JE CONSTRUIS MON VÉHICULE ÉLECTRIQUE

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Transcript JE CONSTRUIS MON VÉHICULE ÉLECTRIQUE

Je construis
mon véhicule
électrique
Retrouvez aussi :
Électrotechnique
et énergie électrique
2e édition
Luc Lasne
304 pages
Dunod, 2013
Aide-mémoire
d’électrotechnique
Pierre Mayé
320 pages
Dunod/L’Usine Nouvelle, 2012
Arduino, Applications
avancées
Christian Tavernier
224 pages
Dunod, 2012
Arduino, Maîtrisez
sa programmation
et ses cartes d’interface
Christian Tavernier
232 pages
Dunod, 2011
Thierry Lequeu
Arnaud Sivert
Je construis
mon véhicule
électrique
© Dunod, Paris, 2013
ISBN 978-2-10-058944-9
TABLE DES MATIÈRES
Chapitre
pa g e
Avant-­propos
1
Intro­­duc­­tion
7
1
2
3
4
5
Rela­­tions entre élec­­tricité, méca­­nique, et ciné­­ma­­tique 1.1 Force et puis­­sance motrice
1.2 Force accé­­lé­­ra­­trice et force decélératrice
1.3 Rela­­tion force, couple, vitesse, puis­­sance
1.4 Force, puis­­sance, couple et inten­­sité équi­­va­­lent
ther­­mique
1.5 Indice de pro­­tec­­tion du maté­­riel élec­­trique
1.6 Les dan­­gers de l’élec­­tri­­cité
1.7 Carac­­té­­ris­­tique dyna­­mique d’un véhi­­cule
11
12
13
17
19
21
22
23
Les moteurs et les varia­­teurs
2.1 Les dif­­fé­­rentes tech­­no­­logies de moteurs
et de varia­­teurs
2.2 Choix de la trans­­mis­­sion
28
36
Le sto­­ckage de l’éner­­gie
3.1 Les accu­­mu­­la­­teurs élec­­triques
3.2 Modèle et carac­­té­­ris­­tiques d’une bat­­te­­rie
3.3 Les super-­condensateurs
3.4 Les char­­geurs de bat­­te­­rie
39
40
48
56
60
Les accé­­lé­­ra­­teurs et l’ins­­tru­­men­­ta­­tion
4.1 Les dif­­fé­­rents types d’accé­­lé­­ra­­teur
4.2 L’ins­­tru­­men­­ta­­tion
4.3 Mesure de la tem­­pé­­ra­­ture du maté­­riel
71
72
73
79
Appli­­ca­­tion vélo à assistance et cycle motorisé
5.1 Le vélo élec­­trique au quo­­ti­­dien
5.2 Puissance deman­­dée par un vélo
5.3 Les moteurs de 250 W à 4 KW
81
82
84
86
V
27
Je construis mon véhicule électrique
6
5.4Les moteurs outrunner de 250 W à 14 kW
et les varia­­teurs
5.5 Les roues, rayon­­nages et trans­­mis­­sions
5.6 Les varia­­teurs et les accu­­mu­­la­­teurs
5.7 Câblage d’un vélo élec­­trique
5.8 Bilan et esti­­mation du prix de l’éner­­gie entre
un vélo élec­­trique et un 50 cm3
5.9Syn­­thèse sur la réa­­li­­sa­­tion d’un cycle élec­­trique
107
109
Appli­­ca­­tion au kart électrique
6.1 Carac­­té­­ris­­tiques des karts ther­­miques
6.2 Puis­­sance deman­­dée par un kart électrique
6.3 Couple à l’accé­­lé­­ra­­tion
6.4 Trans­­mis­­sion
6.5 Bat­­te­­ries pour kar­­ting
6.6Les motorisations pour kar­­tings élec­­triques
6.7 Paramétrage du varia­­teur
6.8 Dyna­­mique d’un kar­­ting
111
112
112
113
114
115
117
126
130
Index
135
VI
89
90
91
104
Avant-­propos
Bref his­­to­­rique
Les véhi­­cules élec­­triques existent depuis le début du XXe siècle. Ils
avaient à l’époque des per­­for­­mances compa­­rables à celles des
véhi­­cules ther­­miques.
