Mesure du rendement de la régénération sur le e-Niro

[Rozlou]

Bonjour,

 

Au cours d’une discussion relative aux mesures effectuées sur la consommation du e-Niro à vitesse constante

(forums.automobile-propre.com/topic/mesure-de-consommation-%C3%A0-vitesse-constante-20-%C3%A0-110-kmh-14985)

@Pzucchel m’a suggéré de faire une analyse similaire pour mesurer le rendement de la régénération.

 

J’ai pu effectuer ces essais ces jours derniers. Je vous présente ci-dessous d’abord les résultats, puis les conditions de réalisation de mes mesures, et enfin quelques commentaires.

 

Résultats :

- rendement de la régénération (c’est-à-dire le rapport entre l’énergie réutilisée/réutilisable pour la propulsion et l’énergie mécanique disponible et transformée en électricité) : entre 60% (régénération niveau 1) et 70% (régénération niveau 4, c’est-à-dire mobilisation longue de la palette de gauche)

- 1 km affiché comme régénéré sur l’ODB = environ 0.15kWh réutilisable pour la propulsion, soit une quantité d’énergie permettant de rouler 1km à une vitesse d’environ 100km/h sur du plat.

 

*******************************************

Conditions de réalisation des essais

 

Un véhicule en mouvement sur une route avec un dénivelé possède une énergie qui a deux composantes : une énergie potentielle (l’énergie que l’on peut récupérer en descendant le dénivelé) et une énergie cinétique (l’énergie que l’on peut récupérer en ralentissant). J’ai choisi de faire des mesures de régénération de ces deux composantes, séparément. D’abord des essais de récupération d’énergie potentielle sur une route à dénivelé significativement négatif parcourue à vitesse constante. Puis des essais de récupération d’énergie cinétique par décélération sur une portion de route à dénivelé négligeable.

Il y a un obstacle à contourner pour ce type d’essais qui est le fait que l’Ordinateur De Bord de notre e-Niro ne permet pas de mesurer directement les quantités d’énergie régénérées. Par exemple quand un trajet commence par une forte descente, l’ODB affiche une consommation de 0kWh/100km, alors que formellement on a une production d’énergie qui retourne à la batterie, donc une consommation négative. S’il n’affiche pas ces valeurs négatives de consommation dans les portions où l’on régénère, l’ODB en tient bien compte dans le calcul de la consommation moyenne sur un trajet (quand la descente est terminée et qu’on continue à rouler, la consommation continue d’abord à s’afficher à 0 pendant quelques instants, puis passe à des valeurs positives « normales »).

 

Pour contourner cet obstacle, j’ai choisi de faire les tests de la façon suivante :

- pour les essais de récupération d’énergie potentielle à vitesse constante : sur un parcours qui contient une côte à descendre précédée une portion plate suffisamment longue pour que la conso totale dans le sens de la descente ne soit pas négative

- pour les essais de récupération d’énergie cinétique : sur un parcours composé d’une portion parcourue en décélération (jusqu’à l’arrêt), précédée d’une portion parcourue à vitesse constante suffisamment longue pour que la conso totale ne soit pas négative.

 

En relevant les consommations affichées sur l’ODB sur les différentes portions et sur l’ensemble de ces parcours, il y a moyen d’en déduire par différence les énergies récupérées. Enfin en rapportant ces valeurs aux énergies potentielles et cinétiques théoriques, on peut estimer le rendement du dispositif de régénération de la voiture.

 

Essais de récupération d’énergie potentielle à vitesse constante 

J’ai fait mes mesures sur un trajet de 4.1km comprenant un dénivelé de 58m sur 1.3km (pente de 4.5%), à la vitesse de 70km/h GPS. J’ai comparé la consommation en kWh/100km sur l’ensemble du parcours dans les deux configurations suivantes de conduite dans la portion descente : (1) en mode N en « régulant » la vitesse en descente avec le frein à pied (donc avec les disques et plaquettes), (2) en mode D en « régulant » la vitesse en descente avec les palettes (en enchaînant successivement des enclenchements de régénération niveau 1 et des passages en niveau 0 en fonction de la vitesse). Je calcule ensuite les énergies consommées sur le trajet dans les deux configurations. La différence des énergies consommées dans ces deux configurations donne l’énergie économisée par la régénération. Je trouve une valeur proche de 180Wh. La différence d’énergie potentielle d’un véhicule de m=1900kg sur un dénivelé de h=58m (avec g : gravité = 9.81m/s2) est : m*g*h=1900*9.81*58=1.08MJ=300Wh (1kWh=3.6MJ). Le rendement de la régénération ressort à 180/300=60%.

