Glossaire

Nouvelles technologies, nouvelles notions : découvrez en un coup d’œil, de A à Z, les prouesses technologiques qui équipent l’Audi e-tron.

Véhicule électrique à batterie (BEV)
Comme son nom l’indique, l’unique source d’énergie d’un tel véhicule (« Battery Electric Vehicles », BEV) est sa batterie, contrairement aux voitures hybrides et aux véhicules à prolongateur d’autonomie (EREV). Le concept car Audi e-tron, exposé à Francfort, en est un parfait exemple.

Véhicule électrique alimenté par pile à combustible (FCEV)
Une pile à combustible fonctionne à partir de l’énergie dégagée par la mise en contact de l’oxygène et de l’hydrogène, ce qui provoque une réaction chimique contrôlée. Cette réaction produit de l’eau, de la chaleur et de l’électricité, qui permet d’alimenter un moteur électrique. Les voitures à pile à combustible (« Fuel Cell Electric Vehicles », FCEV), telles que le concept car Audi Q5 HFC, obtiennent un rendement supérieur à celui des moteurs thermiques et ne dégagent rien d’autre que de la vapeur d’eau. À l’heure actuelle, l’utilisation de cette technologie pose encore quelques problèmes pour une production en série : absence de système adapté pour recueillir l’hydrogène, autonomie encore insuffisante, et coûts de production trop élevés pour une commercialisation.

Moteur électrique
Les moteurs électriques séduisent par leur grande fiabilité, leur légèreté et leur rendement élevé. Ils sont composés d’un élément mobile (le rotor) et d’un autre fixe (le stator). Ce dernier génère un champ magnétique rotatif, qui exerce une force sur le rotor, le mettant ainsi en mouvement. Les moteurs électriques des voitures sont généralement refroidis par un liquide.

Les véhicules Audi utilisent à l’heure actuelle deux types de moteurs triphasés. Les moteurs asynchrones (ASM), dépourvus d’aimants permanents, sont faciles à monter, robustes, nécessitent peu d’entretien, et possèdent une longue durée de vie. Les moteurs synchrones à courant d’excitation permanent (PSM), en revanche, exigent une technologie de capteurs bien plus complexe. Plus compacts et plus légers, ils atteignent un couple, une plage de vitesse de rotation utile et un rendement bien plus élevés.
Les véhicules hybrides tels que l’Audi Q5 hybrid quattro comportent un moteur PSM à couple élevé, intégré au système de transmission. Ce moteur possède une longueur réduite, mais un diamètre relativement important pour obtenir un couple de rotation élevé. Sa vitesse de rotation nominale oscille entre 2 000 et 7 000 tr/min environ. Les moteurs PSM ou un ASM à haut régime sont parfaitement adaptés aux véhicules tout-électriques. Ces moteurs atteignent des vitesses nominales situées entre 10 000 et 14 000 tr/min et possèdent un diamètre inférieur mais sont plus longs. De ce fait, il est possible de renoncer à la démultiplication.

Densité d’énergie
La densité d’énergie correspond à la quantité d’énergie qu’une batterie peut stocker par unité de masse. Elle s’exprime généralement en kilowattheure (kWh) par kilogramme. Les batteries lithium-ion actuelles possèdent une densité d’énergie d’environ 130 Wh/kg. Au vu des évolutions technologiques, les ingénieurs d’Audi prévoient que les batteries lithium-ion atteindront leur densité d’énergie maximale (soit 2 500 Wh/kg) d’ici à 2020. À titre de comparaison, un kilo d’essence (soit environ 1,33 litre) correspond à près de 12 000 Wh.

e-tron quattro
Audi désigne par ce terme la transmission quattro prochaine génération. L’Audi e-tron quattro conjugue les avantages de l’exceptionnelle transmission intégrale permanente quattro au potentiel de la mobilité électrique. La transmission quattro, avec implémentation électrique totale ou partielle, offre un mode d’exploitation particulièrement efficient, et de nouvelles possibilités de conduite dynamique.
Le concept Audi e-tron quattro est conçu pour s’intégrer parfaitement dans une hybride parallèle, équipée d’un système de recharge. Outre le moteur électrique avant, le deuxième moteur électrique actionne l’essieu arrière. Lors de freinages en virage, ce dernier permet de répartir librement le couple de récupération entre les deux roues arrière. L’énergie récupérée est ainsi utilisée pour une amélioration sensible de la sécurité dans les situations délicates.

