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 Optimum de taille, poids, puissance?

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cavallo pazzo
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MessageSujet: Optimum de taille, poids, puissance?   Mar 28 Avr 2009, 12:53

En VAE, il y a forcément un optimum à trouver, différent pour chaque personne et chaque usage.

Les variables que j'ai considéré sont le poids du vélo, celui du pilote, la charge utile, la puissance et la consommation du moteur, la puissance du pédaleur, la taille de batterie, sa technologie, l'apport solaire et le temps de trajet en différents modes de propulsion.

L'idée est de prendre le moins de batterie, le moins de poids total et de mettre le moins de puissance en jeu pour un résultat donné.

Une optimisation est de mettre moins de batterie et de compenser par du solaire, pour parvenir à la même valeur d'énergie disponible sur une journée.

Avec les panneaux actuels, à 13 Wc/kg, c'est environ 10 Wh/kg /jour en Hiver, comme du plomb, et 60 Wh/kg/jour en été, comme du NiMH.
Donc sur une journée, les batterie Lithium sont plus efficientes que le solaire. Mais sur plusieurs jours en autonomie, cela s'inverse.
Avec du solaire plus léger, vers 50Wc/kg, il serait plus rentable d'emporter 1 kg de PV qu'un kilo de batterie. J'en rêve.

Une autre optimisation est d'avoir la régénération es descente, pour ceux que cela concerne, et éviter ainsi de perdre l'énergie en frottements aérodynamiques et en chaleur dans les freins. Gain entre 0 et 30 %, selon le terrain et le roulage, basé sur des expériences réelles, pas des calculs à 2 sous.

Un autre voie, triviale: le rendement de la chaîne de propulsion électrique: rendement cyclique de la batterie, rendement du chargeur, du contrôleur, du moteur, et de la génératrice plus le contrôleur à nouveau en cas de régénération.

ensuite, le véhicule. Optimisation des frottements, sol, mécanique, aérodynamique.
Etude posturale et optimisation de l'effort du cycliste. Choix de la transmission avec des sauts de rapports et une gamme adaptés.

Le tout doit permettre de rouler, vite, efficace, efficient aussi.

Un exemple pratique, grossier puisque générique et pas dédié à un usage précis.
Pour l'instant la référence roulante est en gros le Quest, 53 km/h à 250 W, une électrification d'un tel engin autour de 1000 W de puissance totale permettrait de passer largement les 80 km/h (99 km/h par calcul) tout en restant dans des valeurs globales inférieures à 20 Wh/km, puisque la consommation stabilisée ressort à moins de 13 Wh/km.
Pour comparaison, c'est 0.2 L/100 d'essence équivalent.
60 Wc d'apport solaire donnerait environ 20 km/jour d'apport à pleine vitesse, beaucoup plus à vitesse réduite. A 50 km/h il faudrait environ 250 W, moitié musculaire et moitié électrique, avec le rendement de transmission à 67 % par exemple, cela mettrait le solaire à 80 km d'apport quotidien en été.
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cavallo pazzo
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MessageSujet: Re: Optimum de taille, poids, puissance?   Mer 29 Avr 2009, 11:39

Point de comparaison avec une très petite voiture: la Fiat 126 bis.
Si, le mini pot de Yahourt des années 80.
Poids de base: 610 kg en ordre de marche. Arrachage du bloc thermique et des accessoires, radiateur d'eau, réservoir, isolations, capitonnages, roue de secours, cric, etc...
420 kg.
Ajout de transmission électrique, 8 Optima Yellow Top, roues Michelin Compact faible résistance, suspension rabaissée, fond plat.
630 kg.

Toit solaire, chargeur à bord, chauffage stationnaire solaire, sièges chauffants, dégivrage pare-brise: 660 kg. Avec chauffeur, en ordre de marche: 750 kg.

Consommation: 80-120 Wh/km, équivalent énergétique de moins de 1L/100 de diesel.
Alimenté au PV: dès que l'énergie grise du module est passée, c'est bon. Donc mix pondéré de 0.5, assez défavorable mais personne ne sait la durée de vie d'un panneau en application mobile.
Energie annuelle du panneau 155 Wc: environ 80 kWh. Moitié moins que du fixe orienté optimal et ne subissant pas d'ombre. On s'en doutait un peu.
Donc 80'000/100=800 km/an. Sur un roulage de 10'000 km/an, reste 9'200 km sur le réseau. Mix de 2.6, puisque beaucoup est fait avec des sources fossiles et un rendement faible, plus les diverses pertes de transport et de conversion.
Total: 800*0.1*0.5+9'200*0.1*2.6=40+2392=2432 kWh équivalent, donc 240 litres équivalent essence, ou encore 2.4 L/100.
écolo? bof...

