Optimiser la consommation et aller plus loin

Article rédigé par Loïc Brunel

Le but de cet article est de donner quelques bonnes pratiques pour aller le plus loin possible avec une seule charge en faisant en sorte de consommer le moins possible.

Attention tout de même, l’application de ces conseils ne doit pas vous mettre en danger, ne les appliquez que si c’est possible.

 

Tout d’abord, quelques termes techniques

Pour mieux comprendre la suite, il est important de comprendre les termes techniques que je vais employer dans cet article. Rien de bien méchant tout de même :

  • Le rendement : lorsqu’il y a une conversion d’énergie, il s’agit du rapport “puissance en sortie” / “puissance en entrée”. Plus il est proche de 100 %, plus la conversion est efficace, mais atteindre 100 % est impossible. Exemple: un convertisseur qui a une puissance de 1000 W en entrée et un rendement de 80 %, alors il y aura 800 W en sortie ;
  • Energie cinétique : énergie mécanique d’un objet ou d’une personne liée à sa vitesse et à sa masse ;
  • Puissance : il s’agit d’une quantité d’énergie par unité de temps. Pour faire simple, puissance = énergie / temps ;
  • Représentation électrique d’un élément : représentation purement symbolique d’un composant électrique ou électronique sous forme d’un ensemble de composants élémentaires, afin de modéliser son comportement et ses défauts. Les éléments de ce type de représentation ne sont en général pas présents physiquement dans le composant.

 

Introduction

Commençons par regarder notre système. Dans cet article, je prendrai l’exemple d’une trottinette électrique, mais il est tout à fait possible de faire pareil avec un autre type d’EDPM, et même avec des voitures et motos électriques. Il s’agit donc d’un véhicule avec des roues, fixées au châssis via des roulements. Le châssis et le pilote ont un certain poids et une résistance au vent.

 

Quand avons-nous besoin d’énergie ?

Avant de vouloir économiser de l’énergie, il faut comprendre où nous en avons besoin pour avancer.
Comme vous vous en doutez, il en faut pour accélérer, et pour maintenir la vitesse.

Lors de l’accélération, la quantité d’énergie nécessaire pour atteindre une vitesse n’est liée qu’à la vitesse voulue à la fin de l’accélération et à la masse qui doit être accélérée. Une trottinette plus lourde et/ou un conducteur plus lourd nécessite donc plus d’énergie.

Il faut aussi garder en tête que plus l’accélération est rapide, plus la puissance nécessaire est importante, et faire patiner les roues augmente fortement la consommation car une partie de la puissance fournie par les moteurs n’est pas transmise dans le sol.

Pour maintenir sa vitesse, la puissance nécessaire dépend de la résistance au vent, et des frottements des roulements et des pneus sur la route.

On remarque donc déjà plusieurs points sur lesquels on peut économiser de l’énergie :

  • Plus les pneus frottent sur la route, plus on consomme, il faut donc avoir une pression de pneus correcte voire légèrement sur-gonflée pour consommer un peu moins (pas trop quand même). Plus le sol est lisse et en bon état, moins les pneus frottent, il vaut mieux donc éviter de rouler sur une route en mauvais état, sur des chemins (surtout si il y a des pierres), dans l’herbe, dans la boue…
  • Un bon graissage des roulements permet aussi d’économiser un peu d’énergie.

Maintenant qu’on sait quelle quantité d’énergie est nécessaire, nous allons étudier un peu plus comment fournir cette énergie aux roues.

 

Partie électrique de la trottinette.

Électriquement, une trottinette est principalement composée des éléments suivants :

  • une batterie, qui est un gros réservoir d’énergie, stockée sous forme chimique et fournie sous forme d’énergie électrique ;
  • le contrôleur, qui transforme l’énergie qui sort de la batterie pour qu’elle puisse être utilisée par les moteurs ;
  • les moteurs, qui transforment l’énergie électrique en énergie mécanique nécessaire pour se déplacer ;
  • des câbles.

L’objectif ici sera de transférer le plus d’énergie possible de la batterie vers les roues.
Soit la chaîne suivante :

La batterie

Tout d’abord, si nous devions représenter électriquement une batterie, il s’agirait d’une source de tension dont la tension dépend du niveau de charge avec une résistance en série.

Sur la photo, A et B sont les deux fils qui vont au contrôleur.

Toute l’énergie stockée dans la batterie est stockée dans cette source de tension. A cause de la résistance, plus le courant demandé est important, plus la chute de tension est importante.

On en déduit donc immédiatement que plus la puissance demandée à la batterie est importante, plus son rendement descend, donc plus on accélère fort, moins on va loin. Ce rendement peut aller de quasiment 100 % si la puissance demandée est très faible par rapport à ce que peut fournir la batterie à environ 90 % si la batterie fournit sa puissance maximale.

