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Récupération d’énergie



par Jean-Claude Therace


Récupération d’énergie lors du ralentissement et du freinage.

La production et la fourniture d’énergie électrique d’un véhicule sont assurées par le couple d’inséparables : la batterie d’accumulateurs et l’alternateur de nos voitures.

La batterie

Évolution : les batteries d’accumulateurs n’ont pas subi, avec le temps, des modifications majeures ; nous en sommes toujours aux batteries au plomb, bien qu’on ait vu l’apparition des batteries sans entretien (enfin…presque).

Ces modifications se résument à la composition des plaques (positives) par la réduction de la teneur en antimoine et l’introduction du calcium. Ces batteries perdent encore entre 0,1% et 0,2% de leur charge par jours à température ambiante modérée. Les recherches1 les plus importantes ont toujours été axées sur 3 paramètres : le gabarit extérieur, le poids et la suppression possible des entretiens (diminuer autant que possible l’évaporation de l’eau contenue dans l’électrolyte). La prochaine génération se tournera peut-être vers des batteries alcalines (nickel/fer, zinc/chlore, zinc/brome…?)

L’alternateur

Évolution : du côté des alternateurs, la réduction de leur gabarit, les rapports poids/puissance ont aussi évolués avec les années.

L’alternateur classique triphasé, à 12 pôles a encore été amélioré, par exemple, avec l’adoption des diodes de récupérations qui captent, dans un montage étoile, les tensions reçues par le point neutre2 (phénomène dû aux légères différences dans la géométrie du système à griffes3 , des enroulements, des câbles et des connections.) Cette énergie se perdait normalement sous forme de puissance dissipée. Ces diodes (une + et une -) redressent ce courant et l’ajoute à la sortie normale d’utilisation (jusqu’à 15% !).

Les puissances nominales peuvent aussi être augmentées par l’adoption de rotors à 14 ou 16 pôles.

Désignation :1) Régulateur à vibreur2) Régulateur électronique (I)3) Régulateur électronique (II)
Modèle :ElectromagnétiqueComposants discrets / semi-intégrésTechnologie hybride / Etage commande Cl
Rapport volumétrique :100%± 20%± 3%
Poids :240 g55 g22 g
Fixation :sur carrosseriesur alternateursur alternateur

Les régulateurs sont aussi optimisés ; ils sont passés du traditionnel vibreur électromagnétique des années 63, à l’électronique dès 1969 et aux régulateurs à technologie hybride en 1987, pesant seulement 22 grammes, ne représentant, aussi, plus que 3% du volume du régulateur de 1963 (240 gr.) et, comme son prédécesseur, incorporé dans le porte balais.

1) Poulie à 2 gorges

2) ventilateur

3) Flasque côté d'entraînement et pôle inférieur fixe

4) noyau du stator

5) Enroulement d'excitation fixe

6) Rotor à pièce conductrice

7) Flasque arrière

8) Régulateur à transistor accolé, type EE

9) Diode de puissance

10) Bras pivotants

11) Pièce conductrice

Des alternateurs sans balais ni collecteurs (où rien que les roulements peuvent, encore, subir de l’usure) sont déjà utilisés mais sont réservés à des applications plus lourdes (transport, véhicules spéciaux, chemin de fer,…domaine où la longévité est déterminante.

Ceci étant dit au sujet de ce couple presque bien assorti.

Pourquoi « presque » ?

Dans un équipement d’automobile, le courant produit par l’alternateur est stocké dans la batterie. Dès que le moteur tourne, la recharge de la batterie est assurée avec constance, même à bas régime….comme au ralenti. Cette constance est totalement inutile.

On peut, via une gestion électronique « intelligente », désactiver ou réactiver la charge en fonction des besoins en temps réel.

Électricité récupérée sur le ralentissement et le freinage.

On peut par exemple désactiver la charge (l’alternateur tourne alors sans offrir de résistance) quand, la batterie étant suffisamment chargée, le conducteur roule à une vitesse constante. Il y aura comme résultat une économie de carburant pouvant atteindre 2,5% à 3,5%.

