Fonctionnement de la régénération électrique pendant le freinage et la décélération

Introduit il y a quelques années sur les locomotives diesel conventionnelles, le freinage par récupération prend aujourd'hui de plus en plus d'importance à mesure que les véhicules hybrides et électriques se démocratisent.

Jetons donc un coup d'œil aux aspects fondamentaux de cette technique, qui consiste donc à obtenir de l'électricité à partir du mouvement (ou plutôt de l'énergie cinétique / force d'inertie).

Le principe de base

Qu'il s'agisse d'une caméra thermique, d'un véhicule hybride ou électrique, la récupération d'énergie est désormais partout.

Dans le cas des machines à image thermique, le but est de décharger le moteur en coupant le plus souvent possible l'alternateur dont le rôle est de recharger la batterie plomb-acide. Ainsi, libérer le moteur de la limitation de l'alternateur signifie que des économies de carburant et une production d'énergie seront générées autant que possible lorsque le véhicule est sur le frein moteur, lorsque l'énergie cinétique peut être utilisée plutôt que la puissance du moteur (lors d'un ralentissement ou d'une longue pente sans accélération).

Pour les véhicules hybrides et électriques, ce sera la même chose, mais cette fois l'objectif sera de recharger la batterie au lithium, qui est calibrée à une taille beaucoup plus grande.

Utiliser l'énergie cinétique en générant du courant ?

Le principe est largement connu et démocratisé, mais je dois y revenir rapidement. Lorsque je croise une bobine de matériau conducteur (le cuivre est préférable) avec un aimant, cela génère un courant dans cette fameuse bobine. C'est ce que nous allons faire ici, utiliser le mouvement des roues d'une voiture en marche pour animer l'aimant et donc générer de l'électricité qui sera récupérée dans les batteries (i.e. la batterie). Mais si cela semble élémentaire, vous verrez qu'il y a encore quelques subtilités à prendre en compte.

Régénération lors du freinage / décélération des véhicules hybrides et électriques

Ces voitures sont équipées de moteurs électriques pour les propulser, il est donc judicieux d'utiliser la réversibilité de cette dernière, à savoir que le moteur tracte s'il reçoit du jus et qu'il délivre de l'énergie s'il est entraîné mécaniquement par une force extérieure (ici une voiture démarrée avec roues qui tournent).

Voyons donc maintenant un peu plus précisément (mais restons schématiques) ce que cela donne, avec quelques situations.

1) Mode moteur

Commençons par l'utilisation classique d'un moteur électrique, on fait donc circuler le courant dans une bobine située à côté de l'aimant. Cette circulation de courant dans le fil électrique va induire un champ électromagnétique autour de la bobine, qui agit alors sur l'aimant (et donc le fait bouger). En concevant intelligemment cette chose (enroulée dans une bobine avec un aimant rotatif à l'intérieur), vous pouvez obtenir un moteur électrique qui fait tourner l'essieu tant que le courant lui est appliqué.

C'est le "contrôleur de puissance" / "électronique de puissance" qui se charge d'acheminer et de contrôler le flux électrique (il choisit la transmission vers la batterie, le moteur à une certaine tension, etc.), donc c'est critique. rôle, puisque c'est lui qui permet au moteur d'être en mode "moteur" ou "générateur".

J'ai développé ici un circuit synthétique et simplifié de cet appareil avec un moteur monophasé pour le rendre plus facile à comprendre (un triphasé fonctionne sur le même principe, mais trois bobines peuvent compliquer les choses en vain, et visuellement c'est donc plus facile en monophasé).

La batterie fonctionne en courant continu, mais pas le moteur électrique, il faut donc un onduleur et un redresseur. L'alimentation électrique est un dispositif de distribution et de dosage du courant.

2) Mode générateur / récupération d'énergie

Par conséquent, en mode générateur, nous allons faire le processus inverse, c'est-à-dire envoyer le courant provenant de la bobine vers la batterie.

Mais revenons au cas précis, ma voiture a accéléré à 100 km/h grâce à un moteur thermique (consommation d'huile) ou un moteur électrique (consommation de batterie). J'ai donc acquis de l'énergie cinétique associée à ce 100 km/h, et je souhaite convertir cette énergie en électricité...

Donc pour cela je vais arrêter d'envoyer du courant de la batterie au moteur électrique, la logique que je veux ralentir (donc l'inverse me fera accélérer). Au lieu de cela, l'électronique de puissance inversera le sens des flux d'énergie, c'est-à-dire qu'elle dirigera toute l'électricité produite par le moteur vers les batteries.