 

Essai de récupération d’énergie cinétique par décélération sur une portion de route à dénivelé négligeable

J’ai fait mes mesures sur des portions d’autoroute comprenant les voies de décélération d’aires de repos et les quelques km qui les précèdent (parcourus à vitesse constante). La décélération est réalisée à partir d’une vitesse de 100km/h GPS, jusqu’à l’arrêt, par mobilisation longue de la palette de gauche. Je lis la valeur de la consommation (kWh/100km) au début et à la fin de la décélération. Je calcule ensuite les énergies consommées dans la phase à vitesse constante et sur l’ensemble du trajet. La différence des énergies consommées (corrigée marginalement des impacts des résistances aérodynamiques et de roulement correspondant à des pertes pendant la phase de décélération) donne l’énergie économisée par la régénération. Je trouve une valeur proche de 150Wh. L’énergie cinétique d’un véhicule de m=2000kg (une personne de plus à bord que dans l’essai précédent) circulant à une vitesse v=100km/h (27.8m/s) est : 1/2*m*v^2=0.5*2000*(27.8)^2=0.77MJ=210Wh. Le rendement de la régénération ressort à 150/210~70%.

 

Affichage des km récupérés

Les valeurs repérées sur l’ODB lors des différents essais présentés ci-dessus me font retenir la valeur moyenne de 150Wh pour chaque km récupéré affiché. Cette énergie correspond à celle dépensée pour rouler sur du plat à une vitesse proche de 100km/h.

 

*******************************************

Commentaires

- Les valeurs retenues résultent de plusieurs essais répétés dans les mêmes conditions.

- Des mesures partielles et calculs complémentaires ont été effectués pour asseoir la cohérence d’ensemble des valeurs retenues.

- Toutefois les résultats présentés sont inévitablement entachés d’erreurs, d’autant plus que la méthode utilisée met en œuvre des différences entre mesures (du fait que l’ODB n’affiche pas les consommations négatives).

- En conséquence les résultats présentés en matière de rendement et de km récupérés sont à considérer davantage comme des ordres de grandeur que comme des valeurs précises.

- Comment interpréter l’écart de rendement observé entre le premier type d’essai et le second ? Non que la nature de l’énergie récupérée (potentielle, cinétique) puisse donner lieu intrinsèquement à des rendements de conversions différents... Mon interprétation serait plutôt que c’est l’intensité de la régénération qui importe : régénérer en mode 1 serait un peu moins efficace que régénérer en mode 4 (mobilisation longue de la palette gauche). A confirmer éventuellement avec d’autres observations à des niveaux de régénération intermédiaires.

- Sur un parcours vallonné équivalent à celui utilisé pour mon premier essai qui serait parcouru en boucle, la régénération (avec son rendement observé) permet d’économiser de l’ordre de 16% d’énergie (par rapport à un véhicule identique non équipé de régénération). C’est loin d’être négligeable. Evidemment, sur des parcours essentiellement plats et parcourus à des vitesses constantes ou presque, cet avantage diminue fortement.

 

*******************************************

Au plaisir de lire vos avis et remarques (attention de ne pas "citer" tout mon post, vu sa longueur !).

 

 

[Pzucchel]

Je voudrais te remercier, Rozlou, pour le travail que tu as fait pour nous tous !!! Ces données sont très importantes pour comprendre correctement comment utiliser nos véhicules, et c'est franchement rafraichissant de comprendre comment ils marchent !!! 

 

Pour ton info, j'ai réussi à capturer tous paramètres avec torque en roulant, peut être c'est une solution pour capturer les données que la console de la voiture ne montre pas ? Tu peut enregistrer toutes informations en continu, et générer un fichier csv à analyser après... 

Modifié avril 28, 2019 par Pzucchel

[cvi]

Merci a Rozlou dont l'esprit scientifique et la soif de connaissance contribuent fortement à la maitrise de nos jouets respectifs.

 

Une suggestion pour le test de l'energie  potentielle :

est-ce qu'en mode cruize reglé a 70 km/h le niro ne ferait pas le travail tout seul ?

plutôt que de gérer manuellement avec les palettes ?

 

Sinon tres instructif merci pour le boulot.

 

question complémentaire : est-ce que le e-niro régénère lorsque la batterie est a 100% ?

Dans ce cas est-il possible d'utilisé plus de 100% ?

 

 

[Pzucchel]

il y a 9 minutes, cvi a dit :

 

 

question complémentaire : est-ce que le e-niro régénère lorsque la batterie est a 100% ?

Dans ce cas est-il possible d'utilisé plus de 100% ?

 

 

Je fais un pari/prévision :si la tension de chaque cellule dépasse 4.2V, le bms ne va pas augmenter la tension de chaque cellule au delà (alors courante de charge =0).

 

Une autre consequence importante de cette hypothèse : la capacité de freinage est réduite vers 100%, parce que n'est pas possible d'envoyer à la cellule plus de 4.2V.... Au moins que on à un circuit spécifique (voir resistance shunt) pour dissiper l'énergie produite par le moteur électrique... 

