Je le recopie ici, car il me semblait (très) intéressant et il a été effacé (je n'ai pas pu l'affubler d'un "wow" pour cause de "message disparu", donc je sauvegarde (CTRL V) :
Mon occupation actuelle, c'est la Toyonda TwinGo.
Elle nécessite une batterie 600 VDC garantie 20 ans qui stocke une énergie de 20 kWh (brut à neuf), qui cycle une énergie nominale de 11 kWh chaque jour, via puissance continue de charge de 20 kW (régime de charge continue 1.0 C) et via puissance continue de décharge de 20 kW (régime de décharge continue 1.0 C), et qui au terme de chaque cycle, fournit un supplément d'énergie de 1 kWh (10% des 10 kWh juste déchargés), cette fois sous une puissance de décharge de 120 kW (régime de décharge terminale 6.0 C) durant 30 secondes,
Cette batterie consiste en grosso-modo 200 cellules branchées en série qui stockent 33 Ah sous une tension qui évolue entre 3,2 VDC (début de la délivrance de la puissance de 20 kW) et 3.0 VDC (fin de la délivrance de la puissance de 120 kW).
Le fait que cette batterie stocke 20 kWh (brut à neuf) et qu'elle ne cycle que 11 kWh (énergie déchargée chaque jour) permet d'espérer qu'elle tienne 7500 cycles, et qu'elle puisse être garantie 20 ans.
Son coffret de protection mécanique doit fournir une isolation tant électrique que thermique, de façon à ce que la température interne des cellules demeure entre 15° et 35° Celsius sous tous les climats et en toutes saisons, moyennant une déperdition minimale d'énergie.
Mettons que chaque batterie avec coffret coûte aujourd'hui 2.660 euros en fabrication. Mettez 20 millions d'unités en fabrication. Une émission monétaire à concurrence de 54 milliards d'euros est requise. Faites rembourser sur 20 ans, via deux flux distincts à 2,25% de TAEG. Le premier flux de remboursement provient de l'utilisateur final (l'automobiliste). Le deuxième flux de remboursement provient de EDF (ou ce qui en tient lieu), Les intérêts sont reversés à une fondation qui sous couvert d'aide à la reconversion écologique, milite en faveur d'une non-taxation abusive de l'électricité routière, et milite en faveur d'une redevance tonne-kilomètre qui ponctionne moins les utilisateurs finaux, que la taxe sur les produits pétroliers qu'on connaît actuellement. Un des buts poursuivis, est le renforcement du réseau électrique via instauration du protocole V2G (Vehicle 2 Grid) qui exige que la batterie de tout véhicule électrifié qui ne roule pas, se laisse recruter par le réseau électrique de façon à emmagasiner toute l'électricité qui provient des sources d'électricité intermittentes, et de façon aussi à restituer instantanément cette électricité supplémentaire sous une puissance importante au moment le plus opportun pour le réseau électrique.
Disons qu'à un instant donné, que sur les 20 millions de batteries qui sont en service, que 5 millions de batteries sont connectée au réseau, capables de fournir une énergie de 5 kWh en cas de besoin, recrutées par le réseau, et prêtes à envoyer une puissance de 10 kW (27 ampères par phase en 220 AC triphasé équilibré).
Le réseau électrique dispose ainsi d'un stockage réparti d'énergie électrique, à hauteur de 25 GWh.
Le réseau électrique dispose ainsi d'une réserve de puissance répartie, à hauteur de 50 GW qui équivaut grosso-modo à 40 tranches nucléaires d'une puissance électrique de 1,2 GW.
Cette réserve de puissance répartie correspond à grosso-modo, 50% du pic le plus important enregistré depuis 20 ans, étant donné que le 8 février 2012, le pic de demande de puissance avait atteint 102,1 GW.