VAE, trike solaire: 44 kg roulant, 125 kg en ordre de marche. Consommation moyenne de 4.5 Wh/km pour l'assistance, permettant de garder une fréquence cardiaque similaire à la marche, donc consommation humaine stable avec un sans déplacement avec ce véhicule.
Solaire 125 Wc, annuel 29.3 kWh. C'est faible, mais il y a une explication: la batterie est souvent pleine, l'énergie est perdue puisque non stockable.
cela fait 6'500 km d'asistance.
Mix à 0.5 toujours, logique. Non, mix à 0.6 finalement: l'énergie réellement stockée est faible, cela pourrait nuire au final.
Manque donc 3'500 km venant du réseau, non pas à 4.5 Wh/km mais à un peu plus: le rendement du chargeur est de 85 % probablement. Sur la voiture c'est déjà compté, l'énergie mesurée étant à la prise.
donc 3500*4.5/0.85=18'530 Wh
Mix à 2.6 toujours.
Pour 10'000 km on a donc, en kWh: 29.3*0.6+18.53*2.6=17.6+48.2=65.8 kWh

Quel contraste!
2'432/65.8-> facteur 37.
La consommation du VAE s'élève à 0.066 L/100 équivalent essence.
Lorsque la voiture emporte son passager au travail deux semaines, le vélo le fait toute l'année et a encore largement de quoi assurer les sortie dominicales.

La recherche de l'optimum a donc vraiment un sens.
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joebar
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MessageSujet: Re: Optimum de taille, poids, puissance?   Mer 29 Avr 2009, 12:12

Bien bien, c'est nickel tout ça.
Il reste à connaitre précisément l'energie grise d'un panneau PV et des batteries au lithium, pour préciser un peu leur impact.
Et il faudrait aussi lever l'opacité sur les réserves en terres rares (néodyme pour les aimants des moteurs élec), et surtout sur les pollutions que ces exploitations entrainent necessairement...
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cavallo pazzo
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MessageSujet: Re: Optimum de taille, poids, puissance?   Mer 29 Avr 2009, 13:01

Je viens d'acheter un bouquin à ce sujet (les énergies primaires) à Energissima Samedi, je verrai ce que je peux préciser.

Pour le PV, facile:
monocristallin à cadre alu: 1.6-1.8 an de production
polycristallin à cadre léger: 1.2-1.4 an de production
cellules déposées amorphe sur substrat plastique, et cellules à colorant: entre 6 mois et 8 mois de production.
En gros, 10 % de la production de perdue, ainsi c'est compté large.
Par contre en mobilité douce c'est moins bon: ombrage, orientation sub-optimale, casse probable avant 25 ans, vie normale voir minimale d'un module... Mais cela permet d'économiser de la batterie, dont l'énergie grise est.. inconnue pour l'instant, pour moi en tout cas. Difficile d'optimiser, d'où ce fil.
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dirk pitt
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MessageSujet: Re: Optimum de taille, poids, puissance?   Mer 29 Avr 2009, 13:20

@ cavallo pazzo,

ça m'interesse, tes chiffres, tu peux donner des sources?
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cavallo pazzo
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MessageSujet: Re: Optimum de taille, poids, puissance?   Mer 29 Avr 2009, 15:33

Chiffres internes de différentes boîtes où j'ai bossé, je ne sais pas ce qui peut être sorti publiquement. Je vais demander à quelques personnes, il y a certainement eu des masters donc du domaine public sur ces questions.
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Calcoran
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MessageSujet: Re: Optimum de taille, poids, puissance?   Mer 29 Avr 2009, 18:05

Juste un détail. Tu dis:
Quest motorisé, 13 Wh/km -> 0.2 lep/100km
Trike CP, 4.5 Wh/km -> 0.07 lep/100km

Bizarrement, moi j'ai 1 lep = 8900 Wh ... du coup ça donnerait plutôt respectivement 0.15 et 0.05 ... au début je me disais que tu intégrais le mix, mais là j'ai du mal à voir d'où pourrait sortir cette valeur de 1.4 ... c'est que je me gourre ailleurs?

P.S.: ... oserais-je dire que tu te thévenises? Wink
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cavallo pazzo
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MessageSujet: Re: Optimum de taille, poids, puissance?   Jeu 30 Avr 2009, 02:12

Oui, il y a le mix, mais sur la partie venant de la prise seulement, donc le 2.6 n'est pas sur l'ensemble. Cela fait bien un coefficient composite entre-deux, et 1.4 est une valeur possible, selon la proportion de solaire et de courant réseau.
Pour le lep je choisis souvent 10 kWh, parce que c'est entre l'essence et le diesel et donc une valeur moyenne, de plus elle est facile à utiliser.