On imagine de réactiver l’alternateur (la charge de l’accu) durant les freins moteurs (dès que le chauffeur retire le pied de l’accélérateur), l’énergie cinétique produite par la masse du véhicule en mouvement décéléré, est alors transformée en énergie électrique par l’alternateur ; ce que des ingénieurs (ingénieux) désignent par «récupération de l’énergie en décélération » qui peut aussi être un ralentissement assisté, amplifié par l’action du système de freinage du véhicule, voulu par le conducteur… «Récupération de l’énergie due au freinage»

Directement après un freinage générateur, lorsque le conducteur accélère à nouveau, la charge n’étant plus nécessaire (et désactivée) on dispose de la puissance complète du moteur, c'est-à-dire y compris le gain de puissance que l’alternateur aurait absorbé lors d’une configuration classique.

Bref, des chevaux (kW) sont gagnés en accélération et en palier et inversement, l’absorption de puissance pendant le freinage et le frein moteur par l’alternateur4.

La direction assistée par un servomoteur électrique (application et tendance actuelle) est aussi consommateur d’électricité mais cette consommation n’est effective que quand le moteur de la servo-direction est en action donc très peu ou même inexistante sur route et autoroute.

La servo-direction hydraulique, que nous connaissons tous, est une mangeuse de puissance au détriment de celle développée par le moteur du véhicule car celui-ci doit entraîner en permanence une pompe hydraulique par l’intermédiaire d’une courroie. Pour que ce système soit opérationnel et sûr, le système hydraulique doit toujours être sous pression donc….consommation permanente non récupérable pour le moteur.

La direction assistée électriquement commence à se généraliser ; elle est alimentée qu’en cas de besoin ; on peut tabler sur 2 kW d’économie et/ou disponible par le moteur du véhicule. Ceci entraîne encore une réduction de consommation de 2,5% à 3%.

Le système Stop-Start®* de VAG, équipant déjà les VW Passat formel E® en 1983, risque de revenir à la surface remanié selon l’évolution des techniques actuelles, J’ai eu une voiture ainsi équipée et question d’économie de carburant c’était évident mais, la période test dépassée il ont mis le système au frigo en attendant des jours meilleurs question que soit plus intéressé les utilisateurs en fonction du prix de revient des carburant toujours à la hausse et la réduction de toutes les émissions polluantes.

Ce système consistait en un appareil de commande électronique qui récoltait différents paramètres tels que : température du moteur, régime du moteur, vitesse engagée….Dès que le conducteur se voyait à l’arrêt pour plus de trois minutes, en appuyant sur une touche du commodo, il coupait le moteur et les phares se mettaient en lanterne. Pour redémarrer, il suffisait de passer la première et d’accélérer en embrayant pour que le moteur se remette en marche automatiquement…ainsi que la voiture. Ces voitures avaient encore d’autres équipements visant l’économie de carburant comme, entre autre : le contrôle et l’indication de la consommation (pneumatique) en direct au tableau de bord, une boîte 5E dont la 5ème était largement surmultipliée précédée d’une 4ème un rien plus longue. L’étagement de la boîte de vitesse était vraiment bien calculé car je n’ai jamais trouvé de lacunes même en montagne. Le moteur 1600cc de 55 kW pouvait ne consommer que 6 litres au 100 Km sur des trajets de vacance et ce, malgré les bagages (mais rien sur le toit !) Cette voiture était équipée de petits profilés éprouvés en soufflerie : Spoiler avant, mini béquet arrière, recouvrement moulés des montants de pare-brise, encapsulage du dessous moteur, rétroviseurs profilés…. Je la trouvais géniale sur ce point là. Nous avons pu encore éprouver d’autres prototypes de systèmes économiques mais cela déborderait du cadre de ce texte.

Notes :

1 Pour d’autres applications de batteries au plomb, d’autres améliorations ont été apportées mais non appliquées au batteries de démarrage que nous connaissons sur nos voitures. Il y a d’abord les batteries résistant aux cycles alternés caractérisées par la lettre Z, Les batteries insensibles aux secousses caractérisées par les lettres Rf, les batteries HD (Heavy Duty) reprenant les deux paramètres précédents, Les batteries utilisées lorsque la sollicitation cyclique est très forte pouvant aussi servir, éventuellement, de batteries de traction (marquées « S ») et enfin, les batteries de traction.

2 Point central du couplage en étoile.

3 Technique de construction et de l’imbriquement des éléments polaires du rotor ayant la forme de griffes.

4 La puissance absorbée sur celle du moteur par l’alternateur (et sa transmission) n’est pas négligeable, soit près d’un (1) kW pour un alternateur de 90 ampères.


THERACE Jean-Claude. Mars 2007.

MAJ 29/11/07

(© Jean-Claude Therace)
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