Il suffit de rapprocher la puissance du pic historiquement le plus élevé depuis 20 ans (grosso-modo 100 GW) avec la quantité d'énergie électrique tenue en réserve (25 GWh), pour se rendre compte à quel point les 5 millions de batteries PHEV V2G qui sont connectée et recrutées, pourront avantageusement remplacer les centrales électriques dites de "peaking".
Cette batterie qui demeure toujours capable de délivrer des salves de puissance de 120 kW, permet de recourir à un moteur thermique à 3 cylindres en ligne cubant 1200 cm3, à cycle Otto ou Diesel, uniquement dédié aux trajets autoroutiers menés à la vitesse de 110 km/h à 130 km/h, qui nécessitent une puissance soutenue de grosso-modo 30 kW.
Le moteur thermique est dès lors conçu pour délivrer un couple moteur de 160 Nm au régime de 1.800 t/m, déterminant une puissance continue de 30 kW. Un seul arbre à cames latéral (genre moteur Renault 16) démuni de dispositif de variation de phase, commande toutes les soupapes via tiges et culbuteurs . Il peut se trouver des supports à rattrapage hydraulique de jeu. Il n'y a ni roues dentées de distribution, ni courroie crantée de distribution, ni chaîne de distribution. Il résulte de telles suppressions, que le bloc-moteur est ultra-court.
Une extrapolation sous la forme d'un moteur comportant 5 cylindres en "V" cubant 2000 cm3 convient à des véhicules ou à des attelages pesant jusqu'à 3500 kg.
La simplification qui intervient au niveau de la distribution permet d'intégrer une chambre de pré-allumage dans chaque cylindre à cycle Otto ou Atkinson, qui à condition que l'EGR soit refroidi et intense (permettant de travailler papillon des gaz grand ouvert, causant moins de perte par pompage), confère un rendement thermique de l'ordre de 40% sans production de suies et de NOx.
Dans ces conditions, il peut être espéré que l'éthanol vertueux (dont la production et la consommation respectent la biodiversité, l'alimentation de l'humain et l'alimentation du bétail) remplace progressivement le gaz naturel, l'essence, le diesel, et le kérosène.
Il est espéré qu'en chemin, que l'humanité devienne intelligente assez, que pour mesurer et relativiser sa contribution en émission de gaz à effet de serre (notamment CO2), de façon à ce qu'il demeure permis dans les secteurs d'activités considérés comme essentiels, de procéder à l'oxydation (combustion) rapide d'éthanol vertueux selon les cycles Otto, Miller, Atkinson, Diesel, Budack (qui décrivent les moteurs à explosion), ainsi que le cycle de John Barber (qui décrit les turbines à gaz).
Pourquoi "Toyonda TwinGo" ?
Le groupe motopropulseur HSD "Hybrid Synergy Drive" que j'ai conçu, procède de l'hybridation Toyota HSD "Hybrid Synergy Drive" souvent incorrectement nommée E-CVT, apparue avec la Toyota Prius millésime 1997, et procède aussi de l'implantation Honda Legend KA7 en traction avant à bloc-moteur longitudinal sans porte-à-faux apparue avec la Honda Legend KA7 millésime en 1990 et perpétuée jusqu'en 2004 (évolution KA8 puis KA9).
Le fait de recourir à un bloc-moteur court qui comporte 3 cylindres en ligne, aboutit à un groupe motopropulseur compact, tant en longueur qu'en hauteur. Véhicule vu de profil, tel groupe motopropulseur se trouve caché à 80% par les roues chaussées en pneus 205/45 R 16 qui mesurent 59 cm de diamètre. Il peut s'agir du train avant comme du train arrière. En recourant à des semi-axes horizontaux qui sortent droits plutôt que obliquement, la garde au sol mesure 18 cm.
