Energie et puissance ...

[invite5ef4a018]

Bonjour,
Je post ici au cas où une bonne âme aurait le courage de me déniaiser un peu ...

J'essaye de faire une estimation d'autonomie pour un sccoter 100% électrique.
Il dispose de batteries dont on sait :
- Capacité à C/3 : 90 Ah (je suppose qu'il s'agit de la capacité de décharge moyenne).
- Tension : 31 V
- Energie : 2,8 kWh (31 * 90 = 2,79 ?)
- Puissance max : 8 kW
- Densité : 110 Wh/kg

Je suis capable d'embarquer 50kg de batterie.
J'utilise deux moteurs qui consomment 1800 W chacun.

Si on ignore pour l'instant la résistance de l'air et la resistance au frottement, que l'on admet que la décharge est linéaire etc ..., est-ce que le calcul qui dit :

50 kg * 110 Wh = 5500 Wh puissance disponible
1800 * 2 = 3600 W puissance max consommée.
=> je suis capable de fonctionner 1 heure 30 environ à plein régime

Est correct ?

Merci de votre aide.

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[manimal]

Salut ,
Tes deux moteurs consomment 3.6 kW/h à régime maxi si j ai bien compris.
Tu as une puissance disponible de 2.8 kW/h avec tes batteries.
Ta décharge n est plus de 90 Ah mais 116 Ah.
La durée de vie de tes batteries est de 46 minutes.
En embarquant 50 kg tu as donc bien 1h30 d autonomie.
Par contre ton scooter va peser plus de 100 kg.
Cordialement.
Manimal.

[invite0324077b]

kW/h

kWh/h = kW

[invite5ef4a018]

Merci Manimal

Ta décharge n est plus de 90 Ah mais 116 Ah.
La durée de vie de tes batteries est de 46 minutes.

En fait, est-ce que ça signifie qu'il ne faut pas raisonner en terme de capacité globale mais en capacité instantanée. En gros, avec mes 90 Ah je ne satisfait pas le besoin de 116 Ah (3,6 kW consommé vs 2,8 kW fourni) ?
Il faut que j'abaisse ma puissance max demandée ?

En embarquant 50 kg tu as donc bien 1h30 d autonomie.

Euh ??? C'est pas contradictoire avec la phrase précédente ?

Par contre ton scooter va peser plus de 100 kg.

Oui, il approche les 200 kg.

[A voir en vidéo sur Futura]

[manimal]

Tu as une autonomie de 46 minutes pour 2800 Wh embarqué ça corespond à 25.45kg de batterie.
Voilà.
Cordialement.
Manimal.

[invite5ef4a018]

Alors c'est génial, que de bonnes nouvelles !

Je te remercie pour tes réponses Manimal.

Maintenant, il faut prendre en compte les autres paramètres : résistance au roulement (j'ai trouvé une valeur de 0,01 qui me paraît douteuse, et je ne sais ni pour quel type de roues ça s'applique ni pour combien), résistance au vent (je suppose que c'est une composante de la surface opposée (<1m2 en ce qui me concerne), du cx (qui ne doit pas jouer énormément pour des vitesses inférieures à 100 km/h), voire de la densité de l'air ).

De toute manière, avec une conduite "éco" en ville, et sachant que 83% de l'énergie de freinage est récupérée, je suis sur une autonomie supérieure à 200 km.

D'accord, reste à caser 50 kg (=50 litres) sur un scooter. Pas facile mais faisable.

