autonomie maximale selon type batteries

Comment çà fonctionne, les calculs de puissance, d'aérodynamique etc.
Vous pouvez tout demander et poster ici concernant la traction électrique en générale.

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filomat
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autonomie maximale selon type batteries

Message par filomat » dim. 14 08 , 2011 9:45

autonomie maximale du véhicule électrique.

Un véhicule consomme une énergie proportionnelle à la distance parcourue, à sa masse totale et à la pente du terrain.
Par exemple un véhicule de 100 kg consomme une énergie de 100x9.81x5/100=50 Joules pour parcourir une distance de 1m dans une pente de 5% (élévation de hauteur de 5m pour 100 m parcourus), ou encore 50 KJ par km parcouru.

Une batterie contient une quantité d'énergie proportionnelle à sa masse.
Par exemple une batterie au plomb peut délivrer 20 wh soit 72 KJ par kg (une batterie au lithium trois fois plus environ)... tandis que le litre d'essence contient 10 kwh( soit 36000 KJ ... 500 fois plus que les batterie plomb ou 150 fois plus que les batteries lithium, 50 fois plus si l'on considère que le rendement du moteur thermique n'est que le tiers de celui du moteur électrique).

L'autonomie du véhicule est donc le rapport entre l'énergie contenue dans la batterie de masse mb , soit mb.e (où e désigne l'énergie massique de la batterie en J/kg) et la consommation d'énergie métrique du véhicule de masse totale mb+mu, mu désignant la masse utile transportée par le véhicule.

En appelant x le rapport mb/mu l'autonomie vaut : A=e/(9.81 p)*x/(1+x)

Lorsque x tend vers l'infini l'autonomie atteint le maximum qui correspond au type de batterie et à la pente du terrain.

Par exemple un véhicule à batteries au plomb e=72 KJ/kg ne pourra dépasser une autonomie de 100 km dans une pente de 7.2%, même si le poids de batterie représente une grande proportion du poids total du véhicule.

Au fur et à mesure que l'on rajoute des batteries pour augmenter l'autonomie le gain devient de plus en plus faible si bien qu'il n'est plus rentable d'ajouter des batteries au delà de la moitié de l'autonomie maximale théorique : En général un véhicule à batterie plomb ne dépassera jamais une autonomie de 50 km dans un équivalent de pente de 5%. (si l'on réduit l'énergie spécifique de la batteries plomb à 50 KJ/kg pour tenir compte de la masse de structure du véhicule due à celle des batteries et du rendement de conversion électromécanique).

Un véhicule à batteres lithium pourra parcourir environ 3 fois plus, soit 150 km.

Un véhicule thermique 50 fois plus soit 7500 km (sur les mêmes bases de rapport entre masse carburant et masse utile transportée).

La pente moyenne de 5% (pente du terrain + accélération moyenne + résistance au roulement + résistance de l'air) correspond à une consommation de 50 KJ = 14 wh/km pour un véhicule de masse totale 100 kg, ou dix fois plus soit 140 wh/km ou encore 14 kwh aux 100 km pour un véhicule de 1 tonne.

Cet équivalent de pente de 5% environ correspond donc ainsi approximativement et en moyenne aux mesures de consommations enregistrées sur les véhicules courants (un peu moins pour les vélos et scooters électriques, un peu plus pour les automobiles en raison de leur vitesse plus élevée et le résistance aérodynamique qui en résulte).

Ces calculs simplifiés ne fournissent que des ordres de grandeur mais ils permettent d'expliquer les limites rencontrées par les véhicules électriques en ce qui concerne leur autonomie sur une seule recharge, et qui sont dues aux performances d'énergie massique de leurs batteries.
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filomat
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Message par filomat » dim. 14 08 , 2011 14:53

Le coût des batteries intervient aussi pour limiter leur capacité (les derniers kilomètres coûte de plus en plus cher en batteries supplémentaires au fur et à mesure que l'autonomie augmente) : aux km supplémentaires que rajoute la dernière batterie il faut retrancher tous ceux qu'elle aura fait perdre avant pour la transporter) : Si les batteries lithium sont plus chères au kwh que les batteries plomb, l'autonomie maxi du véhicule lithium ne sera pas forcément trois fois plus élevée que celle du véhicule à batteries plomb.

Les derniers kilomètres sont ceux qui coûtent le plus cher en batteries ! :)

Cela montre qu'il y a bien un "plafond" à l'autonomie des véhicules électriques et que pour faire de longues distances il sera inévitable - et plus économique - de les remplacer ou de les recharger en cours de route plutôt que de faire le trajet d'une seule traite.
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Message par filomat » dim. 14 08 , 2011 15:16

On pourrait aussi prévoir, pour les longues étapes, de prévoir d'ajouter les batteries supplémentaires en fin de parcours, dans une remorque ou sur un coffre de toit ... à moins que les batteries "metal-air" ne viennent changer la donne avec des performances qui se rapprochent de celles des hydrocarbures.
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Message par filomat » dim. 14 08 , 2011 17:15

Cela montre aussi que l'optimum étant obtenu quand le poids des batteries représente à peu près la moitié du poids total du véhicule en charge le véhicule électrique sera toujours au moins aussi lourd que son homologue thermique tant qu' il se place dans la perspective de l'autonomie maximale, la proportion du poids de motorisation (batteries + moteur) étant alors aussi importante que pour le thermique (moteur+ essence).

Le respect de l'environnement complique sensiblement les problèmes de transport et de déplacement.
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Message par filomat » mer. 17 08 , 2011 6:13

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Re: autonomie maximale selon type batteries

Message par phyvette » sam. 09 01 , 2021 22:25


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