Véhicule hybride (HEV)
L’abréviation HEV (pour« Hybrid Electric Vehicle » désigne un véhicule doté d’un moteur thermique associé à un moteur électrique.

Micro-hybride : un système de récupération d’énergie et la fonction Start/Stop contribuent à réduire les émissions de CO2.

Hybride léger : la motorisation électrique sert à accroître la performance du moteur thermique. Hybride intégral : sur l’Audi Q5 hybrid quattro par exemple, le moteur électrique est capable, à lui seul, d’assurer temporairement toute la force motrice.

Hybride rechargeable : dans ce type de véhicule, il est possible d’effectuer de longs trajets en tout-électrique. La batterie se recharge directement sur le réseau électrique.

Véhicule hybride avec pile à combustible (HFC)
L’électricité nécessaire pour assurer la propulsion du véhicule peut provenir d’un réseau électrique. Mais elle peut également être produite à bord de la voiture, grâce à une pile à combustible fonctionnant à partir d’hydrogène. Le prototype Audi Q5 HFC (pour « Hybrid Fuel Cell ») représente la version la plus aboutie de ce système.

Deux cylindres haute pression stockent à eux deux 3,2 kg d’hydrogène, soumis à une pression de 700 bar. Le système à pile à hydrogène, qui fonctionne à basse température, atteint une puissance de 89 kW (120 ch). Pour prendre le relais, la batterie lithium-ion, également installée dans l’Audi Q5 hybrid quattro, possède une densité d’énergie de 1,3 kWh. Deux moteurs électriques situés près des roues se chargent de la propulsion. Ensemble, ils génèrent une puissance maximale de 90 kW (122 ch), avec un couple pouvant atteindre jusqu’à 420 Nm. L’Audi Q5 HFC passe de 0 à 100 km/h en 13,4 secondes. Sa vitesse de pointe, bridée électroniquement, s’élève à 160 km/h.

L’hydrogène est utilisé avec la plus grande efficience : le rendement de la pile à combustible est supérieur à 50 %, offrant ainsi au véhicule une autonomie de 250 km. Des distances de 500 km s’avèrent réalistes, si l’on améliore la conception du réservoir d’hydrogène et son intégration dans la structure de la voiture. Faire le plein ne dure pas plus longtemps que pour un véhicule à propulsion classique.

Technologie de charge
Sur les véhicules hybrides rechargeables et les véhicules tout-électriques, la batterie se recharge sur une source externe, indépendamment de la récupération d’énergie au freinage et du décalage du point de charge. Le chargeur embarqué convertit le courant alternatif du réseau public en courant continu. Un courant à haute tension (400 V et plus) permet de diviser le temps de charge par rapport au courant domestique (230 V). Comme solution alternative, Audi travaille actuellement sur la recharge sans contact (par induction) et la recharge rapide sur courant continu à haut débit avec, à la clé, une réduction supplémentaire du temps de charge.

Décalage du point de charge
Hors agglomérations, les véhicules hybrides tels que l’Audi Q5 hybrid quattro sont généralement alimentés par leur moteur thermique. Le gestionnaire hybride contrôlant l’interaction des moteurs veille à ce que le moteur TFSI ait temporairement une charge à bas régime supérieure à celle exigée pour la conduite : ce rehaussement du point de charge permet d’améliorer la puissance énergétique. Le couple excédentaire profite au moteur électrique, qui fait alors office d’alternateur et recharge la batterie.

Durée de vie de la batterie
Une batterie de traction possède une durée de vie supérieure à dix ans, à condition que l’accumulateur reste en permanence bien tempéré. Les conditions et l’intensité des cycles de charge et de décharge sont déterminantes pour sa longévité. C’est la raison pour laquelle les batteries de véhicules hybrides, tels que l’Audi Q5 hybrid quattro, ne se déchargent généralement pas en deçà de 50 % de leur capacité totale. Sur un véhicule électrique, 20 % sont considérés comme une valeur plancher. La stratégie d’exploitation contrôlant le véhicule gère la limite de charge souhaitée.

Construction allégée sur les véhicules hybrides et électriques
Les composants spécifiques d’une voiture électrique ou hybride alourdissent inévitablement le véhicule. Un surpoids qu’Audi a toutefois décidé de limiter à 100 kg à peine sur l’Audi Q5 hybrid quattro et l’Audi A1 e-tron, par exemple. Dans le développement de la mobilité électrique, la marque aux quatre anneaux bénéficie d’une longueur d’avance en termes de construction allégée. L’Audi Q5 s’impose d’ailleurs comme la référence du marché. À cet égard, la structure en aluminium Audi Space Frame (ASF) et les nouvelles matières synthétiques renforcées de fibres de carbone (PRFC) s’annoncent très prometteuses.