[wizz]

à 100km/h, l'effet du Cx est tout sauf négligeable.
Je crois que le cycle extra urbaine utilisé pour la concommation d'une voiture ne dépasse pas les 120km/h. On n'utilise pas les vitesses maxi pour mesurer les consommations. Or pour pouvoir afficher "officiellement" des faibles consommations, les constructeurs travaillent entre autres sur le Cx (voir les nouvelles sur les VW Blue Motion).
Si le Cx est négligeable à 100km/h, je ne crois pas que ces constructeurs automobiles s'emmerderaient à améliorer le Cx de leur voiture (par rapport à la version standard) de 0.01 ou de 0.02

[invite0324077b]

attention 3600w ce n'est pas beaucoup pour faire avencer quelque chose

il faut que ca roule bien : le scooter n'est pas le meilleur modele , je n'ais pas de chiffre exact mais il me semble que des grandes roue de mobylette roulent mieux que des petites roue de scooter avec une grosse charge de batterie

de meme pour l'aerodynamique : le resistance est bien proportionnelle a Cx mais surtout proportionnelle a la section transversale : donc il faut tout placer en longueur et ne pas augmenter la largeur : le scooter est encore un mauvais exemple : il faut faire un engin long est etroit , de plus un engin long et pointu a l'arriere a un Cx plus faible que de forme compacte ...

c'est bizarre cette manie : des que l'on parle de vehicule electrique on met des petites roue pour faire moderne alors que cest le contraire : les batteries sont lourde et il faut des grandes roue pour supporter la charge sans trop de resistance

[invite5ef4a018]

C'est certain quà 100 km/h, le coefficient de pénétration dans l'air n'est pas négligeable. Ce que je voulais dire, c'est que c'est un véhicule destiné à passer l'esentiel de son temps à 40 / 60 km/h où c'est quand même moins sensible.

Pour ce qui est des roues, j'ai ai pensé et je cherche de grandes roues assez fines et dures, assurant le plus faible frottement possible.
Au détriment du freinage et de l'amortissement, mais qui sont compensés par d'autres facteurs.

Pour l'engin que j'imagine, c'est le couple qui semble le plus important. Avec 3600 W, j'obtiens un couple max de 96 Nm en pointe, 24 Nm en continu, ce qui me semble suffisant. La magie du "In-wheel" drive.

[manimal]

Salut ,
Avec 3600 W de puissance disponible tu as en fait 4.9 chevaux de disponible , si tu as 96 Nm de couple maxi disponible tes deux moteurs doivent tourner très lentement , de plus , ce couple maxi sera necessaire lors des démarrage et accélération et là : la décharge de tes batteries se fait 4 fois plus vite : il faut mieux tabler sur 30 minutes d autonomie , c est beaucoup plus raisonnable.
Les 1h30 d autonomie sont à considérer avec un seul démarrage et un seul arrêt du véhicule et une vitesse constante : en gros tu pars d un péage autoroutier et tu t arrètes quand les batteries sont vides : c est purement utopique.
Si c était le cas je pense que des constructeurs l auraient déjà fait ne serait-ce pour alimenter les villes dont les pics de pollution en été atteignent des records.
Cordialement.
Manimal.

[invite5ef4a018]

Si c était le cas je pense que des constructeurs l auraient déjà fait ...

C'est ce que je croyais, mais j'ai trouvé une convergence de nouvelles technologies qui me laissent penser qu'elle reste inexploitée. Théorie confirmée par une récente discussion avec un cadre stratégique de Renault qui trouve la situation absurde.

, si tu as 96 Nm de couple maxi disponible tes deux moteurs doivent tourner très lentement ...

Ils tournent à 1500 tr/mn.

...de plus , ce couple maxi sera necessaire lors des démarrage et accélération et là : la décharge de tes batteries se fait 4 fois plus vite

Je ne comprend pas pourquoi. Ce moteur est donné pour 1800 W. Ce ne peut être que la puissance maximale ?

: il faut mieux tabler sur 30 minutes d autonomie , c est beaucoup plus raisonnable.

En fait, mon cahier des charges, c'est de pouvoir parcourir 120 km en rythme urbain.

Les 1h30 d autonomie sont à considérer avec un seul démarrage et un seul arrêt du véhicule et une vitesse constante : en gros tu pars d un péage autoroutier et tu t arrètes quand les batteries sont vides : c est purement utopique.

Tout à fait d'accord, mais je n'ai pas encore mon prototype pour valider, je cherche donc des ordres de grandeur. Je dispose de deux modèles : les 4 roues type clio, puis Blue Car et maintenant Mini QED pour 1 tonne déplacée d'une part, et des scootelec et autre mini scooter pour 80 kg d'autre part.

