Qu'est-ce que la recharge sans fil des voitures électriques et comment fonctionne-t-elle ?

Qu'est-ce que la charge par induction ?

Je suis sûr que plus d'un d'entre vous possède un téléphone équipé de la recharge sans fil : il suffit de le laisser sur le chargeur pour qu'il commence son cycle de charge de la batterie. Le principe utilisé pour la recharge des véhicules est le même, mais avec une puissance plus élevée. Mais quels sont les principes de la recharge sans fil ?

Ne vous inquiétez pas, nous n'allons pas trop nous étendre, ni utiliser des formules mathématiques telles que les équations de rotation ou de Maxwell. Nous allons essayer de l'expliquer de manière simple.


Le système se compose essentiellement de deux éléments : une bobine, dans l'émetteur, et une autre bobine située à une certaine distance, dans le récepteur. Une bobine n'est rien d'autre qu'un fil d'une certaine épaisseur, enroulé un certain nombre de fois. En fonction de ces paramètres, et du type de matériau à l'intérieur, nous aurons une valeur d'inductance.

Si nous faisons passer un courant alternatif dans la première bobine (Tx), un champ magnétique sera créé à l'intérieur de celle-ci. En fonction de la direction du courant, le champ magnétique change également de direction. Cela a été expliqué il y a des années par M. Faraday, avec ses équations d'induction (au cas où vous voudriez aller plus loin). Eh bien, ce champ magnétique passera également par la deuxième bobine (Rx), si elle est suffisamment proche, de sorte qu'à son tour, il induira (d'où le nom) un courant électrique dans la deuxième bobine. Nous avons déjà du courant dans la deuxième bobine, sans toucher la première. Si vous remarquez, c'est le même principe que dans un transformateur de courant.


Pour augmenter la puissance, on essaie que la distance soit la plus petite possible, que l'inductance soit la plus grande possible, et que les deux bobines soient identiques en nombre de tours, afin qu'elles entrent en résonance ; pour vous donner une idée, c'est comme accorder la radio : celle qui émet et celle qui reçoit doivent être à la même fréquence, afin que le transfert d'énergie entre elles soit maximal.

Pour résumer : regardez l'image, le système est très simple. On fait passer un courant dans la première bobine et, comme par magie, du courant apparaît dans la seconde. Appliqué aux véhicules, le plus important est l'alignement des deux bobines : si les deux centres coïncident, l'alignement sera parfait et la transmission de puissance sera maximale. Tout petit écart entraînera une baisse très rapide des performances. Il est donc important qu'ils soient très bien alignés.

À partir de là, entrez dans les systèmes accessoires que chaque constructeur souhaite mettre en place : un détecteur de proximité avec transmission de données NFC, pour que le système ne fonctionne pas 24 heures sur 24, un convertisseur CA/CC pour charger les batteries du véhicule, etc. Il faut dire que le système est assez sûr, il peut être utilisé en extérieur, et si nous passons dessus, même si seule la bobine émettrice fonctionne, nous ne mourrons pas électrocutés, car notre corps ne sera pas "accordé" sur la même fréquence. Même ainsi, ce ne serait pas conseillé, à cause des courants parasites qui pourraient être induits. C'est pourquoi des systèmes de sécurité sont mis en place pour que le système ne fonctionne que lorsque le véhicule est aligné au-dessus de la bobine émettrice.


BMW 530e et recharge par induction

Comme nous l'avons dit, BMW sera le premier constructeur à lancer commercialement ce système en 2018, en option sur sa 530e (lien vers sa fiche technique). Comme vous le savez, il s'agit d'une voiture hybride rechargeable dotée d'une batterie de 9,4 kWh, ce qui est très peu par rapport à n'importe quelle voiture électrique du marché. Le système de charge par induction de BMW est capable de fournir, dans des conditions d'alignement optimales, 3,2 kW. Cela signifie qu'il faut environ 3,5 heures pour recharger complètement la batterie de la 530e. Comme vous pouvez le constater, le système lui-même fournit très peu d'énergie, ce qui le rend inutile pour la recharge électrique pure.