Conformément à la disposition Honda Legend KA7, KA8 et KA9, le différentiel se trouve de côté, boulonné sur un des flancs du bas-moteur. Il s'ensuit qu'un des deux semi-axes passe sous le 2ème porte-palier du vilebrequin. Il s'ensuit aussi que tel semi-axe traverse ce qui tient lieu de carter d'huile. Ainsi, tel semi-axe émerge de l'autre côté pour motoriser l'autre roue. Il résulte de cette particularité, que le carter d'huile est une pièce de fonderie rigide de haute précision dans laquelle des roulements et des bourrages se trouvent sertis. Il résulte aussi de cette particularité, la nécessité de renforcer le deuxième support de palier de vilebrequin. Par souci d'homogénéité constructive, les quatre paliers de vilebrequin reposent sur un épais quadrillage monolithique en fonte ultra-rigide, serti à chaud. Et, toujours par souci d'homogénéité constructive, il se trouve sous tel quadrillage monolithique, au droit de chaque palier de vilebrequin, le même tunnel transversal qu'au droit du deuxième palier de vilebrequin.
Une particularité qui émane ni de Toyota, ni de Honda, est que le différentiel se fait "attaquer" par deux pignons (non hypoïdes) colinéaires disposés à 180 degrés, qui se font face. Les deux extrémités du vilebrequin contribuent ainsi à la traction, selon des modalités distinctes, combinables.
L'hybridation Toyota HSD (Hybrid Synergy Drive) consiste à insérer un engrenage planétaire dans la transmission du véhicule, lié à une machine électrique (MG1) utilisée en génératrice électrique qui soustrait du couple et du régime (autrement dit de la puissance mécanique) de façon à ce que le régime du moteur thermique puisse demeurer proche du régime de meilleur rendement à vitesse stabilisée. La transmission Toyota HSD matérialise une transmission de rapport infiniment variable en continu, Je dis "infiniment" car lorsque le moteur thermique tourne malgré que le véhicule soit à l'arrêt, on a affaire à une réduction de vitesse de rapport infini. Je dis "en continu" car lorsque MG1 soustrait une quantité variable de couple et de régime, cela peut aisément se passer de façon graduelle, continue, progressivement.
Vient la question de savoir quoi faire de la puissance électrique qui émane continuellement de MG1.
Une mauvaise solution qui ruine le rendement, consiste à faire débiter MG1 sur une résistance électrique chauffante qui convertit en chaleur (par effet Joule), toute la puissance électrique produite par MG1.
Une excellente solution consiste à faire débiter MG1 dans une machine électrique MG2 qui est un moteur électrique situé en aval de la transmission, qui injecte du couple et du régime (autrement dit de la puissance mécanique) sur la couronne du différentiel. Ainsi, aucune puissance ne part en chaleur, car toute la puissance fournie par le moteur thermique finit par parvenir aux roues.
En pratique, quelques pertes sont à déplorer du fait que MG1 elle-même en tant que génératrice électrique n'est pas dotée d'un rendement de 100%, idem l'électronique de puissance qui transforme en courant continu le courant alternatif qui est produit sous un certain voltage et fréquence par MG1, idem l'électronique de puissance qui convertit le courant continu en courant alternatif à une certaine autre amplitude et fréquence pour piloter MG2, et idem MG2 elle-même en tant que moteur électrique. La puissance mécanique qui se trouve prélevée par cette chaîne, subit quatre transformations. Au cas où le rendement de chacune des quatre transformations vaut 96%, le rendement de conversion du prélèvement de puissance s'établit à 85%. Etant donné qu'on va piloter le régime et le couple du moteur thermique de façon adaptative, plutôt que toujours "à fond", on va aboutir à ce qu'une faible puissance mécanique nécessite d'être prélevée puis recyclée, disons entre 2 kW et 10 kW. En procédant ainsi, il n'y a par exemple que 20% de la puissance délivrée par le moteur thermique, qui est convoyée par la branche sujette à pertes. Ainsi, le rendement global de la transmission grimpe de 85% à 96%. C'est aussi bien qu'une transmission DCT-6 (à double embrayage, 6 rapports) ou AT-6 (à convertisseur de couple, 6 rapports).