En effet, le simple fait que les roues fassent tourner l'aimant provoque la génération d'électricité dans la bobine. Et cette électricité induite dans la bobine va à nouveau générer un champ magnétique, qui va alors ralentir l'aimant et ne plus l'accélérer comme lorsque cela se fait en appliquant de l'électricité à la bobine (donc grâce à la batterie)...

C'est ce freinage qui est associé à la récupération d'énergie et permet donc au véhicule de ralentir tout en récupérant de l'électricité. Mais il y a quelques problèmes.

Si je veux récupérer de l'énergie tout en continuant à me déplacer à une vitesse stabilisée (i.e. hybride), j'utiliserai un moteur thermique pour propulser la voiture et un moteur électrique comme générateur (grâce aux mouvements du moteur).

Et si je ne veux pas que le moteur ait trop de freins (à cause du générateur), j'envoie le courant au générateur/moteur).

Lorsque vous freinez, le calculateur répartit la force entre le frein à récupération et les freins à disque classiques, c'est ce qu'on appelle le "freinage combiné". Difficulté et donc élimination des phénomènes brusques et autres qui peuvent gêner la conduite (mal fait, la sensation de freinage peut être améliorée).

Un problème avec la batterie et sa capacité.

Le premier problème est que la batterie ne peut pas absorber toute l'énergie qui lui est transférée, elle a une limite de charge qui empêche d'injecter trop de jus en même temps. Et avec une batterie pleine, le problème est le même, ça ne mange rien !

Malheureusement, lorsque la batterie absorbe de l'électricité, une résistance électrique se produit, et c'est à ce moment-là que le freinage est le plus sévère. Ainsi, plus on « pompe » l'électricité générée (et donc en augmentant la résistance électrique), plus le frein moteur sera fort. A l'inverse, plus vous ressentez le freinage moteur, plus cela signifiera que vos batteries se rechargent (ou plutôt, le moteur génère beaucoup de courant).

Mais, comme je viens de le dire, les batteries ont une limite d'absorption, et donc il n'est pas souhaitable de faire des freinages brusques et prolongés pour recharger la batterie. Ce dernier ne pourra pas se l'approprier, et le surplus sera jeté à la poubelle...

Le problème est lié à la progressivité du freinage régénératif

Certains voudraient utiliser le freinage régénératif comme principal et donc se passer définitivement des freins à disque, qui sont pauvres énergétiquement. Mais, malheureusement, le principe même de fonctionnement du moteur électrique interdit l'accès à cette fonction.

En effet, le freinage est d'autant plus fort qu'il y a une différence de vitesse entre le rotor et le stator. Ainsi, plus vous décélérez, moins le freinage sera puissant. Fondamentalement, vous ne pouvez pas immobiliser la voiture à travers ce processus, vous devez avoir des freins normaux supplémentaires pour aider à arrêter la voiture.

Avec deux essieux couplés (ici hybridation E-Tense / HYbrid4 PSA), chacun avec un moteur électrique, la récupération d'énergie lors du freinage peut être doublée. Bien sûr, cela dépendra aussi du goulot d'étranglement du côté de la batterie... Si cette dernière n'a pas beaucoup d'appétit, cela n'a pas beaucoup de sens d'avoir deux générateurs. On peut aussi citer le Q7 e-Tron, dont les quatre roues sont reliées à un moteur électrique grâce au Quattro, mais dans ce cas un seul moteur électrique est installé sur les quatre roues, pas deux comme sur le schéma (donc on n'a que un générateur)

3) La batterie est saturée ou le circuit est en surchauffe

Comme nous l'avons dit, lorsque la batterie est complètement chargée, ou qu'elle consomme trop d'énergie en trop peu de temps (la batterie ne peut pas se charger à une vitesse trop élevée), nous avons deux solutions pour éviter d'endommager l'appareil :

