L'une des caractéristiques les plus vantées des voitures hybrides et électriques est celle du "freinage régénératif" , une de ces choses qui, magistralement utilisées par les constructeurs automobiles, est désormais entrée dans l'imaginaire collectif comme l'œuf de Colomb, l'élément grâce auquel les batteries des voitures hybrides et électriques se rechargeraient miraculeusement, permettant des économies considérables de consommation d'énergie ou – ce qui revient au même – une augmentation spectaculaire du kilométrage.
Pensez-vous que le concept selon lequel les batteries se rechargeraient grâce au freinage par récupération a même été repris dans un épisode récent de la célèbre émission télévisée Presa Diretta , au cours de laquelle un pilote d'essai Quattroruote a effectué un test de déplacement avec un voiture électrique et, interviewé par les journalistes, il s'est laissé aller à cette déclaration soudaine.
Mais pourquoi cette affirmation est-elle imprévoyante et qu’est-ce que le freinage par récupération ? C'est une imprévoyance car elle induit chez les consommateurs, notamment les moins connaisseurs en physique, la croyance erronée qu'il est réellement possible de marcher avec une voiture hybride ou électrique simplement en rechargeant les batteries en freinant ou, au mieux, en attribuant beaucoup plus à cette caractéristique. poids qu'il n'a réellement. Nous pouvons voir ci-dessous ce qu’est le freinage par récupération.
Qu'est-ce que le freinage régénératif
L'un des agréables "effets secondaires" – très peu nombreux en fait – de la traction électrique est le concept de réversibilité de la machine électrique embarquée qui peut être utilisée aussi bien comme moteur que comme générateur. Utilisée comme moteur, la voiture électrique absorbe l’énergie électrique d’une source (la batterie de la voiture, dans ce cas) et, à l’exception des pertes de chaleur, la convertit en énergie mécanique d’entraînement de son axe.
Utilisée en générateur, la machine électrique développe un couple mécanique de freinage qui s'oppose au mouvement de son axe et convertit donc, sauf pertes thermiques, ce couple et cette puissance mécanique en puissance électrique qui est déversée dans la batterie sous forme d'énergie électrique. .
Cette deuxième caractéristique est précisément celle qui est exploitée pour le freinage régénératif : dans une voiture hybride ou électrique, en effet, le freinage normal ne se produit pas de manière classique – les plaquettes de frein qui, en produisant des frottements sur les disques, dissipent l'énergie cinétique de la voiture en chaleur et déterminer le freinage du véhicule – plutôt en inversant le mode de fonctionnement du moteur, en le faisant fonctionner comme un générateur et en freinant "électriquement" la voiture qui donc, grâce à cette caractéristique, convertit une partie de la cinétique l'énergie du véhicule en énergie électrique qui alimente la batterie embarquée.
Bien entendu, la voiture est également équipée d'un système de freinage classique qui intervient lorsqu'il est nécessaire de freiner brusquement ou en cas d'anomalies détectées lors du freinage récupératif. Oui car, il faut le savoir, la gestion du moteur embarqué est confiée à une électronique de commande et de contrôle complexe, sans laquelle la voiture est incapable d'assurer la moindre fonction , y compris le freinage par récupération. D'où la nécessité, pour des raisons de sécurité, d'un système de freinage intrinsèquement sûr.
Quelle quantité d'énergie est récupérée
Voyons maintenant quelle quantité d'énergie nous sommes capables de récupérer à chaque freinage grâce au freinage par récupération. Pour faire ce calcul nous avons recours aux comptes de notre bon serviteur, en gardant toutefois à l'esprit que cette fois le serviteur a dû aussi apprendre un peu d'analyse mathématique : ceux qui sont un peu moins connaisseurs en la matière m'excuseront donc et j'espère qu'ils le feront. je veux toujours me croire en toute confiance !
Concentrons désormais notre attention sur les voitures hybrides ou électriques. Supposons qu'une voiture accélère constamment en faisant varier sa vitesse de 0 à « v * », « v * » étant sa vitesse de croisière. La loi de variation de vitesse horaire sera donc :
au temps t= 0 la voiture repart du repos et au temps t = T la voiture aura atteint sa vitesse de croisière v * .
Pour cela, il faudra dépenser de l'énergie mécanique qui se retrouvera en partie sous forme d'énergie cinétique possédée par la voiture et en partie finira par se dissiper sous forme de pertes (chaleur). Autrement dit, ce sera :
Être:
m : masse de la voiture. Pour une voiture du segment « C », cela vaut environ 1 800 kg.
v * : vitesse de croisière finale [m/s]
P res (t) : somme des puissances résistives [W].
A partir de l'équation générale du mouvement d'une voiture, en tenant compte de la relation (1), on aura que :
Être:
ρ : densité de l'air = 1,225 kg/m 3 .
R : Surface exposée de la voiture. Pour une voiture du segment « C », elle est d'environ 2,5 m 2 .
C x : coefficient aérodynamique de la voiture. Pour une voiture du segment « C », il est d’environ 0,27.
μ D : coefficient de frottement cumulé qui prend en compte le frottement de glissement des pneumatiques sur la route et le frottement de roulement des roulements de transmission. Cela vaut environ 0,015.
g : accélération gravitationnelle qui, comme on le sait, est de 9,81 m/s 2 .