Il ne me semble pas hasardeux de dire qu'entre les deux, un engin de 200 kg doit pouvoir trouver sa place, en particulier avec de nouvelles technologies qui apparaissent.
Qu'il s'agisse de Tesla Motor ou de Vectrix, les américains ne s'embarrassent pas de détail: ils produisent et ils avancent. Nous, on reste bloqués sur nos anciens échecs (pas une seule participation à un projet européen depuis Citelec en 1999, excepté l'IFP qui a validé son moteur sur le projet Clever ... au gaz !!!).

[polo974]

L'homme développe environ 100W moyen (moi en transpirant bien ).
Un vélo propulsion humaine => 100W et 20km/h
Un moteur de vélo assisté 250W max
Un vélo position couché => 30 à 40km/h => même à 20km/h l'aérodynamique compte.
Les pertes aérodynamiques sont en gros proportionnelles au carré de la vitesse (un peu moins à très faible vitesse).

Si on double la vitesse, on a besoin de 4 fois plus d'énergie et cela en 2 fois moins de temps, il faut donc multiplier par 8 la puissance...

Donc à 40km/h il faut pas loin d'un cheval (736W) (et ensuite on dira qu'ils ne sont pas shootés à l'EPO (en fait, ils roulent en troupeau et c'est un peu moins dur)...).

Mais les 3600W, c'est pour faire du dragster, ou monter des côtes à fond la caisse, d'autant que l'électrique donne son couple dès le début contrairement aux moteurs thermiques. Il est toujours possible de mettre un limiteur de puissance "intelligent" dans l'électronique de contrôle.

Accélération/freinage, si l'énergie est récupérée, c'est seulement à 50 à 70%, mais c'est déjà mieux que rien (principe du vélo assisté)...

[invite5ef4a018]

Mais les 3600W, c'est pour faire du dragster, ou monter des côtes à fond la caisse, d'autant que l'électrique donne son couple dès le début contrairement aux moteurs thermiques. Il est toujours possible de mettre un limiteur de puissance "intelligent" dans l'électronique de contrôle.

Difficile à dire. L'inertie d'un scooter de 200kg, potentiellement chargé de 2 passagers est tout de même assez énorme. Le constructeur précise que la déclivité garantie est un élément essentiel du dimentionnement. Je suis parti sur 7%.

Accélération/freinage, si l'énergie est récupérée, c'est seulement à 50 à 70%, mais c'est déjà mieux que rien (principe du vélo assisté)...

Le fabriquant annonce 85%. Evidemment, c'est uniquement au freinage, pas à la simple decellération. La puissance absorbée est tellement énorme qu'il n'y a même plus de freins.


En réalité, je me dois simplement d'être cohérent avec le marché actuel.

Si l'on se projette un peu à la date de lancement de mon projet, soit d'ici 3 ans sans être trop optimiste, la révolution en cours dans le domaine des batteries aura produit ses effets.

Quand on voit ce qui se profile, il y a vraiment lieu d'ouvrir grand les mirettes :
http://powerelectronics.com/power_sy...atteries-0815/

[polo974]

...
Le constructeur précise que la déclivité garantie est un élément essentiel du dimentionnement. Je suis parti sur 7%.

7% à 40km/h c'est environ 0.8m/s
pour 300kg ça donne environ 2.4kW pour monter, 1kW de plus pour la vitesse, c'est cohérent.
Mais ça veut aussi dire que la conso moyenne à 40km/h tourne autour de 1kW.

Le fabriquant annonce 85%.

Le fabricant de quoi? de la batterie, de l'électronique, ou du moteur?
Dans l'ordre: 80%, 95%, 85% soit environ 65% global...
Et encore, c'est sûrement optimiste.

Donc en limitant l'accélération de fou, et la vitesse, on doit tout de même obtenir un bon résultat.

[invite5ef4a018]

Le fabricant de quoi? de la batterie, de l'électronique, ou du moteur?

