Sur une voiture électrique, la consommation énergétique est relativement simple. Elle se divise en deux catégories distinctes.
Les organes périphériques
Ces organes sont tous les équipements extérieurs au moteur, tels que la climatisation, les phares, la radio, les lève-vitres et d’autres petits accessoires (lampes, éclairages tableau de bord, sondes actives, GPS, limiteur/régulateur, etc.). La climatisation en particulier est très énergivore, consommant entre 1 et 2,5 kW.
Actuellement, le travail consiste à réduire ces consommations. Pour l’éclairage, par exemple, l’utilisation de diodes électro-luminescentes devient de plus en plus courante. En ce qui concerne la climatisation et le chauffage, l’introduction de pompes à chaleur est envisagée. De plus, un passage à une tension de 42v est envisagé pour remplacer les 12v actuels. Cette augmentation de tension permet de réduire les pertes liées à la distribution d’électricité et allège les câbles.
La puissance de ces organes est uniquement utilisée lorsque les équipements fonctionnent.
Une avancée intéressante est celle proposée par Toyota sur sa dernière Prius. Pour un coût raisonnable d’environ 1000 euros, le constructeur nippon propose d’équiper sa voiture phare d’un toit composé de cellules photovoltaïques. L’électricité produite est ensuite injectée dans les batteries pour augmenter leur autonomie. Malgré un rendement limité et un surplus de poids, cette innovation permet de rouler en partie grâce à une énergie renouvelable. On peut même dire que le toit a une consommation énergétique négative.
Le moteur
Le moteur est bien sûr le principal consommateur d’énergie du véhicule. Pour un moteur électrique, on distingue deux puissances distinctes : la puissance absorbée (Pa) et la puissance effective (Pe). Ces deux grandeurs sont liées par le rendement (n) du moteur, qui est une valeur comprise entre 0 et 1. Pour les moteurs utilisés dans les voitures électriques, ce rendement est d’environ 0,97. Comparé à celui d’un moteur thermique à essence, qui varie entre 0,1 et 0,2, on comprend l’intérêt de ces moteurs électriques.
Par exemple, si un moteur électrique absorbe une puissance Pa de 30 kW et affiche un rendement de 0,97, la puissance effective Pe sera de 0,97 x 30 = 29,1 kW. Seulement 0,9 kW sont donc perdus lors de la conversion de l’électricité en énergie mécanique, sous forme d’énergie calorifique. C’est très faible comparé à un moteur à essence de même puissance, où la perte serait de 164,9 kW.
Cela signifie également que la voiture électrique nécessite un système de refroidissement moins important et donc plus léger.
La consommation de puissance du moteur se produit lors de l’accélération. Contrairement à ce que l’on pourrait penser (selon le principe de l’inertie décrit par la première loi de Newton), une voiture, qu’elle soit électrique ou non, consomme de l’énergie même à vitesse constante. Cette consommation est due aux frottements mécaniques après le moteur (transmission, contact des roues avec la route) et à la résistance de l’air.
La résistance de l’air peut être modélisée par l’équation suivante : F = ½ Cx Mv(air) S * v², où Cx est le coefficient aérodynamique sans unité (varie de 0,32 à 0,5 selon la carrosserie), Mv(air) est la masse volumique de l’air (environ 1,2 kg/m³), S est la surface exposée au vent du véhicule (entre 1,7 et 3 m²) et v est la vitesse en m/s.
Pour calculer la consommation due à ces frottements, on multiplie cette force par la vitesse : P = F * v.
Par exemple, pour un véhicule moyen roulant à 130 km/h avec un coefficient aérodynamique (Cx) de 0,4 et une surface au vent (S) de 2m², la puissance due aux frottements serait de 22,4 kW.
Le moteur devra donc être capable de fournir une puissance totale de 96,4 kW (74 kW pour les performances désirées du véhicule + 22,4 kW pour les équipements annexes). Avec un rendement de 0,97, l’électricité nécessaire sera de 99,4 kW. Par conséquent, les batteries devront être capables de fournir une puissance totale de 103 kW.
Cette consommation énergétique réduite permet également de réduire la taille et le poids du système de refroidissement de la voiture électrique.