Mais l’évo­­lu­­tion des moteurs ther­­miques a été beau­­coup plus
rapide que celle des accu­­mu­­la­­teurs élec­­triques. Par consé­­quent,
les véhi­­cules élec­­triques n’ont rapi­­de­­ment plus été viables d’un
point de vue éco­­no­­mique. Les moteurs à combus­­tion interne et à
essence ont donc acquis une posi­­tion lar­­ge­­ment domi­­nante sur le
mar­­ché pen­­dant tout le XXe siècle1. Les véhi­­cules avec moteur
élec­­trique auto­­nome ont été spé­­cia­­li­­sés dans des appli­­ca­­tions
telles que cha­­riots élé­­va­­teurs, machines de net­­toyages indus­­triels,
cha­­riots filoguidés…
Depuis 2007, grâce aux der­­nières inno­­va­­tions dans le domaine
des accu­­mu­­la­­teurs et grâce à la flam­­bée du prix du pétrole, les
véhi­­cules élec­­triques rede­­viennent inté­­res­­sant éco­­no­­mi­­que­­ment.
Figure 0.1
À gauche, La jamais
contente de 1899
50 kW, 200 V,
avec deux moteurs,
100 km/h Max.
1. On peut lire un bel his­­to­­rique des moteurs sur www.kartelec.com
1
Je construis mon véhicule électrique
Figure 0.2
Peugeot de 1941,
2,5 kW, 48 V, vitesse
Max 30 km/h
Construire son véhi­­cule élec­­trique !
Construire un véhi­­cule élec­­trique, c’est faire un compro­­mis entre
la puis­­sance, la consom­­ma­­tion d’éner­­gie, le poids, le volume,
l’auto­­no­­mie… et le coût.
Pour tous les véhi­­cules élec­­triques, le point noir se trouve au
niveau des bat­­te­­ries qui coûtent encore rela­­ti­­ve­­ment cher et qui
ont une durée de vie limi­­tée avec une fia­­bi­­lité approxi­­ma­­tive.
En consé­­quence l’auto­­no­­mie des véhi­­cules élec­­triques est encore
rela­­ti­­ve­­ment faible par rap­­port à celle des véhi­­cules à essence. La
recharge élec­­trique prend géné­­ra­­le­­ment plus d’une heure, même
s’il existe aussi des pos­­si­­bi­­li­­tés de faire un échange rapide avec un
autre jeu de bat­­te­­ries.
En revanche, l’énorme avan­­tage des véhi­­cules élec­­triques est que
l’éner­­gie élec­­trique est à peu près cinq fois moins chère que l’essence
(en 2012), et que cet écart se creuse un peu plus chaque année.
Aujourd’hui, il est facile de réa­­li­­ser son propre véhi­­cule élec­­trique
grâce au web où l’on pourra trou­­ver tout le maté­­riel néces­­saire.
Ces der­­nières années, de nom­­breux four­­nis­­seurs se sont spé­­cia­­li­­
sés dans la vente de kits à mon­­ter soi-­même. On regret­­tera mal­­gré
tout qu’ils four­­nissent très peu de jus­­ti­­fi­­cations per­­met­­tant de gui­
­der le choix de l’internaute. De nom­­breux blogs et forums existent
aussi pour vous aider, mais ils sont loin de don­­ner un guide com­
plet pour la réa­­li­­sa­­tion d’un véhi­­cule élec­­trique. Autre inconvé­­
nient, il y a de fortes chances d’avoir des réponses en anglais
même en for­­mu­­lant des ques­­tions en fran­­çais.
Par ailleurs, la réa­­li­­sa­­tion d’un véhi­­cule élec­­trique demande de
sérieuses connais­­sances en méca­­nique, en élec­­trique, et en ther­­
mie. Choi­­sir un moteur ou un varia­­teur en adé­­qua­­tion avec un
cahier des charges n’est pas facile pour tout le monde. De même,
le choix d’un accu­­mu­­la­­teur qui néces­­site de sélec­­tion­­ner le nombre
d’élé­­ments, la capa­­cité éner­­gé­­tique, l’auto­­no­­mie, le volume, le
2
Avant-­propos
poids, le prix, l’indice de pro­­tec­­tion, la durée de vie, le mon­­tage de
l’accu­­mu­­la­­teur, est sou­­vent un casse-­tête…
Les objec­­tifs de ce livre
Le but de ce livre est de vous aider à faire ces choix pour que vous
puis­­siez réa­­li­­ser vous-­même votre véhi­­cule à par­­tir de vos objec­­tifs.