Non, le fabriquant du moteur annonce que 85% de l'énergie est récupérée au freinage. Ce qui est effectivement supérieur aux 65% annoncé souvent par des moteur qui ne sont pas "In-Wheel", donc je suppose perdu dans la transmission.

Mais je sais bien que c'est juste un petit plus.

Quel calcul utilises-tu pour dire que 300Kg à 0,8m/s sur une pente à 7% nécessite 2,4 kW ?

[polo974]

85% au moteur, mais il y a les rendement de la batterie et de l'électronique.

7% à 40km/h => .8m/s ascensionnel
1kg pèse en gros 10N
un joule, c'est 1N * 1m
un watt, c'est 1J/s

300 * 10 * .8 = 2400W

[invite5ef4a018]

Merci Polo, c'est très structurant pour moi ta réponse :

Ca signifie que pour une côte proche de chez moi que je connais bien, la pente est de 7,29 %.
S'il faut la monter à deux avec chargement, c'est près de 380 Kg tout compris.

Ca monte, mais très lentement, pas à 60 km/h comme je pensais.

Donc compte tenu des déperditions diverses non évoquées, il faut tabler sur des moteurs encore un peu plus puissants (2,28 kW - 19 Nm - <76 Nm en pointe ), quitte à réguler avec un limitateur en usage courant, parce que je pense qu'il faut traiter les cas extrêmes avant tout.

Ceci dit, comment détecter qu'il s'agit d'une forte côte et que toute la puissance doît être apportée ? Détecteur de déclivité ? Ca paraît absurde. Mais on connait si mal les besoins en motorisation électrique que ça pourrait être nécessaire...

D'une certaine manière, quand on raisonne motorisation électrique, on parle moins des désirs instantanés du conducteur que du désir profond d'arriver à bon terme. Toute une philosophie !

[polo974]

Si ton scooter est assimilé cyclomoteur, la vitesse est limitée à 45km/h.
Sinon, c'est une motocyclette légère (ou un nom du genre pour dire 125) et il faut un permis.

Il y a 2 sortes d'accélérations:

• changement de vitesse de roulement et le compteur de vitesse bouge
• changement d'altitude (pente fois g), le compteur de vitesse ne bouge pas

Dans le premier cas, on peut limiter l'accélération, dans le second, on peut maintenir la vitesse dans une certaine mesure, en augmentant la puissance.

C'est en fait une régul de la vitesse en limitant sa variation positive dans une certaine mesure et sa valeur maxi en fonction de la législation (on peut même empêcher le scooter de prendre trop de vitesse dans une descente).

Dernier problème, quand la batterie est pleine, il faut dégager l'énergie de "freinage moteur" ailleurs (résistance ballast, sinon frein mécanique).

[invite5ef4a018]

Oui, c'est un scooter d'une puisance inférieure à 15 kW qui peut être conduit avec permis B.

En fait, ma préoccupation était un peu différente : en forte côte, le centre de gravité recule et avec un passager et du frêt, il n'est pas impossible de cabrer si la puissance n'est pas contrôlée, chose inadmissible avec ce type d'engin.

Pour ce qui est de la dernière phrase, je ne la comprend pas :"quand la batterie est pleine, il faut dégager l'énergie de "freinage moteur" ailleurs résistance ballast, sinon frein mécanique)."
Théoriquement, cette situation ne devrait pouvoir se produire qu'en démarrant une descente juste après la charge, non ?
Sinon, admettons que le moteur en phase producteur d'énergie ne puisse alimenter une batterie déjà saturée. Que se passe-t-il ? Dissipation d'énergie par la chaleur dégagée, non ? Pourquoi frein moteur ???