Puissance de sortie des moteurs électriques
Les moteurs électriques atteignent leur puissance de sortie maximale très tôt, et la maintiennent à un niveau constant sur une large plage de régimes. La puissance nominale est la puissance déployée de façon continue et uniforme sur la plus grande plage de régimes. La puissance de sortie maximale est disponible sur une durée variable, en fonction de divers paramètres tels que l’accélération, le freinage/récupération et la configuration du système.

Puissance massique
La puissance massique est le ratio entre la puissance d’une batterie et de la masse du véhicule. Les batteries lithium-ion atteignent actuellement une puissance massique de 800 à 2 600 W/kg, selon le type de matériaux utilisés. La puissance électrique est elle-même égale au produit de la tension (voltage) et de l’intensité (ampérage).

Électronique de puissance
L’électronique de puissance se compose d’un onduleur contrôlé par impulsion, qui régule la charge entre la batterie et le moteur électrique. Il convertit le courant continu de la batterie en courant alternatif, sous forme de champ rotatif destiné au moteur. Un convertisseur de courant continu fait le lien entre le système électrique 12 V et le réseau électrique à haute tension. Il peut, dans certains cas, être intégré à l’onduleur contrôlé par impulsion.

Batterie lithium-ion
Une batterie lithium-ion est un terme générique désignant une technologie très prometteuse. Les batteries lithium-ion se distinguent par une densité d’énergie environ deux fois supérieure à celle des batteries au nickel-métal hydrure et près de quatre fois supérieure à celle des batteries au plomb. Elles fournissent une tension très constante et sont thermiquement stables sur une vaste plage de puissances. Elles présentent un faible niveau d’autodécharge et ne sont pas soumises aux effets de mémoire.

Audi distingue deux grands types de batteries lithium-ion. Les batteries à haute capacité sont parfaitement adaptées aux véhicules hybrides tels que l’Audi Q5 hybrid quattro, tandis que les batteries à haute énergie sont réservées aux voitures devant effectuer de longs trajets en mode tout-électrique. Ces deux types de batteries partagent les mêmes systèmes perfectionnés de gestion thermique et de sécurité.

Véhicule hybride parallèle
Un véhicule hybride parallèle est à la fois doté d’un moteur thermique et d’un moteur électrique. Tous deux peuvent être utilisés ensemble ou séparément.

Véhicule hybride série
Dans une hybride série, c'est le moteur électrique qui entraîne le véhicule. Le moteur thermique transmet son énergie au moteur électrique par l’intermédiaire d’un générateur. Il est donc impossible d’utiliser le moteur thermique sans le moteur électrique.

Véhicule hybride rechargeable (PHEV)
Un véhicule hybride rechargeable (« Plug-in Hybrid Electric Vehicle » ou PHEV) est un véhicule dont la batterie peut être directement rechargée sur le réseau électrique. Les véhicules de ce type peuvent parcourir de longues distances en mode tout-électrique. Le prototype Audi e-tron Spyder, présenté par la marque au Salon de l’automobile de Paris, incarne à la perfection ce mode de fonctionnement.

Prolongateur d’autonomie
Le prolongateur d’autonomie est un dispositif permettant d’accroître le rayon d’action d’un véhicule électrique en augmentant l’autonomie de sa batterie (« Extended Range Electric Vehicle », EREV). Ce prolongateur d’autonomie est principalement installé sur les véhicules possédant un moteur thermique, petit mais puissant.

Récupération
Le système de récupération recycle l’énergie au freinage. Avec la technologie Start/Stop signée Audi, l’énergie est récupérée grâce à l’alternateur du circuit électrique 12 V, qui récupère la puissance électrique dans les phases de « roue libre » et de freinage, pour la stocker au niveau de la batterie. Sur les véhicules électriques et hybrides, la récupération se fait par le biais du ou des moteurs, qui font alors office de générateurs. En cas de freinage léger, ils se chargent de toute la décélération. En revanche, si le conducteur freine brusquement, les freins hydrauliques prennent le relais. Quand ces moteurs seront découplés de la pédale de frein, à un stade ultérieur du développement, il deviendra possible de distribuer le couple et de contrôler la transition entre freinage hydraulique et électrique avec encore plus de finesse.