Il regroupe l’ensemble des infor­­ma­­tions tech­­niques qui vous per­­
met­­tront de construire votre propre véhi­­cule élec­­trique que ce soit
pour un usage quo­­ti­­dien, pour des chal­­lenges ou pour des courses.
Tous les aspects méca­­niques, élec­­triques, para­­mé­­trage, char­­geurs,
sont trai­­tés afin de per­­mettre à cha­­cun de faire des choix et de
conce­­voir son véhi­­cule en fonc­­tion de son cahier des charges.
Ce livre vous aidera à dimen­­sion­­ner, à modé­­li­­ser, à para­­mé­­trer,
puis à réa­­li­­ser et à vali­­der votre véhi­­cule. Il vous per­­met­­tra aussi
d’en faire la main­­te­­nance et de l’opti­­mi­­ser.
Fruit d’une expé­­rience de plu­­sieurs années des auteurs et de leurs
étu­­diants, cet ouvrage ras­­semble de nom­­breux conseils, astuces,
exemples pra­­tiques et expé­­riences per­­son­­nelles.
Les auteurs ont pris le parti d’uti­­li­­ser cer­­tains termes tech­­niques
anglais ce qui per­­met de comprendre les datasheets et les docu­­
ments des four­­nis­­seurs étran­­gers.
© Dunod – Toute reproduction non autorisée est un délit.
À qui s’adresse ce livre ?
Ce livre s’adresse à tous ceux qui veulent réa­­li­­ser un véhi­­cule élec­
­trique, qu’ils soient col­­lé­­giens ou lycéens (Bac pro méca­­nique,
élec­­trique, STI2D, S science de l’ingé­­nieur), étu­­diants en BTS ou
IUT (GEII, génie élec­­trique, méca­­nique) ou élèves ingé­­nieurs, car
le véhi­­cule élec­­trique sera l’un des véhi­­cules de notre futur.
Ce livre est aussi dédié à tous les auto­­di­­dactes et ama­­teurs qui ont
le pro­­jet de réa­­li­­ser leur propre véhi­­cule élec­­trique sans être spé­­
cia­­liste de ce domaine.
Les compé­­titions et les asso­­cia­­tions
Il existe de nom­­breux regrou­­pe­­ments, chal­­lenges, ou salons qui
per­­mettent d’essayer des engins élec­­triques et de dia­­lo­­guer avec
des pas­­sion­­nés qui ont réa­­lisé leurs pro­­to­­types.
L’objec­­tif de ces mani­­fes­­ta­­tions est en géné­­ral de par­­ta­­ger un
savoir-­faire et de compa­­rer les choix tech­­no­­lo­­giques de cha­­cun.
3

Je construis mon véhicule électrique
Fes­­ti­­val natio­­nal de kar­­ting élec­­trique
Depuis 2006, le Fes­­ti­­val natio­­nal de Vierzon regroupe vélo élec­­
trique, robot, kar­­ting élec­­trique1. Ce chal­­lenge dure trois jours, et
a lieu fin mai. Le but est de compa­­rer les pro­­to­­types au cours de
dif­­fé­­rentes épreuves sur cir­­cuit. De nom­­breuses écoles par­­ti­­cipent
mais il y a aussi des fabri­­cants de kar­­ting élec­­triques2. Ces épreuves
sont :
• l’endu­­rance de 2 heures avec 2 kar­­tings (pen­­dant qu’un kar­­ting
charge l’autre roule),
• l’endu­­rance de 4 heures avec 2 à 4 kar­­tings,
• le start et stop de 50 m,
• le meilleur temps au tour des ses­­sions sur les 3 jours,
• la course de 10 minutes.
Pour les écoles un dos­­sier péda­­go­­gique doit être fourni et il sera
éva­­lué par un jury.
