Freinage régénératif

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Le freinage régénératif est un mode freinage utilisé par certaines locomotives électriques, les ascenseurs et la plupart des véhicules électriques et des véhicules hybrides[1] ; il permet de convertir une partie de l’énergie cinétique en une autre énergie (par exemple électrique) pour ralentir ou arrêter le véhicule, plutôt que de la dissiper en pure perte.

Principe[modifier | modifier le code]

Par exemple:

  • utiliser la capacité des moteurs électriques à fonctionner en générateur : par exemple une machine à courant continu fonctionne en moteur lorsqu'elle reçoit son énergie d'une source d'électricité, mais elle fonctionne en générateur, (ou traditionnellement dynamo), si elle est entraînée mécaniquement. C'est-à-dire qu'elle est capable de fournir de l'énergie électrique à partir de l'énergie mécanique. Cette propriété est une généralité pour toutes les machines électriques, mais sa mise en œuvre est plus ou moins complexe selon le type de machine.
  • utiliser la compressibilité d'un gaz, pour convertir l’énergie cinétique en énergie potentielle, dans un réservoir pour pouvoir l'utiliser plus tard[Note 1].

Locomotives électriques[modifier | modifier le code]

L'utilisation de ce mode de fonctionnement sur les locomotives électriques consiste, lors des périodes de freinage, à inverser le sens du couple à fournir par la machine électrique, soit par inversion du sens du courant inducteur, (cas d'une machine à courant continu ou d'une machine synchrone à rotor bobiné), ou du courant d'induit seul (cas d'une machine à courant continu), soit par inversion du sens d'alimentation des phases du stator (par inversion du sens du courant instantané dans les enroulements statoriques) dans le cas des machines à courant alternatif (machine synchrone à rotor bobiné, machine synchrone à aimants, machine asynchrone)[2],[3].

Ceci est réalisé par des convertisseurs électroniques de puissance configurés pour permettre, dans les phases de freinage, la conversion de l'énergie mécanique, provenant de l'énergie cinétique liée à l'inertie du mobile, en énergie électrique et son renvoi dans la caténaire quand cela est possible[4], sinon cette énergie est dissipée par effet Joule, dans des résistances; il s'agit alors de freinage rhéostatique.

Véhicules routiers[modifier | modifier le code]

Articles connexes : Résistance au roulement et Aérodynamique.

Intérêt[modifier | modifier le code]

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Efficacité énergétique des voitures en ville et sur autoroute (document DoE).

Pour les voitures thermiques, le DoE nous explique dans le graphique ci-joint que le rendement s'élève à environ 20 %. Nous y voyons que la part que la part du freinage sur l'énergie mécanique utile s'élève à 6/13 soit environ 46 % en ville et 2/20 soit 10 % sur autoroute.

Pour les voitures électriques, le même DoE nous fournit une efficacité de 60 % entre le moteur et les roues.[5],[Note 2] (il faudrait toutefois tenir compte de la production d'électricité pour effectuer un bilan complet -voir Énergie grise énergétique).[réf. nécessaire]

Posons pour le rendement du moteur électrique
et pour la part du freinage en ville et sur autoroute.

Considérons enfin la part d'énergie de freinage récupérée. Théoriquement il peut atteindre jusqu'à 80 %[Note 3]. Ainsi au maximum, ce qui est déjà un très bon rendement par rapport à un moteur thermique classique.

Dans ces conditions, étant le flux d'énergie qui arrive au moteur électrique, le flux d'énergie perdu en freinage et le flux d'énergie récupéré, et nous aboutissons à un équilibre

d'où

Tout se passe comme si l'ancien flux d'énergie était remplacé par le nouveau

Le gain espéré s'élève alors à soit la multiplication du rendement du moteur électrique par la fraction de freinage et par le rendement de la récupération.

Plus la part de freinage est importante, meilleure est la récupération (c'est le cas en ville, mais pas sur autoroute). Plus le rendement entre le moteur électrique et les roues est important, meilleure est la récupération, Enfin, plus le rendement de la récupération est élevé, meilleure est la récupération.

Utilisation[modifier | modifier le code]

Sur les véhicule électrique le freinage régénératif est assez simple à mettre en place si des moteurs à courant continu sont utilisés; ceux si étant réversibles il peuvent fonctionner aussi bien en moteur qu'en générateur simplement en changeant le sens de l’excitation.

En formule 1 et sur certains véhicules de sport le système de récupération de l'énergie cinétique permet d'éviter de dissiper de la chaleur en pure perte et d'améliorer l'efficacité énergétique des véhicules.

Sur certaines automobiles hybrides électriques le freinage régénératif permet de recharger les batteries lors d'un ralentissement volontaire du véhicule. L'énergie récupérée peux être réutilisée par la suite, ce qui permet des économies de carburant.

Certains véhicules automobiles à air comprimé de l'air peut être comprimé lors du freinage pour servir comme réserve de puissance que utilisable à l'accélération[6].

Sur certains vélos électriques le freinage régénératif permet de recharger le peu d'énergie contenue dans les batteries embarquées[7].

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

  1. Voir l'article « véhicule à air comprimé ».
  2. Supposons que le moteur électrique, l'électronique de puissance et la batterie présentent un rendement de 90 %, cependant que le rendement de la chaîne cinématique est de 80 %. Dans ce cas nous aboutirions à un rendement entre moteur électrique et roues égal à 58,3 %, ce qui est très proche du chiffre de 60 % fourni par le DoE.
  3. Supposons que le moteur électrique et l'électronique de puissance présentent un rendement de 90 %, nous aboutissons alors à un rendement de 81 %. Pour atteindre un tel chiffre, le dispositif doit savoir très précisément quand il convient de récupérer l'énergie de freinage, ce qui relève de la gageure. La part récupérée sera alors plus faible, sauf peut-être dans le cas des cycles normalisés, pour lesquels les cycles de freinage sont parfaitement connus, ce qui n'est pas représentatif de la réalité.

Références[modifier | modifier le code]

  1. Production de l'électricité à partir du freinage régénératif, sur le site wehicles.com, consulté le 19 décembre 2014
  2. Trains : du nouveau dans la récupération de l'énergie du freinage, sur ecoco2.com, consulté le 9 juillet 2016.
  3. [PDF]Limite du freinage regeneratif sur le reseau SNCF, sur securite-ferroviaire.fr, consulté le 9 juillet 2016.
  4. Voir "Récupérer l'énergie au freinage", sur mobilicites.com du 8 juillet 2016.
  5. (en) fuel economy site web fueleconomy.gov
  6. PSA Hybrid Air : des hybrides Peugeot et Citroën à air comprimé, sur challenges.fr du 23 janvier 2013, consulté le 10 juillet 2016.
  7. Le freinage régénératif, sur twinburst.com, consulté le 9 juillet 2016.

Articles connexes[modifier | modifier le code]