[invite0324077b]

le probleme de batterie trop pleine doit arriver souvent en montagne quand on fait un trajet tout en descente mais ce n'est pas grave il y aura forcement des frein classique

sur un 2 roue avec des grosse batterie il faudra que les batterie soit bien placé : pourquoi ne pas augmenter la longueur de l'engin

j'ai le meme probleme avec une grosse caisse a l'arriere d'une moto : elle est mal equilibré quand j'y met 50kg : je voudrai faire un cadre completement different des proportions classique pour avoir une bon volume et poid transportable et ameliorer l'aerodynamisme

toutes les coffres que l'on rajoute sur les moto sont des catastrophe aerodynamique aussi bien sur un 50 cm3 que sur un electrique :un bon volume de rangement bien integré serais un grand progres

[invite5ef4a018]

sur un 2 roue avec des grosse batterie il faudra que les batterie soit bien placé : pourquoi ne pas augmenter la longueur de l'engin

Parce qu'au-delà de 2m, la maniabilité diminue très fortement. Le Carver ou le Clever qui font plus de 3m ont un rayon de braquage de 9m !!

j'ai le meme probleme avec une grosse caisse a l'arriere d'une moto : elle est mal equilibré quand j'y met 50kg : je voudrai faire un cadre completement different des proportions classique pour avoir une bon volume et poid transportable et ameliorer l'aerodynamisme.

toutes les coffres que l'on rajoute sur les moto sont des catastrophe aerodynamique aussi bien sur un 50 cm3 que sur un electrique :un bon volume de rangement bien integré serais un grand progres

Hé, hé, j'ai prévu le coup: sur mon scooter, la place passager est transformable. En escamotant le siège, il fait place à un véritable espace de frêt complètement protégé aérodynamiquement.

Pour parler d'aérodynamisme et pour avancer en précision dans les calculs précédents, j'ai trouvé ça :
Il y a deux principales sources de frottement à vitesse constante:

- Le traînage aérodynamique qui exerce une force :
F= 1/2 kaSv²
F en Newton (SI),
k est un coefficient aérodynamique: 0,32 a 0,36 pour une voiture bien profilée, plus de 0,5 pour un 4x4.
a=1,2 kg/m3 ,
S=1,8m² pour une petite voiture( 3 pour un 4x4),
v est en m/s,
Si on veut rouler à 100 km/h (27 m/s), on a besoin d'une puissance pour une petite voiture:
P = Fv = 7,2 kW

- Le frottement de roulement qui exerce une force:
F=bmg
mg est le poids du véhicule (10000 N pour un véhicule raisonnable), b est un coefficient de frottement. Pour des pneus bien gonflés, b=0.012 donc F=120 N, et la puissance est de 3 kW a 100 km/h.

Pour la 2ème formule, je crois que je m'en sort : si j'utilise des pneus de 140/70 R15 (qui n'existent pas, mais ce sont les pneus parfait pour mon cas), j'économise 15% par rapport à une roue de voiture et 25% en ayant 3 roues au lieu de 4, admettons 35% au total.
3000 * 0,012 = 36 - 35% = 23,4 * 27 = 631 W à 100 km/h

Pour la première, j'ai rien compris !

[polo974]

...
j'ai le meme probleme avec une grosse caisse a l'arriere d'une moto : elle est mal equilibré quand j'y met 50kg : je voudrai faire un cadre completement different des proportions classique pour avoir une bon volume et poid transportable et ameliorer l'aerodynamisme

toutes les coffres que l'on rajoute sur les moto sont des catastrophe aerodynamique aussi bien sur un 50 cm3 que sur un electrique :un bon volume de rangement bien integré serais un grand progres

remorque mono roue...

[invite0324077b]

pour la formule F=bmg cela veut dire que le nombre de roue ne change rien

la force de frotement due a la roue serai protortionnel au poid quelle suporte

mais cela est evidement simpliste : ca ne tient pas compte de la dimension du pneu

il ne semble que la resistance est plus faible quand la dimension est adapté a la charge : un pneu trop gros fait perdre de l'energie un pneu trop petit aussi

une autre impression que j'ai mais que je n'ai toujours pas reussi a confirmer : il est plus economique d'augmenter la charge supportable en augmentant le diametre qu'en augmentant la largeur du pneu : jusqu'a preuve du contraire je choisirait toujours le plus grand diametre facilement disponible et largeur juste suffisante pour la charge : le plus grand diametre corespond aussi a la meilleure tenu de route

les vehicules futuriste ont souvent des petites roue mais je crois que c'est de l'esthetique pour des protos qui n'ont pas d'avenir et qu'il ne faut pas prendre modele