 

Je suis entrain de tester cette modèle avec obd2 et torque, j'ai remarqué que je peut freiner avec la même puissance que en accélération mais je ne suis pas sur que l'énergie est envoyé à la batterie... Et malheuresement je ne charge pas au delà de 70% sauf que pour les voyages... Et le prochain est jeudi, alors je vais vous montrer les données le week-end prochain

 

 

 

Modifié avril 29, 2019 par Pzucchel

[Invité]

il y a 12 minutes, Pzucchel a dit :

Je fais un pari/prévision :si la tension de chaque cellule dépasse 4.2V, le bms ne va pas augmenter la tension de chaque cellule au delà (alors courante de charge =0).

moi je fait un comparatif avec le soulEV

torquepro me donne 4,12V maxi pour une charge à 100% affichage ,  95% BMS

il y a donc encore un peu de place pour la régénération

 

[tompouss28]

A 100%, la régénération ne se fait pas, la voiture le dit. J'ai déjà eu le message. "Charge à 100%, régénération impossible "

[Pzucchel]

Il y a 1 heure, gepeliste62 a dit :

moi je fait un comparatif avec le soulEV

torquepro me donne 4,12V maxi pour une charge à 100% affichage ,  95% BMS

il y a donc encore un peu de place pour la régénération

 

Très interessant... 4.12V à charge complété (courante=0) ou pendant la recharge ? 

[Invité]

Il y a 9 heures, Pzucchel a dit :

Très interessant... 4.12V à charge complété (courante=0) ou pendant la recharge ? 

fin de charge , voiture juste branchée , puis débranchée pendant la lecture

donc intensité = 0A

et ceci sur les 2 soulEV, le mien et celui de ma fille qui a >85000kms

 

Modifié avril 30, 2019 par Invité

[pitot66]

Vraiment excellent, super intéressant 

[Pzucchel]

Il y a 10 heures, gepeliste62 a dit :

fin de charge , voiture juste branchée , puis débranchée pendant la lecture

donc intensité = 0A

et ceci sur les 2 soulEV, le mien et celui de ma fille qui a >85000kms

 

Merci @gepeliste62 ,je vais calculer le marge selon le modèle de la cellule sk innovation... Mais a mon avis on a la solution de la différence entre soc bms et soc display... Et la mesure du fameux marge de réserve de la voiture !!! Je vais prendre des logs torque entre 100% et presque zéro cette semaine... Charge ac et ionity inclus ! 

[Pzucchel]

Le 30/04/2019 à 00:00, tompouss28 a dit :

A 100%, la régénération ne se fait pas, la voiture le dit. J'ai déjà eu le message. "Charge à 100%, régénération impossible "

Salut tompousse28, est ce que tu as aussi remarqué si le freinage avec les palettes est présent ou pas à 100%? Pour freiner électriquement l'énergie produite doit aller quelque part... Si n'est pas la batterie vu que la régénération est impossible, c'est une résistance additionnelle ou le moteur lui même... On parle de plusieurs dizaines de KW... 

[cvi]

J'ai une hypothese pour la question :

- Comment interpréter l’écart de rendement observé entre le premier type d’essai et le second ? Non que la nature de l’énergie récupérée (potentielle, cinétique) puisse donner lieu intrinsèquement à des rendements de conversions différents... Mon interprétation serait plutôt que c’est l’intensité de la régénération qui importe : régénérer en mode 1 serait un peu moins efficace que régénérer en mode 4 (mobilisation longue de la palette gauche). A confirmer éventuellement avec d’autres observations à des niveaux de régénération intermédiaires.

 

Premièrement, même si les calculs d’énergie potentielle ou cinétique sont exacts, dans le cas d'un véhicule en mouvement, une partie de cette énergie va être dissipée lors de la décélération uniquement à cause de la résistance aéro et des frottements.

 

Dans le cas du niro avec un scx de 0,68 et un coef de roulement de 0,012 rouler à 70 km/h nécessite 3000W environ qui sur la durée de 1,3km (test de Rozlou) représentent 55Wh environ que l'on peut soustraire à l'energie potentielle.

Il reste de disponible pour la regen uniquement 245 Wh dont le niro récupère 180 Wh  (73% de rendement).

 

Dans le cas de la décélération de 100km/h à zéro, c'est plus compliqué mais il est évident que la décélération va être plus forte au début (à cause de l'aéro) puis devenir linéaire (supposition de ma part) car due à la regen (palette gauche).

Difficile à calculer car on ne connait pas la fonction de décélération, mais intuitivement on peut estimer qu'on va dissiper moins d’énergie car en moyenne la vitesse sera plus faible. Il restera donc plus d’énergie cinétique a récupérer.

Au pif sur 20 sec en décélération cste on va cramer 10 à 15Wh dans les frottements il reste donc 195/200 Wh  dont le niro recupère 150  (75% de rendement)

 

Il faudrait connaitre la durée de la décélération ainsi que la puissance de regen lorsque la palette gauche est actionnée pour faire un calcul plus juste.