Ceci est d'autant plus vrai qu'on dispose d'une batterie PHEV capable de cycler 10 kW et capable de délivrer instantanément une puissance électrique pouvant culminer à 120 kW. Considérons qu'il a fallu accélérer le véhicule au moyen d'une puissance de 120 kW pendant 6 secondes. L'énergie qui a été dépensée vaut 0,2 kWh. La transmission Toyota HSD se borne alors à augmenter la puissance du moteur thermique à concurrence de 6 kW pendant pendant 120 secondes, de façon à donner la possibilité à MG1 de prélever ces 6 kW mécaniques supplémentaires (sans occasionner de ralentissement, donc). MG1 convertit cela en électricité. Cette électricité est envoyée à la batterie. MG2 ne voit rien de cela. Ainsi, le fort pouvoir d'accélération (120 kW) dont bénéficie le PHEV, ne nuit pas au rendement global. Durant tout le processus, le moteur thermique demeure proche de son domaine de couple et de régime de prédilection.
Détaillons le cheminement de la puissance au sein du train planétaire qui se trouve au coeur de la transmission Toyota HSD. Lorsque MG1 se trouve immobile (cesse donc de prélever du couple et du régime), et que le moteur thermique tourne à 1800 t/min lorsque le véhicule roule à 120 km/h, l'engrenage planétaire introduit une augmentation mécanique de régime en sortie d'un facteur 3/2 qui fait que le pignon d'attaque de la couronne du vilebrequin tourne à 2700 t/min au lieu de 1800 t/min. Cette augmentation mécanique du régime en sortie du train planétaire découle de ce que le moteur thermique attaque le porte-satellites (satellites à 9 dents), et que MG1 (ici immobile) attaque le pignon central (à 18 dents), et que c'est la couronne (à 36 dents) de l'engrenage planétaire qui officie en tant que sortie de puissance, qui motorise le pignon d'attaque de la couronne du différentiel. D'autre part, sachant que la monte pneumatique est en 205/45 R 16 (59 cm de diamètre qui procure une vitesse de 111 km/h à 1000 t/min), le régime des roues à la vitesse de 120 km/h s'établit à 1081 t/min. Par conséquent, le rapport de pont (en réduction de vitesse) au niveau du différentiel doit théoriquement valoir 2700/1081 = 2,49. Cela signifie qu'au cas où la couronne du différentiel comporte 73 dents, son pignon d'attaque doit comporter 29 dents.
Je signale d'emblée que le cheminement de puissance qui vient d'être décrit (avec MG1 maintenu immobile), n'est pas conseillé dans la mesure où le plan global de lubrification risque d'être déséquilibré par la mise à l'arrêt de MG1. Mise à l'arrêt de MG1 par quel dispositif ? Une bande-frein ? Un embrayage immobilisant ? Peu importe, car dans la suite, nous verrons qu'il est préférable de pratiquer un mode de fonctionnement "quasi 100% thermique" qui impose un certain régime à MG1 (qui présente l'avantage de maintenir sa lubrification) qu'on peut sans inconvénient ni perte laisser tourner en roue libre, en n'en tirant aucun courant électrique malgré qu'une tension électrique triphasée s'y développe, d'une amplitude proportionnelle à son régime de rotation. Dans tel mode, on peut se payer le luxe de prélever un léger courant électrique qui sert à renflouer la batterie, laquelle batterie doit continuer à alimenter tous les accessoires (allumage, injection, pompe à huile, pompe HVAC, éclairage, infotainment).
Tel mode de fonctionnement "quasi 100% thermique" peut être atteint au moyen d'un (seul et unique) mini-embrayage de pontage qui lorsqu'il "colle", solidarise la couronne de l'engrenage planétaire (autrement dit, l'arbre de sortie de la transmission HSD), avec le vilebrequin du moteur thermique.
D'un perfectionnement à l'autre, tel embrayage de pontage peut éventuellement se trouver remplacé par une mini-transmission DCT-2 voire DCT-4 (double embrayage, 2 ou 4 rapports).