Les 4.5 Wh/km c'est la consommation électrique de l'assistance en moyenne annuelle, donc. Pour le quest, comme je n'en ai pas ce sont bien des valeurs basées sur les écrits, pas sur l'expérience.
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MessageSujet: Re: Optimum de taille, poids, puissance?   Jeu 30 Avr 2009, 08:32

Je note .... http://fr.ekopedia.org/VAE_Solaire study


par kg de panneau on peut tabler sur quelle perte en % dans le rendement

Ok un panneau de 100 Wc produit en 5 heures ... 500 Wh ... mais sur ces 500 combien va t'il consommer lui même pour se transporter ?

Pas en watt parce que là n'est pas un watt efficace...

Je pourrai calculer avec tous ce que tu as dis... mais...
On en watt à la limite... je produit 10 W /kg ... j'en consomme...


Jeff
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MessageSujet: Re: Optimum de taille, poids, puissance?   Sam 02 Mai 2009, 00:53

Là, cela va dépendre du dénivelé, car au plat, 10 kg de plus ou de moins...
En montée, le pire est de compenser le supplément d'énergie potentielle issue du panneau, et c'est connu.
Epot=mgh, pour 10 kg de panneau, 1000 m de dénivelé positif, sur la planète terre donc avec 9.81 de coefficient g, on a Epot=10X9.81*1000=98'100 J donc 27.25 Wh.
Ou encore 0.027 Wh/m de dénivelé. Vite amorti. Cela doit être pondéré par le rendement du moteur, mais au pire on peut doubler la valeur, cela reste faible. Avec 30 minutes de soleil, on compense 1000 m de montée, ce n'est pas un souci majeur donc.

En réalité il peut y avoir bien pire...
Avec le panneau en plus, parfois la vitesse tombe sous la limite de la plage de rendement du moteur, et là tout bascule: la conso augmente d'un coup et cela représente bien plus que ces ridicules 0.027 Wh/m de dénivelé.

D'où l'intérêt de ne pas avoir un max de poids en panneau plus un max de poids en batterie, mais une juste proportion des deux.

De toute manière, dès que le panneau est assez léger pour produire plus de Wh/kg sur une journée que ne peut en stocker la batterie, ce calcul devient caduque. On parle donc de 30 Wc/kg pour avoir 150 Wh/kg/jour, actuellement les meilleurs standard sont vers 13 Wc/kg mais cela devrait changer très vite.
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MessageSujet: Re: Optimum de taille, poids, puissance?   Sam 02 Mai 2009, 18:31

Ok pour la théorie.

En fait, je me concentre sur le poids. On oublie les panneaux. Si j'ai 1 kg de plus sur un parcourt combien de surconso, cela va me coûter ?

D'après ce que je mesure (j'ai ressorti les jerricans d'eau, bientôt la vidéo), on perd de 1 % par kilogramme supplémentaire embarqué.

Donc 1 % X 7 kg de panneau = 7 %

Sur 500 watts consommés, 35 watts vont partir dans le transport du panneau.
Il en reste encore 465 watts !

J'ai dit des conneries ou bien ?

a+

Jeff
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MessageSujet: Re: Optimum de taille, poids, puissance?   Sam 02 Mai 2009, 21:28

Ben.. Ca dépend.
Ton expérience n'est valable que pour un trajet précis, parce que au plat tu n'auras jamais 1 % par kg; probablement à peine 0.1 %/kg, et en côte encore plus raide que la tienne, ce sera plus. A la verticale, 1 % de poids en plus -> 1 % d'énergie en plus à apporter x le rendement.
Au plat, quasi zéro à vitesse stabilisée.

Ta valeur semble cohérente, si tu pousses 120 W cela te ferait, avec 75 % de rendement méca, 500x.75+120=495 W sans le lest, et 500x0.75-35+120=460 W avec les 7 kg de supplément. Cela fait bien peu de choses dans l'absolu, dès que le soleil se pointe c'est tout bénef.
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MessageSujet: Re: Optimum de taille, poids, puissance?   Sam 02 Mai 2009, 21:43

On est bien d'accord que sur un mur... c'est un mur... Un bouffe watt... d'ici qu'il soit a l'ombre... ah non... jocolor

Le plat... tu en trouve où du plat ?

En dessous de 7 %.

Super !
jeff
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