction des émissions, ne représentait que 8 % des émissions totales de CO2 des transports. [1]

Alors que de nombreuses villes et autorités locales cherchent à décourager l’utilisation des véhicules à MCI en créant des zones à faibles émissions, les véhicules électriques présentent l’avantage supplémentaire pour les utilisateurs de ne payer aucuns frais pour entrer dans ces zones. Parmi les autres attraits pour les conducteurs de véhicules électriques, on trouve leurs coûts de fonctionnement réduits. En moyenne, pour parcourir 160 km, une voiture électrique coûte moins de 1,48 €, contre 12,58 € pour une voiture à essence. [2]

Un autre avantage pour les conducteurs soucieux de l’environnement est les tarifs des énergies renouvelables disponibles auprès de certains fournisseurs d’électricité. Les véhicules électriques peuvent également offrir une meilleure expérience de conduite, avec une accélération plus réactive et des moteurs qui peuvent bénéficier du freinage régénératif pour capturer l’énergie lors du ralentissement. Les véhicules électriques ont également tendance à avoir un centre de gravité plus bas en raison du stockage de batteries lourdes dans le bas de la carrosserie du véhicule, ce qui améliore la maniabilité, le confort et la sécurité. Ils sont également plus silencieux que les véhicules à MCI, réduisant ainsi le fardeau de la pollution sonore dans les villes et les agglomérations.

Mécaniquement, les véhicules électriques sont également beaucoup plus simples, en particulier les véhicules entièrement alimentés par batterie avec un groupe motopropulseur entièrement électrique. Avec beaucoup moins de pièces mobiles, il y a moins de risques d’erreurs.

Alors que les autorités tentent d’encourager l’adoption des véhicules électriques, ils bénéficient également souvent de subventions gouvernementales. Plusieurs villes proposent également un parking gratuit ou dédié pour les véhicules électriques, car les municipalités tentent de dissuader les conducteurs de venir avec des véhicules à MCI dans les centres urbains.

Outre les incitations monétaires, une législation prohibitive est également mise en place : les ventes de nouveaux véhicules à moteur MCI sont de plus en plus restreintes ou interdites. Pourtant, même ici, il y a un avantage pour les utilisateurs qui effectuent le changement tôt. Avec une interdiction complète au Royaume-Uni à partir de 2030, les véhicules électriques conserveront une meilleure valeur de revente, car de plus en plus de conducteurs cherchent à y accéder en l’absence d’autres options.

Les défis de l’adoption des VE

Outre les avantages qui font avancer l’adoption des véhicules électriques, il existe également des obstacles à leur utilisation plus large. Quatre des principaux sont l’infrastructure de recharge, les performances des véhicules électriques, la disponibilité et le prix.

Les problèmes de charge sont un obstacle majeur à l’expansion de la popularité des véhicules électriques, les problèmes particuliers des conducteurs étant le manque d’infrastructure, les vitesses de charge lentes, le coût des chargeurs et l’absence de normes de charge. Les conducteurs de véhicules électriques souffrent d’anxiété quant à l’autonomie, la crainte que le véhicule soit à court de batterie avant de pouvoir atteindre un autre point de charge.

Cette anxiété pourrait être la raison pour laquelle il y a un intérêt beaucoup plus grand pour la technologie hybride sur la plupart des marchés, dépassant de loin l’intérêt pour les véhicules électriques à batterie (VEB).

Selon l’étude Global Automotive Consumer 2023 de Deloitte [3], la plupart des acheteurs potentiels de VE s’attendent à pouvoir recharger leurs VE à domicile et seulement 16 % des acheteurs potentiels de VE aux États-Unis prévoient d’utiliser des chargeurs publics comme option de recharge habituelle. Les fabricants de véhicules électriques demandent également une compatibilité de charge DC/DC pour permettre à un chargeur 400 V DC de charger une batterie 800 V afin d’atténuer les lacunes dans la disponibilité du réseau de charge à 800 V. Cela contribuera à la croissance du marché en offrant une plus grande variété d’options de recharge pour les conducteurs.

Le temps de recharge d’un véhicule électrique a également été cité comme étant un inconvénient et une grande attention a été accordée aux chargeurs rapides qui réduisent considérablement l’attente, les mettant sur un pied d’égalité avec le ravitaillement en carburant d’un véhicule à MCI. Cependant, les conclusions du rapport Deloitte suggèrent que ce facteur a été surestimé, les conducteurs étant prêts à attendre bien plus de 10 minutes pour recharger leurs batteries.

La performance est un autre défi. La vitesse et le couple de sortie d’un moteur sont inversement proportionnels et sont limités par la puissance totale du moteur. Cela représente un défi difficile à résoudre de manière rentable.

Fournir une alimentation très efficace à partir des batteries lors des charges du véhicule est également de plus en plus important, car les charges de confort telles que la suspension active, les sièges chauffants et les roues arrière imposent des exigences supplémentaires en matière de puissance.

