rendement moteur véhicules électriques

Comment çà fonctionne, les calculs de puissance, d'aérodynamique etc.
Vous pouvez tout demander et poster ici concernant la traction électrique en générale.

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rendement moteur véhicules électriques

Messagepar filomat » Dim 04 10 , 2009 7:49

Le rendement (puissance mécanique fournie par le moteur rapporté à la puissance qu'il consomme) ne dépasse pas 30% pour les moteurs à essence d'automobiles.

Pour les moteurs électriques il peut atteindre 100 %, mais pour celà il faudrait réaliser des circuits électriques sans résistance ohmique, ou bien disposer d'un coefficient de conversion électromécanique K (volts par m/s) très élevé (beaucoup d'aimants, beaucoup de spires, grand diamètre du moteur et réducteur mécanique entre le moteur et la roue de rapport de réduction très élevé,associé à des batteries de forte tension), ou bien rouler à grande vitesse.

Si on roule à grande vitesse la résistance de l'air consomme une puissance mécanique proportionnelle au cube de la vitesse, la puissance mécanique réduite (R.Wm/K²/V²)augmente donc comme la vitesse, tandis qu'à faible vitesse la résistance du sol consomme une puissance mécanique qui diminue comme la vitesse, donc une puissance réduite qui augmente aussi proportionnellement à la vitesse : La combinaison de ces deux paramètres (rendement qui diminue quand la vitesse diminue à cause de la résistance du sol et rendement qui diminue quand la vitesse augmente à cause de la résistance de l'air) aboutit à une vitesse de rendement maximal quand les les caractéristiques de motorisation (R résistance ohmique et K coefficient électromécanique volts/m/s ou N/A) sont donnés.

Exemple : prenons le cas d'un scooter de 250 kg roulant sur le plat et qui pour la résistance du sol consommera une puissance mécanique de 25.V(m/s), par exemple 250 watts à 36 km/h=10 m/s et pour la résistance de l'air 0.24 V.V.V, par exemple 240 watts toujours à la vitesse de 36 km/h.
Supposons qu'il dispose de batteries de 48 volts pour plafonnner à 48 km/h, soit un coefficent de conversion électromécanique de 1 volt par km/h (3.6 volts par m/s ou encore 3.6 Newtons de poussée par ampère de courant) et que la résistance ohmique du circuit (batterie, controleur, bobinages moteur et cables de liaison) soit de 1 ohm.
La puissance réduite Wr vaudra (25.V+0.24.V.V.V)/V/V*1/3.6/3.6=(25/V+0.24.V)/13
V(km/h) 10 20 30 40 50 60 80 100
V(m/s) 2.8 5.6 8.4 11.2 14 16.8 22.4 27.8
Wr 0.69 0.43 0.38 0.38 0.39 0.42 0.50 0.58
rend(%) 59 70 72 72 72 70 67 63
Le rendement est maximal (72%) à la vitesse de 40 km/h environ, et, dans ces conditions (plat, vitesse uniforme, sans vent) il reste acceptable dans la plage des 10 à 100 km/h, donc ne nécessiterait pas de réducteur à plusieurs rapports.
Si maintenant nous considérons le cas d'une pente à 10% montée à la vitesse de 4 m/s (soit une puissance mécanique de 1000 watts), la puissance réduite vaudra
1000/13/16= 4.8 et le rendement ne sera plus que 17%
En ce cas un changement de rapport de démultiplication s'impose faute de descendre à un rendement encore inférieur à celui du moteur thermique.
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Messagepar A.YASSINE » Lun 05 10 , 2009 15:50

Merci pour ce effort de théorisation.
Cela dit, je pense que tu reste trop sur des considérations mécaniques et que tu oublies le rendement dans l'onduleur (dépend du courant et de la fréquence de découpage) ainsi que l'état magnétique de la machine (pertes magnétiques dépendent de la vitesse et de l'intensité du courant).
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Messagepar filomat » Lun 05 10 , 2009 21:19

Oui, les équations sont simplifiées, mais c'est juste pour expliquer que si le rendement du moteur électrique est bien meilleur que celui du moteur thermique il descend au-dessous de 100% au fur et à mesure que la puissance demandée augmente et que la vitesse du véhicule diminue, et qu'il convient d'adapter la démultiplication du moteur aux conditions et savoir qu'on est limité par les dimensions et le poids du moteur. et du réducteur mécanique. On est limité auss par la tension maximale de la batterie.