• La première solution est simple, je coupe tout... A l'aide d'un interrupteur (commandé par l'électronique de puissance), je coupe le circuit électrique, le rendant ainsi ouvert (je répète le terme exact). De cette façon, le courant ne circule plus et je n'ai plus d'électricité dans les bobines et donc je n'ai plus de champs magnétiques. En conséquence, le freinage par récupération ne fonctionne plus et le véhicule roule en roue libre. Comme si je n'avais plus de générateur, et donc je n'avais plus de frottements électromagnétiques qui ralentissent mes masses en mouvement.
• La deuxième solution est de diriger le courant avec lequel on ne sait plus quoi faire des résistances. Ces résistances sont conçues pour cela, et pour être honnête, elles sont assez simples... Leur rôle est vraiment d'absorber le courant et de dissiper cette énergie sous forme de chaleur, grâce donc à l'effet Joule. Ce dispositif est utilisé sur les camions comme freins auxiliaires en complément des disques/étriers conventionnels. Ainsi, au lieu de charger la batterie, on envoie du courant dans une sorte de « poubelles électriques » qui dissipent cette dernière sous forme de chaleur. A noter que c'est mieux que le freinage à disque car à vitesse de freinage égale le frein rhéostat s'échauffe moins (nom donné au freinage électromagnétique, qui dissipe son énergie dans des résistances).

Ici on coupe le circuit et tout perd ses propriétés électromagnétiques (c'est comme si je tordais un morceau de bois dans une bobine en plastique, l'effet n'est plus là)

Ici, nous utilisons un frein rhéostat qui

4) modulation de la force de freinage régénérative

À juste titre, les véhicules électriques ont maintenant des palettes pour ajuster la force du retour. Mais comment rendre le freinage régénératif plus ou moins puissant ? Et comment faire en sorte qu'il ne soit pas trop puissant, pour que la conduite soit supportable ?

Bon, si en mode régénératif 0 (pas de freinage récupératif) j'ai juste besoin de couper le circuit afin de moduler le freinage régénératif, il faudra trouver une autre solution.

Et parmi eux, on peut alors restituer une partie du courant à la bobine. Car si la production de jus en faisant tourner l'aimant dans la bobine provoque une résistance, j'en aurais beaucoup moins (résistance) si, par contre, j'injectais moi-même le jus dans la bobine. Plus j'injecte, moins j'aurai de freins, et pire encore, si j'injecte trop, je finis par accélérer (et là, le moteur devient le moteur, pas le générateur).

C'est donc la fraction du courant réinjecté dans la bobine qui va rendre le freinage récupératif plus ou moins puissant.

Pour revenir en mode roue libre, on peut même trouver une autre solution que de déconnecter le circuit, à savoir envoyer du courant (exactement ce qu'il faut) afin d'avoir l'impression qu'on est en mode roue libre... Un peu comme quand on reste dans le milieu de la pédale sur le thermique pour se garer à allure soutenue.

Ici, nous envoyons de l'électricité dans le bobinage pour réduire le "frein moteur" du moteur électrique (ce n'est pas en fait un frein moteur, si nous voulons être précis). On peut même obtenir un effet roue libre si on envoie suffisamment d'électricité pour stabiliser la vitesse.

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Reggan (Date : 2021, 07:15:01)

Salut,

Il y a quelques jours, j'ai eu un rendez-vous chez un concessionnaire Kia au sujet de l'entretien programmé de mon Soul EV 48000 2020 XNUMX km. UNE ?? ma grande surprise, on m'a conseillé de remplacer tous les freins avant (disques et plaquettes) car ils étaient finis !!

J'ai dit au responsable du service que ce n'était pas possible car j'ai profité des freins de récupération dès le début. Sa réponse : les freins d'une voiture électrique s'usent encore plus vite qu'une voiture ordinaire !!

C'est vraiment drôle. En lisant votre explication sur le fonctionnement des freins à récupération, j'ai reçu la confirmation que la voiture ralentit en utilisant un processus autre que les freins standard.

Il I. 1 réaction(s) à ce commentaire :

• administrateur ADMINISTRATEUR DU SITE (2021-07-15 08:09:43): Être concessionnaire et dire qu'une voiture électrique use les freins plus vite est toujours la limite.

  Car si la sévérité excessive de ce type de véhicule devait logiquement conduire à une usure plus rapide, la régénération inverse la tendance.

  Maintenant, peut-être que le niveau de récupération 3 utilise les freins en parallèle pour augmenter artificiellement le frein moteur (utilisant ainsi la force magnétique du moteur et des freins). Dans ce cas, vous pouvez comprendre pourquoi les freins s'usent plus vite. Et avec un usage fréquent de la régénération, cela va provoquer des patinages longs sur les disques avec une chaleur désagréable d'usure (quand on apprend à conduire, on nous dit que la pression sur les freins doit être forte, mais courte pour limiter l'échauffement).

  Ce serait bien si vous voyiez de vos propres yeux l'usure de ces éléments pour voir si le concessionnaire est tenté de faire des numéros illégaux (peu probable, mais c'est vrai que « ici on peut en douter »).

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