Les constructeurs automobiles se rendent compte que le développement de l’architecture 12 V a atteint son maximum. Ils sont désormais plus enclins à utiliser des approches innovantes pour offrir de meilleures performances. Aujourd’hui, les véhicules électriques conservent toujours une batterie 12 V pour alimenter des fonctions non liées à la traction telles que les essuie-glaces, les commandes de confort des sièges et l’infodivertissement.

Certains fabricants remplacent la batterie 12 V par une unité 48 V dans leurs derniers modèles. L’idée est que, plutôt que de s’appuyer sur une batterie 12 V séparée, pourquoi ne pas créer une batterie virtuelle à partir de la batterie principale 400 V ou 800 V du véhicule ? Cela permet aux constructeurs de réduire considérablement le poids de leurs véhicules, tout en rationalisant les coûts liés à l’ingénierie, les chaînes d’approvisionnement et le stockage des pièces de rechange.

D’autres problèmes de performances incluent la capacité de la batterie et la portée qu’elle peut fournir. Par exemple, les capacités des batteries des véhicules électriques actuels vont de seulement 17,6 kWh dans la Smart EQ ForTwo avec une autonomie de seulement 93 km, jusqu’à 100 kWh dans la Tesla Model S qui offre une autonomie maximale de 565 km.

La conception des batteries, par exemple, fait l’objet d’innovations importantes avec de nouvelles chimies et méthodes de construction. Bien que ces développements n’en soient qu’à leurs balbutiements, les résultats sont déjà prometteurs.

L’échange de batterie, un concept courant en Chine, vise à éviter l’angoisse de l’autonomie en permettant aux voitures électriques d’étendre leur autonomie en échangeant une batterie déchargée contre une batterie chargée dans une station d’échange.

Les véhicules électriques utilisent plus de 50 kW de puissance électrique, contre moins de 3 kW dans un véhicule à MCI. L’augmentation de la puissance nécessaire par 20 nécessite des solutions d’alimentation compactes pour libérer de l’espace et du poids. La réduction de la taille et du poids du réseau de distribution d’électricité est un facteur essentiel. Par exemple, le Vicor BCM6135 délivre 2,5 kW de puissance à partir d’une unité qui ne pèse que 65 grammes et qui tient dans la paume de la main.

La disponibilité limitée des véhicules électriques fait également partie des principaux obstacles à l’adoption des véhicules électriques. Aujourd’hui, seuls 29 modèles de véhicules grand public entièrement électriques sont disponibles en Amérique du Nord. En revanche, il existe plus de 400 modèles différents disponibles dans les alternatives à base de carburant.

La question du prix est largement régie par le coût du groupe motopropulseur : 51 % du coût total en moyenne contre 18 % du coût total pour les groupes motopropulseurs avec moteur à combustion interne. Les efforts visant à réduire la taille et le poids du réseau de distribution d’électricité seront des facteurs essentiels du succès ultime des véhicules électriques.

Une performance prouvée

La confiance des utilisateurs de VE est un facteur important dans l’adoption continue des VE. Ils doivent savoir que les véhicules électriques offrent l’autonomie, les performances, la fiabilité et les caractéristiques de maniabilité qu’ils exigent.

Cela exige un régime de test rigoureux avec des ingénieurs de développement nécessitant un équipement spécialisé pour chaque cas d’utilisation de test.

Les quatre principaux sous-systèmes que les fabricants doivent tester sont :

La charge : celle de la batterie, des systèmes de surveillance de la charge et du freinage régénératif
Le groupe motopropulseur : le sous-système d’onduleur pour la fourniture d’énergie et ses signaux de commande associés
Les moteurs . moteurs DC sans balais triphasés utilisés dans diverses applications telles que les fenêtres et la climatisation
Les systèmes de direction : caractéristiques de la direction et direction assistée électronique

En plus des tests de recherche et développement, il est nécessaire de tester les véhicules électriques pendant leur production. Cela exige une nouvelle génération d’équipements de test plus portables qui permettent de tester au volant de la voiture différents paramètres sur le terrain et qui peuvent fonctionner dans différentes conditions climatiques et routières.

Les véhicules autonomes utilisent également de plus en plus de capteurs qui nécessiteront également une maintenance, des capteurs spécialisés tels que le LIDAR nécessitant des équipements comme des analyseurs de spectre optique pour évaluer leurs performances et leur précision.

Conclusion

Malgré les avantages majeurs offerts par les véhicules électriques, des défis persistent dans des domaines aussi critiques que le temps de recharge des véhicules, l’autonomie et l’accès à des bornes de recharge efficaces. Pourtant, l’électrification massive des transports est bien engagée. Les ingénieurs peuvent relever les défis avec les technologies dont ils disposent, mais en fin de compte, l’adoption et le déploiement massifs ne seront efficaces et rentables que si les gouvernements et les réglementations le soutiennent et si les fournisseurs de véhicules électriques peuvent garantir que les utilisateurs ont confiance dans les véhicules dont ils ont besoin.