Système de récupération de l'énergie cinétique

[RIAZ]

Merci NLC pour ta très pédagogique explication.

Tu nous parles en fait du besoin d'adaptation de l'émetteur au récepteur afin d'optimiser le transfert de puissance. Cela correspond pour les signaux ou les courants alternatifs à l'adaptation d'impédance ...

Mais, si tu le permets, nous ne sommes pas tout à fait dans le même cas. Nous sommes plus dans le cas de l'éolienne.

Nous avons un émetteur (le moteur utilisé en génératrice) et un récepteur (la batterie) mais entre les deux, on a un dispositif sophistiqué qui, le pensais-je dans ma naïveté (et l'ignorance de son intimité) avait pour fonction d'optimiser le transfert d'énergie quelque soit le niveau de puissance. Pour l'éolienne, le système en question va récupérer le mieux possible l'énergie électrique que le vent souffle à 10 m/s ou 20 m/s. Je prend le cas des petites machines à pas fixe. Pour les grosses, c'est plus compliqué car on joue aussi sur le pas des pales pour optimiser le rendement aérodynamique et piloter la vitesse. C'est comme si on avait un variateur entre le moteur électrique et les roues.

Dans notre cas donc, pour une vitesse de rotation donnée (liée à la vitesse du véhicule), la génératrice va fournir une tension à une fréquence donnée. Pour que cette vitesse soit maintenue il faut "opposer" à cette génératrice une charge (une intensité donc) qui va déterminer la puissance "récupérée". Cette puissance est égale à la "puissance de chute" moins la puissance nécessaire à l'avancement à la vitesse donnée.
Le rôle du boitier électronique et de transformer l'énergie électrique produite par la génératrice dans des cas de figures de tension de courant et de fréquence variés, en courant continu capable de charger la batterie.

Le conducteur joue le rôle d'Eole et décide de la quantité d'énergie qu'il veut récupérer en laissant plus ou moins filer la vitesse.

Il peut se produire, et je l'ignore complètement, que le boitier assure ce transfert de puissance avec un rendement qui n'est pas toujours le même selon les différents cas de figure évoqués plus haut.

Dans ce cas il faudrait tout de même faire un calcul savant pour connaitre le seuil inférieur de puissance en deçà duquel il ne faut pas aller.

En résumé,
-> les lois de la physique nous disent que moins on va vite dans la descente, plus il y a d'énergie à récupérer.
-> la réalité de l'électronique et de l'informatique réunies, permet-elle une récupérartion de cette énergie avec le même niveau d'efficacité quel que soit le niveau de puissance ou l'on se trouve.

[nlc]

J'ai bien dit dans mon message que le véhicule electrique etait très proche de l'eolienne.
Mais comme tu le dit, sur un VE on n'a pas forcement envie que le freinage soit toujours sur le maximum récupérable, en fonction du frein moteur plus ou moins intense dont on a besoin à un moment donné. Le but du freinage (et donc frein moteur) régénératif c'est de récupérer ce qui serait perdu en chaleur sur les plaquettes de freins en fonction du freinage dont on a besoin à un instant T.

Il est par exemple possible que sur une descente de X%, le meilleur taux de régé se situe à une vitesse de 40Km/h par exemple, mais que l'utilisateur ait envie de rouler à 60Km/h auquel cas la puissance récupérable n'est pas à son maximum possible, mais c'est déjà mieux que rien !

Au contraire le but de l'eolienne c'est de se caler le plus possible sur le MPP puisque le but est bien d'extraire le maximum d'energie possible de l'engin pour une vitesse de vent donnée.

Le conducteur joue le rôle d'Eole et décide de la quantité d'énergie qu'il veut récupérer en laissant plus ou moins filer la vitesse.

Il peut se produire, et je l'ignore complètement, que le boitier assure ce transfert de puissance avec un rendement qui n'est pas toujours le même selon les différents cas de figure évoqués plus haut.

Oui dans le cas d'une voiture pour schématiser c'est un peu comme l'eolienne à pas fixe. On peut tirer ce qu'on veut de la génératrice mais cela à une influence sur sa vitesse, puisqu'on lui demande du couple. Et donc le point de puissance maxi n'est jamais au meme endroit en fonction de ce que l'element exterieur est capable de fournir au géné (le vent dans le cas de l'eolienne, inertie et/ou vitesse et/ou pente) sur un VE.