En insérant la relation (3) dans (2), cela deviendra donc :
Ce qui, résolu, devient :
Cette énergie mécanique devra être fournie par la batterie de la voiture électrique, en tenant toutefois compte de l'efficacité de charge/décharge de la batterie et du moteur. Autrement dit, nous pouvons écrire que :
Être:
η batt : efficacité de charge/décharge de la batterie qui est en moyenne de 85% (0,85).
η m : rendement du moteur électrique qui, aux faibles régimes, ne dépasse pas 60 % (0,6).
Ainsi, avec les données numériques déterminées ci-dessus, dans l'hypothèse de vouloir amener la voiture à une vitesse de 40 km/h (11,1 m/s) en 10 secondes, l'énergie mécanique nécessaire sera :
E mecc = 110,889 + 1,418 + 14,715 J = 127,022 J ;
Le premier terme représente l'énergie cinétique associée à la voiture roulant à 40 km/h, le deuxième représente l'énergie perdue due au frottement visqueux et le troisième représente l'énergie perdue due au frottement mécanique.
L’énergie électrique soustraite à la batterie sera plutôt :
E elass = 127 022 / (0,6 ∙ 0,85) = 249 063 J = 0,069 kWh
Supposons maintenant que nous effectuions un freinage régénératif pour arrêter le véhicule, par souci de simplicité, toujours en 10 secondes. L’énergie mécanique restituée sera cette fois :
E mecc = E cin – E attrvisc – E attrmecc = 110,889 – 1,418 – 14,715 J = 94,756 J
Le signe "-" des composantes d'énergie perdues du fait du frottement visqueux et mécanique se justifie par le fait qu'elles représentent toujours une dissipation d'énergie.
Cette énergie mécanique nette, transitant par la chaîne d'actionnement électrique, donnera lieu à une récupération d'énergie électrique égale à :
Et elrec = η batt ∙ η m ∙ E mecc = 0,85 ∙ 0,60 ∙ 94 756 J = 72 488 J = 0,02 kWh
Ainsi, le rapport entre l’énergie électrique récupérée lors du freinage récupératif et celle absorbée pour amener la voiture à 40 km/h est égal à :
E elrec / E elass = 72,488 / 249,063 = 0,291
Petite récupération
Que peut-on conclure de ce calcul ? Ce freinage par récupération ne restitue en réalité qu’environ 29 % de l’énergie électrique absorbée pour amener la voiture à sa vitesse de croisière.
Vous me direz : "Ok mais ça fait quand même 0,02 kWh récupérés à chaque freinage, mieux que le proverbial coup de poing dans l'oeil !" et je vous dis que vous avez raison mais que c'est totalement insignifiant , comme nous le verrons plus tard, sans évoquer le fait que le freinage récupératif est totalement neutralisé dans deux conditions de roulage :
- Quand tu ne freines pas ; par exemple, lorsque vous circulez sur l'autoroute. Dans ce cas, les dures lois de l’aérodynamique et de la thermodynamique sont aux commandes.
- Lorsque la batterie est déjà chargée à 100 pour cent. Dans ce cas, comme la batterie ne peut pas être surchargée, la fonction de freinage par récupération est inhibée par l'électronique embarquée.
Dans toutes les autres situations, par exemple lors d'une conduite en ville, la quantité totale d'énergie électrique récupérée lors du freinage ne dépassera jamais 29 % de celle dissipée de temps en temps pour redémarrer le véhicule et le ramener à sa vitesse de croisière.
Un exemple concret
Un exemple concret nous donnera une meilleure idée de ce dont nous parlons. Supposons, par exemple, que nous voyageons avec la voiture du calcul précédent sur un trajet en ville qui nous permet de rouler à 40 km/h mais qui nous oblige à freiner 20 fois en cours de route en raison de divers obstacles : feux rouges , Panneaux d'arrêt , passages pour piétons, autres véhicules en manœuvre, etc. Dans ce cas, la somme totale de l’énergie récupérée sera finalement égale à :
20 ∙ 0,02 kWh = 0,4 kWh
Par rapport à cette dépense uniquement pour les cycles d’arrêt et de démarrage de :
20 ∙ 0,069 kWh = 1,38 kWh
Que peut-on faire de ces 0,4 kWh récupérés ? Par exemple, nous pouvons parcourir 5 km à une vitesse de 40 km/h ou 2 km à une vitesse de 120 km/h. La rareté de la valorisation énergétique est-elle désormais plus évidente comparée à la complexité du cycle urbain et à l’énergie dépensée pour les arrêts et les démarrages ?
Conclusions
Pour conclure cette brève conversation, si vous êtes sur le point d'acheter une voiture hybride ou électrique parce qu'on vous a dit que le miraculeux « freinage par récupération » vous permettra de recharger la batterie sans avoir besoin de rien d'autre, vous savez maintenant de quoi nous parlons et vous pouvez allez-y avec vos pieds de plomb et en connaissance de cause.
L'article Un autre mythe sur la voiture électrique à dissiper : le freinage par récupération vient de Nicola Porro .
Cet article est une traduction automatique de la langue italienne d’un article publié sur le magazine Atlantico Quotidiano à l’URL https://www.nicolaporro.it/atlanticoquotidiano/quotidiano/aq-economia/un-altro-mito-dellauto-elettrica-da-sfatare-la-frenata-rigenerativa/ le Wed, 10 Jan 2024 04:58:00 +0000.