La résistance ohmique a prendre en compte est la somme de toutes celles du circuit, parmi lesquelles celle du controleur (onduleur) : les "mosfet" , est en effet souvent la plus élevée des quatre (batterie, cables de liaison, onduleur, bobinages du moteur).
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Messagepar casério » Mar 06 10 , 2009 23:04

Je trouve ta démonstration intéressante.

J'ai souvent vu que l'absence de variation de la transmission sur un véhicule électrique était justifié par le fait que le couple est maximal dès les premiers tours moteur mais c'est sans compter sur la puissance (le nombre de fois par unité de temps où le couple est présent) et comme tu le démontres, le rendement.
Pour ce qui est du moteur thermique, un rendement de 30%, est le meilleur qu'il n'arrive à atteindre au régime de puissance maximum. Je le vois sur des courbes de consommation de moteur thermique, à bas régime, la consommation de carburant pour chaque Kw développé s'envole. C'est une histoire d'accord admission échappement qui sont calculés pour un régime particulier, le régime de puissance maxi désiré.

Le rendement, c'est le ratio en % entre la puissance mécanique sortie et la puissance électrique d'entrée. Une transmission bouffe la puissance de sortie et quand on en a pas beaucoup, le rendement en est grandement affecté. C'est surement pour cela qu'il n'y a ni variateur mécanique ni boite de vitesse sur la plupart des VE.

Lorsque je regarde des données techniques constructeur de moteur électriques, je vois que le rendement est le plus mauvais lorsque le moteur n'est pas en charge et donc qu'il est à son régime maxi mais si le moteur est en charge et atteint ce régime par un survoltage, je pense que le rendement doit être bien meilleur.

En appliquant ce principe à ton exemple, le coefficient de conversion électromécanique serait de 2 volt par km/h, le rendement de 72% serait à 20km/h et pour rouler à 40 km/h, un hacheur convertit le 48V en 96V avec un rendement peut-être pas si mauvais...

Autrement, je constate que les moteurs thermiques on bien changé en 50 ans : les avances à l'allumage sont devenus variables tout comme les géométries d'échappement, les diagrammes d'admission, la température des gaz, la longueur des conduits d'admission, etc... pour élargir le plus possible la plage de puissance maxi et donc la plage de rendement maxi.

Les moteurs électriques devraient suivre cette tendance parce qu'il vont être de plus en plus utilisé à régime variable et non pas à un régime fixe. Qu'est ce qui peut varier ? La position des aimants, le nombre de tour de fil sur le rotor, la taille des plages du collecteur, la pression des charbons... ?

Slt.
Casério.
La station verticale, pour tout vous dire, c'est un fiasco...
post87263.html#p87263
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Re: rendement moteur véhicules électriques

Messagepar rover17 » Mar 12 08 , 2014 22:22

Bonsoir , je parcoure le forum depuis un moment , j'aimerais connaitre la différence de fonctionnement des nouveaux moteurs par rapport aux premières générations à balais , les récents n'en ont plus n'est-ce pas ?
Est-ce que c'est sur le principe des moteurs pas à pas , avec multiples bobinages extérieurs pilotés électroniquement ?
Avec aimant permanent ??

Merci de m'éclairer :P
Le VE , j'y viendrais ...
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Re: rendement moteur véhicules électriques

Messagepar triphase » Mer 13 08 , 2014 0:23

C'est très simple :D

Les moteurs "à balais", ou "à charbons" (ne pas confondre avec les machines à vapeur chauffées au charbon) ont un "collecteur" qui commute de façon synchrone le + et le - d'un bobinage à un autre pour garder un angle à peu près constant entre le champ magnétique de l'inducteur (stator bobiné ou à aimants) et de l'induit (le rotor en général) ce qui produit le couple mécanique.