L’orga­­ni­­sa­­tion de ce fes­­ti­­val est assu­­rée par l’asso­­cia­­tion ASTECH3
avec de nom­­breux membres d’anciens ingé­­nieurs de chez Matra
qui ont pour but de pro­­mou­­voir et de vul­­ga­­ri­­ser les sciences et les
tech­­no­­lo­­gies.
Ce ras­­sem­­ble­­ment de Vierzon regroupe aussi l’Asso­­cia­­tion e-­Kart
dont de nom­­breux membres sont ensei­­gnants en IUT, lycées ou
écoles d’ingé­­nieurs, mais aussi ingé­­nieurs dans l’indus­­trie
(Peugeot, ADS-­technologies4, Optima, Sevcon…).
Chal­­lenge éco-­marathon
Les éco-­marathons sont des compé­­titions de véhi­­cules dont le but
est de par­­cou­­rir la plus longue dis­­tance avec un mini­­mum d’éner­
­gie. Ces compé­­titions sont réser­­vées aux étu­­diants de tous les
niveaux (du col­­lège jusqu’aux grandes écoles) et de tous les pays.
Ces éco-­marathons sont ouverts à tous types d’éner­­gies (moteurs
à combus­­tion, piles à combus­­tible (hydro­­gène), moteurs élec­­
triques avec bat­­te­­ries ou solaires).
1. www.e-­kart.fr
2. Par exemple www.speedomax.fr
3. www.cartec-­inno.com
4. www.ecolostation.com
4
Avant-­propos

Il existe des éco-­marathon en France1, en Belgique2 et aux Pays-­
Bas3. Ces dif­­fé­­rents chal­­lenges, dont les règle­­ments sont pra­­ti­­que­
­ment iden­­tiques, ont pour but de pro­­po­­ser des épreuves édu­­ca­­tives
à carac­­tère envi­­ron­­ne­­men­­tal qui encou­­ragent l’épa­­nouis­­se­­ment
de pro­­jets concrets issus des ensei­­gne­­ments tech­­niques et pro­­fes­­
sion­­nels.
L’objec­­tif des concur­­rents de ce chal­­lenge est de par­­cou­­rir 25 km à
une vitesse mini­­male de 30 km/h en consom­­mant le moins d’éner­
­gie pos­­sible.
Il y a deux caté­­go­­ries (pro­­to­­types à trois roues mini­­mums et éco-­
citadin à quatre roues). Un dos­­sier péda­­go­­gique doit être fourni
et éva­­lué par un jury. Les par­­ti­­cipants sont de tous cur­­sus comme
le montre la figure sui­­vante pour la France.
Figure 0.3
Nombre
de par­­ti­­cipants
au chal­­lenge
Educeco en 2012.
Autres épreuves
© Dunod – Toute reproduction non autorisée est un délit.
Il existe aussi la tra­­ver­­sée des Alpes, orga­­ni­­sée par Jean Marc
Dubié4, ouverte à tous les véhi­­cules qui ne sont pas « ther­­
miques ».
Il y a éga­­le­­ment tous les ras­­sem­­ble­­ments cyclotourismes où l’on
voit de plus en plus de vélo élec­­trique. Il en est de même, pour
les ras­­sem­­ble­­ments de vélo cou­­ché5 (Sologne, Normandie,
Trans’Arden­­naise, cir­­cuit du Mans, velos’Aisne…) où il y a de
nom­­breux véhi­­cules élec­­triques.
Enfin, il existe un Ral­­lyes Solaires en Savoie pour les pro­­to­­types
mélan­­geant l’uti­­li­­sation des bat­­te­­ries et la recharge par pan­­neaux
solaires.
1. www.educeco.net,
2. www.slto.be/ecomarathon
3. l’éco-­marathon Shell
4. pile-­au-methanol.com
savoie-­technolac.com/236-course-de-vehicules-solaires.htm
5. velorizontal.bbfr.net/forum
5
Je construis mon véhicule électrique
Remer­­ciements
Les auteurs remer­­cient leurs col­­lègues ensei­­gnants pour les cor­­
rec­­tions faites à ce manus­­crit, notam­­ment Emmanuel Franc du
lycée Leonard de Vinci de Soissons qui a par­­ti­­cipé à la réa­­li­­sa­­tion
d’un pro­­to­­type pour l’éco-­marathon, ainsi que José Claudon
ensei­­gnant à l’IUT de Génie Méca­­nique de Saint-­Quentin de l’IUT
de l’Aisne qui a col­­la­­boré à la réa­­li­­sa­­tion de plu­­sieurs kar­­tings
élec­­triques.