Pour vous donner une idée, si nous voulions recharger une batterie Tesla de 100 kWh à partir de zéro, il nous faudrait plus d'une journée, plus précisément 31 heures et quart. La puissance qu'il délivre est donc équivalente à celle d'une prise domestique, et il n'est utile et rapide que dans le cas des véhicules hybrides, dont la batterie est beaucoup plus petite que celle des véhicules électriques. C'est également un taux de charge acceptable pour une voiture comme la BMW i3 (33 kWh), pour autant qu'il s'agisse d'une charge de nuit.

Néanmoins, il est très positif qu'un fabricant "ouvre le jeu" dans ce domaine, de sorte que le système commence à progresser petit à petit. Il n'y a pas encore de prix définitif, mais certaines sources indiquent un prix légèrement supérieur à 900 dollars américains (environ 800 €). Nous vous laissons une vidéo où vous pouvez voir comment le système BMW fonctionne.


La charge par induction et le reste des fabricants

Il est clair que BMW n'est pas le seul à s'intéresser à cette technologie. J'oserais dire que tous les fabricants ont un prototype en cours, utilisant ce type de recharge. Jetons un coup d'œil aux projets les plus pertinents.

Toyota, en collaboration avec Witricity, dispose déjà d'un système fonctionnel. Bosch en collaboration avec Evatran, avec un système compatible avec la Chevrolet Bolt, la Nissan Leaf, la Rolls Royce Phantom 102EX (prototype) ou la Citroën C1 (prototype). Audi a présenté son système d'induction en 2015, et il avait une puissance de 3,6 kW, très similaire à celle de BMW. Volvo, en collaboration avec Bombardier, dispose également d'un système expérimental. De son côté, Renault collabore avec Qualcomm (le fabricant de la plupart de nos processeurs mobiles et les créateurs de Qi, la norme de recharge sans fil de nos appareils) dans son projet Halo, où la Zoe se recharge à une distance de 40 cm avec une efficacité de 94 %, lors de tests effectués à Londres.

Dans notre pays, Renault s'engage également dans la recherche avec son projet W Alma, et développe un nouveau chargeur sans fil, en collaboration avec le Centre de technologie du plastique (Andaltec), la société Premo, spécialisée dans la conception, la fabrication et la commercialisation de composants inductifs, l'Institut des sciences des matériaux de Madrid (ICMM-CSIC) et l'Université polytechnique de Madrid. Ce projet vise à disposer en 2019 d'un modèle fonctionnel d'une puissance de 3,3 kW et d'un rendement de 92 %.

L'avenir de l'induction sera en mouvement ?

Il est clair que nous sommes au début d'une nouvelle ère, et que ce système de tarification par induction a encore beaucoup de chemin à parcourir. On a même vu des expériences, comme celle développée par Renault avec un Kangoo Z.E., où sur une piste de 100 mètres équipée de chargeurs inductifs tout autour, on recharge la batterie du véhicule - ou on la décharge très lentement - pendant qu'il se déplace.

Disons que ce serait comme une sorte de tram, mais sans contact. Personnellement, je m'attends à ce qu'il ait autant de succès que la vidéo Betamax. Je pense que le coût de l'installation et de la maintenance de cette infrastructure, ainsi que le développement de nouvelles batteries de plus grande capacité, rendront le système très peu attrayant pour une mise en œuvre de masse. Ce système, tel qu'il est proposé actuellement, peut récupérer 0,25 kWh par kilomètre à 100 km/h. En d'autres termes, elle ne se rechargerait que si la consommation électrique est actuellement inférieure à 25 kWh/100 km, ce qui est faisable dans un véhicule ayant l'aérodynamisme du Kangoo Z.E. Cependant, elle rechargerait la totalité de la batterie très lentement, et sur une très longue route.

Dès qu'il y aura une concurrence entre les fabricants, le système s'améliorera, deviendra plus efficace et plus puissant, même si, comme nous l'avons vu, il ne peut aujourd'hui rivaliser en puissance avec un bon câble en cuivre.



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