Les moteurs sans balais (brushless) sont pareils sauf que c'est de l'électronique qui assure les commutations, ce qui évite les étincelles et permet d'optimiser les instants de commutation (et de faire de la régé). Quand j'étais à l'université (il y a longtemps), les profs d'électrotech disaient "moteur à collecteur électronique". C'est plus poétique que le mot "brushless" qui sonne comme une chasse d'eau. :lol:

Il y a effectivement une ressemblance entre un moteur pas à pas et un sans-brosse! Sauf que le pas-à-pas a beaucoup plus de "pas" justement et est optimisé pour se bloquer sur un pas donné par la force des aimants lorsqu'il n'est pas alimenté, afin de privilégier la précision de positionnement. Utiliser un moteur pas à pas pour provoquer un "déplacement" permet de déterminer très précisément la longueur (ou l'angle) du déplacement, par contre le rendement énergétique est médiocre.
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Re: rendement moteur véhicules électriques

Messagepar n.laurent » Mer 13 08 , 2014 5:51

Intéressants ces calculs, merci.
Ca relativise un peu les commentaires parfois un peu trop enthousiastes, en particulier sur ce forum, sur le rendement "exceptionnel" des VE. :roll:
Nous sommes bien d'accord que c'est beaucoup mieux que le rendement des moteurs à explosion, mais cela prouve (et c'était le but je suppose ?) qu'il y a encore surement des marges de progression sur les VE dans des domaines autres que la capacité des batteries par exemple.

filomat a écrit:Si maintenant nous considérons le cas d'une pente à 10% montée à la vitesse de 4 m/s (soit une puissance mécanique de 1000 watts), la puissance réduite vaudra
1000/13/16= 4.8 et le rendement ne sera plus que 17%
En ce cas un changement de rapport de démultiplication s'impose faute de descendre à un rendement encore inférieur à celui du moteur thermique.

Il y a quelques années sur un forum dédié aux vélos et VAE, j'avais vu un système de "boite de vitesse" progressive. C'est à dire qu'au lieu du classique dérailleur à pignons sur la roue arrière, il y avait un moyeu dont on pouvait régler la démultiplication de manière continue et non plus discrète. Impossible de remettre la main dessus et je crains que ça ne soit resté qu'au stade expérimental. Mais j'imagine bien un dispositif de ce genre, avec bien entendu un pilotage entièrement réalisé par électronique pour doser la démultiplication idéale en fonction du régime et de la vitesse.
C'est d'ailleurs un système qui, s'il s'avérait viable, pourrait tout aussi bien s'appliquer aux véhicules thermiques, soit dit en passant.
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Re: rendement moteur véhicules électriques

Messagepar n.laurent » Mer 13 08 , 2014 7:52

n.laurent a écrit:un système de "boite de vitesse" progressive. C'est à dire qu'au lieu du classique dérailleur à pignons sur la roue arrière, il y avait un moyeu dont on pouvait régler la démultiplication de manière continue et non plus discrète.
Après avoir fouillé un peu, il semble que ce soit déjà utilisé sur des véhicules autres que des vélos. Ce sont des Tranmissions ou boites de vitesse à variation continue ("CTV").

Par contre, sur un véhicule thermique du moins, ça n'a pas l'air d'améliorer le rendement de manière très significative. C'est plutôt une question de confort.
cnetfrance.fr a écrit:Sur une Toyota Yaris essence 100 chevaux, la boite CVT « Multitronic » permet par exemple d’abaisser la consommation de 0,3 l aux 100 km, soit à peu près le même résultat qu’une transmission double embrayage.
.
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Re: rendement moteur véhicules électriques

Messagepar triphase » Mer 13 08 , 2014 8:40

Il y a la transmission à courroie trapézoïdale entre deux poulies à flancs réglables en largeur (sur l'une ou sur les deux). Cela s'est vu sur d'antiques DAF, Fiat Uno et bien sûr les bonnes vieilles "mobs" de notre jeunesse! :P
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Re: rendement moteur véhicules électriques

Messagepar moulino51 » Ven 15 08 , 2014 23:10

Bonsoir Laurent,
n.laurent a écrit:Il y a quelques années sur un forum dédié aux vélos et VAE, j'avais vu un système de "boite de vitesse" progressive. C'est à dire qu'au lieu du classique dérailleur à pignons sur la roue arrière, il y avait un moyeu dont on pouvait régler la démultiplication de manière continue et non plus discrète. Impossible de remettre la main dessus et je crains que ça ne soit resté qu'au stade expérimental.


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