6
Je construis mon véhicule électrique
L’éner­­gie consom­­mée par un véhi­­cule dépend aussi du type de
pneus, de la gra­­nu­­lo­­mé­­trie de la route, mais sur­­tout des frot­­te­­
ments de l’air. Plus un véhi­­cule ira vite et plus il dépen­­sera de
l’éner­­gie. Pour une dis­­tance de 20 km, un cycliste à 20 km/h dépen­
­sera 175 W.H, alors qu’un cycliste à 45 km/h dépen­­sera 511 W.H.
En 2012, le prix de l’éner­­gie ali­­men­­taire est de l’ordre de 4.33 € kW.h
ce qui cor­­res­­pond à 14 € de dépense ali­­men­­taire par jour. Le prix
de l’éner­­gie de l’essence est de 0.16 €/kW.h alors que le prix de
l’éner­­gie élec­­trique domes­­tique est de 0.12 €/kW.h.
Un bilan approximatif de nos dépenses d’éner­­gies pour nos dif­­fé­
r­ ents moyens de loco­­mo­­tions est fourni dans le tableau sui­­vant :
Prix en €
véhi­­cule +
assu­­rance
Prix
pour
100 km
Moyen de loco­­mo­­tion
pour une uti­­li­­sation
d’1 heure sur du plat
Dépense
éner­­gé­­tique
en W.H
Prix de
l’éner­­gie
marche à pied à 5 km/h
110
0,50 €
10 €
course à pied à 10 km/h
220
1 €
10 €
vélo à 20 km/h
175
0,75 €
500 +0
4,75 €
vélo mobile élec­­trique
sans pédalage à
45 km/h
300
0,025 €
6000 +0
12 €
vélo élec­­trique droit
avec pédalage à
45 km/h
900 +250
0.11+1 €
1500 + ?
5,46 €
vélo élec­­trique droit
sans pédalage à
45 km/h
1150
0,14 €
1500 + ?
3,30 €
scoo­­ter à moteur
ther­­mique à 45 km/h
27 000
4,50 €
2000 +300
20 €
Voi­­ture à moteur
ther­­mique à 45 km/h
36 000
5,70 €
25000 +400
70 €
Géné­­ra­­lités sur la construc­­tion
d’un véhi­­cule élec­­trique
Tous les véhi­­cules élec­­triques sont compo­­sés d’un châs­­sis, d’un
moteur (qui peut aussi ser­­vir à frei­­ner), d’un varia­­teur de vitesse,
d’une réserve d’éner­­gie (l’accu­­mu­­la­­teur), d’un char­­geur de bat­­te­
­rie… et d’un cer­­tain nombre d’autres choses.
Avant de réa­­li­­ser un véhi­­cule élec­­trique, il faut se poser les ques­­
tions sui­­vantes (et si pos­­sible y répondre…) :
8
Intro­­duc­­tion
•Quelle sera la masse du véhi­­cule ? quelle masse devra-­t-il trans­
­por­­ter ? sur quel type de voie ?
• Quelle vitesse maximale ce véhi­­cule devra-­t-il atteindre ? (ce
qui va condi­­tion­­ner la puis­­sance du moteur).
• Quel devra être le temps d’accé­­lé­­ra­­tion mini­­mal ? (ce qui dimen­
­sion­­nera la puis­­sance du varia­­teur par rap­­port au moteur).
• Quelle sera la dis­­tance de frei­­nage pour la vitesse maximale ?
• Quel est l’objec­­tif d’auto­­no­­mie du véhi­­cule ? (ce qui fixera la
capa­­cité éner­­gé­­tique de la bat­­te­­rie).
• Quel est le bud­­get maximal à ne pas dépas­­ser ?