Dans ce cas il faudrait tout de même faire un calcul savant pour connaitre le seuil inférieur de puissance en deçà duquel il ne faut pas aller.

J'ai pas bien compris ce que tu veux dire. Sur un VE il n'y a pas de seuil inférieur de puissance, puisque tout dépend de l'intensité du freinage ou du frein moteur que tu souhaites

En résumé,
-> les lois de la physique nous disent que moins on va vite dans la descente, plus il y a d'énergie à récupérer.

Je suis pas un spécialiste de physique mais cette affirmation n'est vraie que parce que plus la vitesse est importante plus tu as de pertes aerodynamiques c'est ça ? Car en négligeant ces pertes je vois pas bien pourquoi une masse M partant d'une hauteur H aurait plus d'enrgie potentielle si elle descendait doucement ?

Si tu fais bien allusion aux pertes aerodynamaiques, l'affirmation reste quand meme fausse en pratique, car la courbe de rendement d'un moteur electrique c'est aussi une cloche, et descendre à très basse vitesse ferait travailler le moteur dans une zone ou le rendement n'est pas extraordinaire, donc la récup d'enrgie moins efficace qu'à une vitesse plus elevée, meme s'il y a un peu plus de pertes aerodynamiques.

-> la réalité de l'électronique et de l'informatique réunies, permet-elle une récupérartion de cette énergie avec le même niveau d'efficacité quel que soit le niveau de puissance ou l'on se trouve.

Tout dépend de ce que tu appelles niveau de puissance
Je dirai que plus la puissance mécanique d'entrée est faible, plus il va etre difficile de la convertir avec un bon rendement.

[RIAZ]

Merci NLC, je pense qu'on est d'accord sur le fond et que pour vraiment savoir, il faudrait faire des mesures pour voir comment un système donné se comporte.

Pas besoin d'être un spécialiste de la physique pour comprendre pourquoi plus on veut récupérer l'énergie potentielle dans une descente, moins il faut rouler vite.

On sait intuitivement que plus on veut rouler vite plus il faut augmenter la force de traction appliquée au véhicule. Si on pousse un charriot on peut en faire l'expérience.

Si on veut qualifier la force qu'il faut pour faire avancer une voiture on peut dire qu'elle doit équilibrer les forces dues aux frottement mécaniques qui sont à peu près linéaires (proportionnelles à la vitesse) et la trainée aérodynamique (résistance à l'avancement dans l'air) qui croit avec le carré de la vitesse.

Plus on va vite donc, plus il faut appliquer une force importante au véhicule.

On pourrait se dire que cette augmentation est compensée par le fait qu'on va rouler moins longtemps (pour un parcours donné).
C'est bien sur faux, il suffit de se souvenir de ce qu'on a certainement appris en seconde et qui dit que :
travail d'une force (en joule) = force (en Newton) X distance (en mètres). Je vous fais grâce de l'aspect vectoriel de la chose ...

Donc plus on roule vite, plus on dépense d'énergie. On peut le constater tous les jours avec sa voiture, l'ordinateur de bord exprime d'ailleurs directement ce résultat en donnant une consommation instantanée en litres/100 km. C'est ausi pour cela que les TGV rouleront un jour (pas si futur que ça ...) à 200 km/h, mais cela est pour un autre sujet ...

Dans le cas le notre récupération d'énergie potentielle, qui est le travail du poids de la voiture sur la différence de hauteur entre le sommet et le bas de la descente et a donc une valeur finie, on voit bien que moins on consomme d'énergie pour faire avancer le véhicule, plus il en reste à mettre dans la batterie ...

[nlc]

[...]Dans le cas le notre récupération d'énergie potentielle, qui est le travail du poids de la voiture sur la différence de hauteur entre le sommet et le bas de la descente et a donc une valeur finie, on voit bien que moins on consomme d'énergie pour faire avancer le véhicule, plus il en reste à mettre dans la batterie ...