Le premier pignon qui attaque la couronne du différentiel, achemine la puissance mécanique qui résulte de l'addition entre la puissance mécanique positive à concurrence de 30 kW qui émane du moteur thermique, avec la puissance mécanique négative prélevée par MG1. En ce qui concerne la réalisation pratique, partant de la couronne de l'engrenage épicycloïdal, se trouve une cascade consistant en trois pignons de 10 cm de diamètre, qui déporte latéralement la sortie de puissance de façon à engendrer l'arbre qui repart le long du bas-moteur, dont l'extrémité est le premier pignon qui s'applique sur la couronne du différentiel. Etant donné que cet arbre court sur une longueur de 24 cm, c'est sur lui que se trouve enfilée MG2 (la machine électrique qui opère en moteur), à rotor creux, conçue pour délivrer 60 kW au régime de 2700 x 4,0 = 10800 t/min qui correspond à la vitesse de 120 km/h, et conçue aussi pour encaisser le régime de 3375 x 4,0 = 13500 t/min qui correspond à une vitesse de 150 km/h qu'on s'est fixée. Le facteur 4,0 provient du réducteur de vitesse creux (un mince train planétaire abondamment lubrifié), que MG2 comporte en son sein.
Le deuxième pignon d'attaque du différentiel, celui situé à 180 degrés, qui émane de l'autre extrémité du vilebrequin, achemine la puissance purement thermique (maximum 30 kW) via un mini-embrayage de pontage. Sur cette extrémité du vilebrequin, une cascade consistant en trois pignons de 10 cm de diamètre, agit en déport latéral pour engendrer l'arbre qui repart le long du bas-moteur. Etant donné que cet arbre court aussi sur une longueur de 24 cm, c'est sur lui que se trouve enfilée MG2bis (identique à MG2).
Ainsi, on dispose bien d'une puissance motrice électrique de l'ordre de 2 x 60 kW = 120 kW.
De MG2, on peut dériver un moteur-roue de même format, qui se trouve forcé de tourner au régime de 4 x 1080 t/min = 4320 t/min à la vitesse de 120 km/h, qui fait qu'à tel régime, la puissance s'établira à seulement 24 kW. L'avantage est que pour trois francs six sous, on greffe sur un véhicule 2WD, un début de fonction 4WD ou AWD, à concurrence de 48 kW à 120 km/h. La puissance peut être doublée, à condition de développer un dispositif réducteur de vitesse à deux étages qui procure une réduction de vitesse de rapport 8, impossible à réaliser au moyen d'un seul train d'engrenages planétaire.
Un premier avantage qui tient à la disposition "Toyonda TwinGo" qui vient d'être décrite, est qu'en étant compatible avec des véhicules hybrides à voie étroite, elle permet un rayon de braquage agréablement court qui facilite les manoeuvres, chose dont les véhicules PHEV V2G ont besoin lorsqu'ils vont se recharger d'eux même sur l'allée privative équipée en chargeurs V2G sans manutention. Cela fait une décennie que les tondeuses à gazon robotisées vont se recharger d'eux même, de façon analogue.
Un deuxième avantage qui tient à la disposition "Toyonda TwinGo" qui vient d'être décrite, est l'apparition d'un mode "thermique pur" qui nécessite un seul embrayage miniaturisé placé de façon accessible, en bout de vilebrequin.
Un troisième avantage qui tient à la disposition "Toyonda TwinGo" qui vient d'être décrite, est qu'en limitant à 30 kW la puissance thermique qui assure la progression à vitesse constante sur autoroute (bloc-moteur 3 cylindres), et qu'en répartissant la puissance motrice de 120 kW symétriquement de part et d'autre du différentiel, on accouche d'un groupe moto-propulseur longitudinal exempt de porte-à-faux qui procure une excellente accessibilité mécanique, exclusivement constitué d'éléments standardisés facilement tenus en stock, facilement échangeables, facilement reconditionnables.
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