• Quel temps de recharge maxi­­mum de l’accu­­mu­­la­­teur est-­on
prêt à accep­­ter ? (ce qui dimen­­sion­­nera le char­­geur mais aussi le
choix de la bat­­te­­rie).
• Quelle sera consom­­ma­­tion éner­­gé­­tique pour par­­cou­­rir 100 km ?
• Est-­ce que le volume de maté­­riel pourra être placé sur le véhi­­
cule ?
Trou­­ver le compro­­mis idéal n’est pas une chose facile, car tous ces
élé­­ments du cahier des charges sont liés.
© Dunod – Toute reproduction non autorisée est un délit.
Par exemple, si vous vou­­lez aller plus vite, la puis­­sance motrice
sera plus impor­­tante, donc le moteur sera plus lourd. Il fau­­dra
alors uti­­li­­ser davan­­tage de capa­­cité éner­­gé­­tique pour votre bat­­te­­
rie, voire des tech­­no­­logies plus per­­for­­mantes et votre bud­­get en
subira les consé­­quences.
Le tra­­vail de l’ingé­­nieur est de faire un compro­­mis entre toutes ces
carac­­té­­ris­­tiques et de réajus­­ter son cahier des charges pour ne pas
faire un véhi­­cule uto­­pique. Mais l’ingé­­nieur ne peut pas tout anti­
­ci­­per, et réa­­li­­ser un pre­­mier pro­­to­­type per­­met d’avan­­cer et de se
poser cer­­taines ques­­tions après coup.
Par consé­­quent ce n’est pas grave, si vous ne maîtrisez pas tout
du pre­­mier coup.
Les ques­­tions viennent lorsque vous dési­­rez amé­­lio­­rer et opti­­mi­­
ser votre véhi­­cule. En effet, pour opti­­mi­­ser, il faut sou­­vent pas­­ser
par quelques équa­­tions mathéma­­tiques pour mieux comprendre
votre sys­­tème.
Ces équations per­­mettent de modé­­li­­ser le sys­­tème, puis de le
réguler et de faire des choix appro­­priés en fonc­­tion d’un cahier
des charges.
Pour opti­­mi­­ser une réa­­li­­sa­­tion, il faut maîtriser la puis­­sance
consom­­mée par le véhi­­cule en fonc­­tion de sa vitesse, les forces
9

Je construis mon véhicule électrique
accé­­lé­­ra­­trices et decélératrices pos­­sibles, et bien connaître toutes
les tech­­no­­logies pour faire les bons choix.
La pre­­mière par­­tie de ce livre vous per­­met­­tra de résoudre et de
dimen­­sion­­ner les élé­­ments de votre véhi­­cule élec­­trique. Les équa­
­tions qui y sont pré­­sen­­tées vous per­­met­­tront de faire le choix d’un
dimensionnement judi­­cieux en fonc­­tion de votre cahier des
charges. De plus, elles vous per­­met­­tront de vous fami­­lia­­ri­­ser avec
les dif­­fé­­rentes uni­­tés élec­­triques et méca­­niques et vous aide­­ront à
dia­­lo­­guer avec d’autres per­­sonnes en ayant le même voca­­bu­­
laire.
Quelques repères chif­­frés
En 2012, avec 1 500 euros de bud­­get, il est pos­­sible de réa­­li­­ser faci­
l­ e­­ment des vélos élec­­triques qui roulent à 60 km/h, qui ont 180 km
d’auto­­no­­mie, et dont la consom­­ma­­tion élec­­trique revient à envi­­
ron 2 euros pour 1 000 kilo­­mètres.
Il est aussi facile, pour un bud­­get de 8 000 euros, de réa­­li­­ser des
kar­­tings qui ont des temps d’accé­­lé­­ra­­tions de 4 secondes pour
atteindre 100 km/h, qui peuvent rou­­ler à 140 km/h et dont la
consom­­ma­­tion élec­­trique revient à envi­­ron 5 euros pour 1 000
kilo­­mètres.