Je me repete mais en réalité ça ne marche pas comme ça ! Car à faible vitesse la puissance mécanique disponible est faible, tu l'as pendant beaucoup plus longtemps effectivement, mais tu ne peux pas l'exploiter avec un bon rendement !

Analogie avec l'eolienne, c'est exactement le meme principe : c'est comme si je te disais que moins elle tourne vite, moins on perd d'energie en frottement dans les roulements, donc plus on en met dans la batterie. Il y a bien un truc qui cloche quelque part non ?

Sinon pour conclure au sujet des VE, de toute facon, que la récup d'energie soit vraiment efficace ou pas, elle est indispensable ne serait-ce que pour avoir un effet frein moteur. Vous avez déjà essayé de descendre un col sur plusieurs kilometres au point mort sans frein moteur ?

[RIAZ]

Analogie avec l'éolienne, c'est exactement le meme principe : c'est comme si je te disais que moins elle tourne vite, moins on perd d'energie en frottement dans les roulements, donc plus on en met dans la batterie. Il y a bien un truc qui cloche quelque part non ?

Allez, tu as raison, on ne va pas passer le réveillon là dessus, ....

quoique ...

On ne peut évidemment pas tirer plus d'énergie avec du vent faible qu'avec du vent fort.
L'analogie avec l'éolienne est circonscrite à la capacité du système à récupérer l'énergie mécanique disponible avec un rendement constant (ou pas) dans la plage de puissance mécanique délimitée par des considération aérodynamiques.

Ce que je voudrais savoir c'est combien de We sont disponibles pour la recharge avec 100 W mécaniques à l'arbre de l'éolienne, puis la même chose avec 200 W méca, puis 300, 400 .... etc
Il faudrait même intégrer le fait que la recharge lente à faible puissance peut être plus efficace qu'une recharge courte et intense ...

Bon sang, on est pas couché !

Des mesures te dis-je !

[Snickers]

Une autre piste, il me semble que VW sur son protos VW 1L avait installé une récupération par inertie (volant d'inertie probablement). Enfin cela peut être interressant sur un modèle thermique à faible conso. Moins de 1l/100km dans le cas cité.

Le stockage par inertie, ce n'est pas formidable en terme de masse à embraquer...on stocke dans le volant environ 60 Wh/Kg soit 216 KJ/Kg

Un véhicule de 1000 Kg à 100 km/h =390 KJ
Il faut un volant de 2 Kg + convertisseur + embrayage +...=15-20 Kg probablement

Pour le modèle électrique, il n'y a pas de problème pour faire des recharges ponctuelles assez violente avec des batteries LIPo de très bonne qualité.

Je pense que la régéneration/freinage est surtout valable pour ne pas user/alléger les système de freinage. La moyenne de régénération dépassera rarement 5 à 10%...
car en fait on freine très peu et sur une voiture en utilisation normale.

[Olivier22]

car en fait on freine très peu et sur une voiture en utilisation normale.

Tu conduis en ville des fois Snickers ?

Le stockage par inertie, ce n'est pas formidable en terme de masse à embraquer...on stocke dans le volant environ 60 Wh/Kg soit 216 KJ/Kg

Un véhicule de 1000 Kg à 100 km/h =390 KJ
Il faut un volant de 2 Kg + convertisseur + embrayage +...=15-20 Kg probablement

Bah l'énergie dépend du diamètre du volant (ou DES volants car il en faut au moins 2 contrarotatifs pour annuler les effets gyro) et de leur vitesse. On peut sûrement faire plus léger et plus rapide.
Ceci dit, je ne sais pas où tu as eu ces valeurs mais c'est déjà très impressionnant (seulement 2kg le volant !!!!)

Et seulement 20 kg de surpoids pour économiser une accélération de 0 à 100 (après un freinage équivalent bien entendu)... C'est formidable !
Je suis sûr que la consommation serait alors tellement faible qu'on pourrait réduire la capacité du réservoir de 20kg en gardant la même autonomie

Néanmoins, d'une je pense que tes 20kg sont un peu optimistes.

Le plus ardu techniquement, je pense, est de trouver une conversion adaptée... De manière à
-fournir toujours la même puissance au volant au cours d'un freinage, alors que la voiture ralentit ;
-et bien sûr adapter la puissance fournie au volant à la pression sur la pédale ;
-troisièmement coupler le système avec le frein classique (il serait utopique et risqué de l'abandonner complètement)
-quatrièmement, d'intégrer l'ABS...