Gestion thermique
L’énergie électrique dégagée à chaque charge et décharge génère de la chaleur, ce qui nécessite de refroidir les batteries de traction. Le système de refroidissement maintient la batterie à une température appropriée (entre 25 et 45 °C environ). Il contribue en outre à harmoniser la température entre les différentes cellules. Le refroidissement se fait à l’air ou par un liquide. Des capteurs thermiques fournissent les informations nécessaires. L’Audi Q5 hybrid quattro possède un système de refroidissement à air très avancé pour sa batterie. Le refroidissement se fait de façon passive ou active, en fonction des besoins. Cette technologie permet d’accroître l’autonomie de ce SUV haute performance. En plus des batteries, le moteur électrique et l’électronique de puissance nécessitent également un refroidissement, liquide cette fois-ci.

TCNG – TFSI fonctionnant au CNG (Compressed Natural Gas )
Pour évoluer vers une conduite neutre en carbone, Audi se tourne vers les énergies renouvelables. À cet égard, le projet Audi e-gaz franchit un cap décisif. Il est axé autour de deux piliers fondamentaux. Le premier est un parc éolien : celui-ci produit du courant propre, dont Audi prélève une partie pour construire et roder ses futurs modèles e-tron. Le second est une nouvelle installation, qui utilise le courant écologique restant pour produire de l’hydrogène par électrolyse. L’hydrogène ainsi obtenu peut être utilisé dans les véhicules HFC ou, une fois combiné à du CO2, produire du méthane, un gaz de synthèse rebaptisé Audi e-gaz par la marque aux quatre anneaux. Ce dernier permet à son tour d’actionner des moteurs thermiques adaptés. Un concept intitulé TCNG, qu’Audi proposera en série dès 2013.

Pour sa part, le prototype Audi A3 TCNG utilise d’ores et déjà l’e-gaz généré par Audi dans son usine de méthane. Son moteur TFSI à quatre cylindres et son pot catalytique sont conçus pour fonctionner avec du gaz naturel. Tout comme ce dernier, la combustion de l’e-gaz génère bien moins de CO2 que l’essence super. Un aspect crucial pour le projet e-gaz : les émissions de CO2 sont ainsi réduites, à la fois dans le bilan carbone global (well-to-wheel) et à la sortie du pot d’échappement (tank-to-wheel). Le moindre gramme de CO2 s’échappant du pot provient donc de la fabrication de l’e-gaz. Résultat : un cycle carbone fermé, de la production du carburant à sa combustion.

Pompe à chaleur
À l’origine, la pompe à chaleur est un système de chauffage pour habitation. Elle est capable de produire du chaud ou du froid en absorbant les calories de son milieu environnant. Une fois intégrée dans un véhicule, la pompe à chaleur s’appuie sur le circuit réfrigérant de la climatisation, auquel est ajouté un second condensateur. Audi déploie énormément d’efforts pour appliquer cette technologie à ses véhicules électriques. Pour climatiser l’habitacle, la pompe à chaleur utilise donc les calories dégagées par la batterie, les moteurs électriques et l’électronique de puissance. Grâce à un mode de fonctionnement extrêmement efficient, elle opère avec une quantité minime d’énergie et n’a quasiment aucun effet sur l’autonomie du véhicule.

Well-to-wheel
L’expression well-to-wheel (littéralement, « du puits à la roue », c’est-à-dire de la source d’énergie primaire jusqu’à son utilisation finale), analyse l’énergie d’un point de vue environnemental, de sa création jusqu’à sa consommation par le véhicule. L’électricité qui alimente les véhicules électriques en Allemagne provenant essentiellement de centrales à charbon, les émissions de CO2 de ces dernières doivent être intégrées au bilan carbone « well-to-wheel ». Il en va de même pour l’hydrogène qui alimente les véhicules équipés de pile à combustible.

Efficience
L’efficience est un paramètre indiquant l’efficacité de la conversion d’une forme d’énergie en une autre. Elle se définit comme le ratio (exprimé en pourcentage) entre l’énergie fournie et l’énergie absorbée par un système. Dans les voitures, l’efficience des moteurs électriques peut atteindre 97 % sur de vastes plages de performance, soit jusqu’à trois fois plus que les moteurs thermiques les plus efficients.

Stabilité de cycle
Le concept de stabilité de cycle désigne le nombre de charges et de décharges qu’une batterie peut subir avant que sa capacité ne tombe en deçà d’un certain pourcentage de sa valeur d’origine. Les batteries de traction lithium-ion actuelles atteignent généralement plusieurs milliers de cycles.