[polo974]

Voici mon point de vue sur les roues:
En gros, surface au sol = poids/pression de gonflage.
Ensuite, suivant la largeur et le nombre de roues, on connait la longueur de contact (pour chaque train).
Cette longueur correspond à la corde résultant de l'écrasement du pneu sur la route (supposée plate).
Suivant le rayon, la distance axe/sol va être plus ou moins réduite par rapport au rayon initial.
Le rapport distance/rayon doit plus ou moins donner le rendement de roulement de la roue.

Ensuite, il faut voir le problème des virages: un contact long s'opposera plus au virage qu'un contact carré. Mais est-ce que ça joue vraiment?...

[invite0324077b]

En gros, surface au sol = poids/pression de gonflage.

ca c'est sur : c'est aussi sur que quand coluche dit que la bonne longueur pour les jambes c'est quand les pieds touchent par terre

pour une voiture par temps sec surface de contact en long ou en large : sans importance , mais quand il pleut une surface large ca fait de l'aquaplaning , une surface longue ca fend la mer : ca faisait la qualité des vieilles citroen ds ou gs

pour une moto je pense que c'est encore plus en faveur du contact long que large : quand je ferai une moto je risque de mettre une roue de 21 pouces devant et derriere

[polo974]

ca c'est sur : c'est aussi sur que quand coluche dit que la bonne longueur pour les jambes c'est quand les pieds touchent par terre

pour une voiture par temps sec surface de contact en long ou en large : sans importance , mais quand il pleut une surface large ca fait de l'aquaplaning , une surface longue ca fend la mer : ca faisait la qualité des vieilles citroen ds ou gs

pour une moto je pense que c'est encore plus en faveur du contact long que large : quand je ferai une moto je risque de mettre une roue de 21 pouces devant et derriere

Une chenille carrément

[invite5ef4a018]

J'ai finalement obtenu des réponses par le constructeur du moteur :
Mes paramètre étaient :
Vitesse max 115 km/h
Diametre externe pneu : 0.573m
Diameter jante : 0.381m
2 roues motrices
Poids à vide 210 kg
Résistance au roulement : 0.013
Surface frontale : 0,85 m2
Accélération : 0.138g (0-100 km/h en 20 secondes)
Pente max : 6 %
Batterie : 62 volt nominal
Batterie : 80 volts max

Ce qui fait pour eux et par roues :
Couple nécessaire pour grimper : 31,95 Nm (63, 89 Nm au total)
Couple nécessaire pour accélération : 44,56 Nm (89,12 Nm)
Couple pour conserver la vitesse max : 28,19 Nm (56,38 Nm)
Couple pour combattre le frottement : 3,84 Nm ( 7,67 Nm)

Et donc ils proposent des moteurs avec :
Continuous rated torque Nm 72.32 !!!
Motor Speed Required rpm 1065.00
Rotor OD m 0.31
Motor Voltage Vdc 62.00
Rated Current A 146.76
Mid Range Current A 179.8
Mid range Eff % 90
Rated Power W 8065.5
Rated Eff % 93.3
Estimated Mass kg 11.6
Active Mass kg 6.63
Torque to active mass ratio Nm/kg 10.92

Continuous rated torque Nm 72.32 !!! => 140 Nm
C'est pas pour faire du dragster, c'est pour arracher le bitume !

Ca me semble complètement délirant, mais bon. Je ne sais plus quoi penser.

[polo974]

...
Continuous rated torque Nm 72.32 !!! => 140 Nm
C'est pas pour faire du dragster, c'est pour arracher le bitume !
...

c'est à 1000tr/mn, pas 3000!

Mais c'est vrai qu'au démarrage, un moteur électrique à "trop" de couple, qu'il serait judicieux de limiter par un démarrage progressif...