Rien d'insurmontable, mais du poids, de la complexité, des risques de panne supplémentaires.


Un freinage de 100 à 0 c'est quand même rare, et lors d'une décélération lente les frottements, à cette vitesse, contribuent à freiner le véhicule presque autant que le frein moteur.
Là où une récupération par inertie serait utile, c'est lors de freinages/accélérations répétés, comme en ville, ou sur les petites routes en conduite assez dynamique
Dans ce cas, pas besoin que le volant ait la capacité de stocker toute l'énergie cinétique de la voiture à grande vitesse ; la petite quantité continuellement fournie puis pompée par les coups de pédales successifs, si elle était économisée, réduirait déjà considérablement la consommation.

[chatelot16]

toutes ces explication sur la puiissance maximum recuperable sont interressante quand la puissance arrive pendant un temps donné

mais pour une descente ce n'est pas le temps de descente qui est donné mais la denivelation

donc l'energie maximum recuperable , c'est la denivelation x le poid du vehicule x 9.81 m/s2 ( en joule )

l'energie reelement recuperable , c'est la meme moins les perte pour avancer : donc plus on descend vite plus il y a de perte et moins on recupere

inversement moins on est pressé moins il y a de perte pour avancer et plus il y a a recupérer , a condition que le moteur en soit capable , car helas le moteur servant de dynamo peut avoir une vitesse minimum sous laquelle les pertes sont superieure a la production ...

[Olivier22]

Tout-à-fait d'accord avec toi Chatelot16, c'est élémentaire.

Pour faire le lien avec la quantité d'énergie maxi stockable par le récupérateur (je parle du mécanique, pas élec), je pense que peu de descentes pourraient le saturer. A part, bien sûr en montagne, il n'est pas très fréquent de rencontrer des dénivelés tels qu'ils pourraient nous faire atteindre 100 km/h en roue libre (bien sûr ça existe, dans les campagnes vallonnées etc, mais ça doit représenter très peu dans l'utilisation d'une voiture)

J'ai réfléchi un peu à tout ça (système mécanique, électrique, hydropneumatique) et je penche en la faveur de l'hydropneumatique, donc on cause dans un autre sujet (voiture hybride hydraulique)

(oui je sais je complique encore le débat )

Moteurs-pompes à plateau inclinables sur les moyeux de roues, réserve de pression (air) et voilà. Freinage réglable, roues indépendantes, ABS, contrôle pression (couple) et débit (vitesse) à tout instant... Sans aucun problème.
Je me suis pas encore penché sur l'énergie stockable dans le réservoir sous pression ; il faut pas que le truc soit trop monstrueux, mais vu l'autonomie des voitures à air comprimé (supérieure à 1 seule accélération ) je pense que ça ira et que le réservoir pourra être suffisamment petit.

Il n'est même pas nécessaire que l'entraînement principal des roues soit hydraulique (ce qui aurait un rendement quand même moins bon que la transmission mécanique). Les petits moteurs/pompes peuvent fonctionner en complément de la transmission par cardans.

(voilà pourquoi j'expose l'idée ici et pas dans le sujet "véhicule hybride hydraulique : le véhicule ne serait hybride que lors des arrêt/départ).

[nlc]

inversement moins on est pressé moins il y a de perte pour avancer et plus il y a a recupérer , a condition que le moteur en soit capable , car helas le moteur servant de dynamo peut avoir une vitesse minimum sous laquelle les pertes sont superieure a la production ...

Voilà t'as tout compris, c'est ce que je me tue à répéter depuis des jours )))
La théorie ne marche pas en pratique !

Et en plus c'est de la branlette intellectuelle inutile, car le but premier de la voiture electrique c'est de se déplacer, pas de descendre des cols à 2 a l'heure pour récupérer "le max d'energie"
Ce qui en pratique je le repete ne fonctionne pas, puisque le rendement de récupération serait moins bon qu'a vitesse supérieure, où meme avec les pertes de frottements supérieures on aura quand meme plus récupéré !