 

Le contrôleur

Cet élément est très complexe, mais nous allons le représenter par une simple résistance pour faire plus simple. Plus il y a de courant, plus il chauffera, mais son rendement varie peu en fonction de la puissance demandée. On va donc le considérer comme neutre.

 

Les moteurs

Électriquement, un moteur est composé de 3 éléments en série : une source de tension (qui dépend de la vitesse à laquelle le moteur tourne), une bobine et une résistance.

Sur la photo, V est la tension envoyée au moteur par le contrôleur (ce schéma est valable pour chaque phase du moteur).

Nous allons cependant négliger la présence de la bobine, qui n’influe pas sur son rendement.

La puissance fournie mécaniquement correspond approximativement à la puissance injectée dans la source de tension et le courant demandé dépend du couple demandé (la force demandée en quelques sortes).

Ici aussi, on voit que plus on demande de puissance, plus le rendement descend.

 

Les câbles

Il s’agit de simples résistances. plus le courant qui les traverse est important, moins le rendement est bon. Si ils sont correctement dimensionnés, ils influent cependant très peu.

 

En résumé

  • Plus on accélère fort, plus on augmente la quantité d’énergie que doit fournir la batterie car on demande plus de puissance, et donc on fait baisser le rendement de la partie électrique ;
  • Plus on roule vite, plus on demande de puissance, donc plus la quantité d’énergie nécessaire pour faire 1 km augmente. Une vitesse de 25-30 km/h est en général le meilleur compromis ;
  • Une bonne pression des pneus et un bon graissage des roulements aident aussi ;
  • Plus on garde une vitesse constante, moins on consomme.

Oui, mais on doit quand même s’arrêter ?

Effectivement, pour cela, l’idéal serait de ne jamais utiliser les freins. A la place, laissez les différents frottements dont nous avons parlé vous faire ralentir, voire même vous arrêter complètement est la meilleure façon d’économiser de l’énergie.

Oui, je sais, laisser les frottements nous arrêter n’est pas applicable dans beaucoup de cas, ce qui nous amène à une autre partie très importante.

 

Le freinage

Le meilleur moyen de s’arrêter, c’est bien sûr les freins, mais il est également possible ici aussi de faire en sorte de prolonger son autonomie.
Est-ce que vous vous rappelez quand on parlait des moteurs un peu plus haut ? Dans la représentation électrique il y avait une source de tension qui dépend de la vitesse. Est-ce que vous voyez où je veux en venir ?

Oui, un moteur électrique peut aussi servir de générateur, il est donc aussi capable de convertir de l’énergie mécanique en énergie électrique, c’est le principe du “freinage électrique” sur les trottinettes et autres EDPM : les contrôleurs demandent de la puissance aux moteurs à la place de leur en fournir. Cette puissance fournie n’est bien sûr pas perdue, elle est injectée dans la batterie pour la charger. Avec un système de freinage comme celui-là, on peut espérer récupérer 80% de l’énergie mécanique lors d’un freinage. Bien sûr, tout comme pour les accélérations, plus il est puissant, plus le rendement descend. Sur certains modèles, il ne s’active qu’à partir d’une certaine vitesse.

ATTENTION, ce système de freinage est dangereux pour la batterie si celle-ci est déjà chargée à 100 % car elle se retrouverait en surcharge. Il est recommandé de ne pas l’utiliser si la batterie est à plus de 90 %.

Donc, si on résume pour le freinage :

  • Éviter de freiner autant que possible ;
  • Privilégier si possible le “frein électrique” en le mettant le moins fort possible ;
  • Si il n’y a pas le choix, utiliser les freins mécaniques traditionnels (on ne rigole pas les wheelers et skateurs !) .

 

Autres petits conseils

Il y a bien sûr d’autres petits éléments sur lesquels on peut gagner un peu, mais la différence n’est pas toujours importante :

  • Ne pas arrêter la charge immédiatement après que la LED du chargeur soit passée au vert. Laisser charger au moins 1 à 2 h de plus pour permettre un chargement optimal de la batterie (équilibrage des cellules) ;
  • Pousser avec le pied autant que possible, surtout au au départ, c’est autant d’énergie en moins que la batterie doit fournir ;
  • Les phares et autres éclairages : si ils sont branchés sur la batterie principale qu’ils ne sont pas nécessaires, éteignez-les, ou alors diminuez leur puissance ;
  • Diminuer la luminosité de l’afficheur. L’économie est faible, mais c’est toujours bon à prendre ;
  • Ne pas faire charger son téléphone ou autre élément sur la batterie de la trottinette via un convertisseur, c’est peu par rapport à la capacité de la batterie de la trottinette, mais là aussi, c’est toujours ça de pris.

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François Deslandes

Architecte système d'information / Habite à Paris / La trot est mon moyen de locomotion principal / Président de l'ANUMME

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