Le bud­­get d’achat est iden­­tique à celui d’un kar­­ting de compé­­
tition mais il n’y a plus de main­­te­­nance du moteur ther­­mique et la
consom­­ma­­tion éner­­gé­­tique est 10 fois plus faible que celle d’un
kar­­ting ther­­mique…
C’est la rai­­son pour laquelle il y a de plus en plus de kar­­tings élec­
­triques en loca­­tion, sur­­tout sur les pistes indo­or, d’autant que les
sen­­sa­­tions sur ces kar­­tings élec­­triques sont bien meilleures.
Il est aussi très facile de réa­­li­­ser une moto ou un scoo­­ter élec­­trique
qui a les mêmes carac­­té­­ris­­tiques qu’un kar­­ting de compé­­tition
avec les mêmes moteurs et les mêmes varia­­teurs. En revanche,
sachez qu’il vous sera très dif
­­fi­­cile de trou­­ver un assu­­reur et
d’homo­­lo­­guer votre moto pour rou­­ler sur les routes d’Europe.
10
1
Chapitre
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
pa g e
Rela­­tions entre
élec­­triCITÉ,
méca­­nique,
ET ciné­­ma­­tique
Rela­­tions entre élec­­tricité, méca­­nique,
et ciné­­ma­­tique
11
Force et puis­­sance motrice
Force accé­­lé­­ra­­trice et force decélératrice
Rela­­tion force, couple, vitesse, puis­­sance
Force, puis­­sance, couple et inten­­sité équi­­va­­lent ther­­mique
Indice de pro­­tec­­tion du maté­­riel élec­­trique
Les dan­­gers de l’élec­­tri­­cité
Carac­­té­­ris­­tique dyna­­mique d’un véhi­­cule
12
13
17
19
21
22
23
2
Les moteurs et les varia­­teurs
27
3
Le sto­­ckage de l’éner­­gie
39
4
Les accé­­lé­­ra­­teurs et l’ins­­tru­­men­­ta­­tion
71
5
Appli­­ca­­tion vélo à assistance et cycle motorisé
81
6
Appli­­ca­­tion au kart électrique
11
111
Je construis mon véhicule électrique
1.1 Force et puis­­sance motrice
En régime éta­­bli de vitesse (c’est-­à-dire lorsque la vitesse est
constante), la force motrice est égale à la force résis­­tante.
Figure 1.1
Les forces agis­­sant
sur un véhi­­cule
La force résis­­tante dépend du frot­­te­­ment pro­­vo­­qué lors du rou­­le­
­ment (type de pneu, gra­­nu­­lo­­mé­­trie de la route, perte méca­­nique
des rou­­le­­ments…). Les forces de rou­­le­­ment (équ. 1.1) sont consi­­
dé­­rées pro­­por­­tion­­nelles à la vitesse et sont modé­­li­­sées par un
coef
­­fi ­cient kf. Elles sont négli­­geables par rap­­port à la force résis­­
tante de l’air (équ. 1.2). Cette force ré­sistante de l’air dépend de la
sur­­face d’air tra­­ver­­sée notée S, des tur­­bu­­lences appe­­lées le coef­­fi­
cient de traî­­née Cx, et enfin de la masse volumique de l’air notée ρ
(1,2 kg/m3). On sim­­pli­­fiera l’ensemble de ces don­­nées par le coef­
­fi­cient kair.
Leurs équa­­tions res­­pec­­tives sont :
G Roulement (O) = lg ⋅ W avec V (vitesse en m/s) FAero (N) = k air ⋅ [V (m/s) + Vv ent ] =
2
(1.1)
1
⋅ ρ ⋅ T ⋅ Dy ⋅ ( W+ W Vent) 2 (1.2)
2
La force due à la pesan­­teur (équ. 1.3) dépend de la masse du véhi­
­cule et évi­­dem­­ment du pour­­cen­­tage de la pente de la chaus­­sée. Le
pour­­cen­­tage de cette pente cor­­res­­pond à hauteur effectuée divi­­
sée par la longueur du déplacement. Cette force cor­­res­­pond à
l’équa­­tion sui­­vante :
FPente (N) = M(kg) ⋅ g ⋅pente(%) (g: gravitation 10 m s 2 ) (1.3)
Évidemment, toutes ces forces résis­­tantes s’addi­­tionnent pour
s’oppo­­ser au mou­­ve­­ment.
Fresistance (N) = FRoulement + FPente + FAero 12
(1.4)