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Pourquoi les véhicules électriques ont-ils un rendement énergétique plus élevé à des vitesses inférieures à la route ?
Question
Pour les véhicules grand public, il semble que la plupart des gens comprennent que si les moteurs à essence conventionnels fonctionnent plus efficacement à des vitesses d'autoroute, les moteurs électriques offrent un meilleur kilométrage pour la conduite "en ville" que la conduite sur "autoroute", à des vitesses inférieures.
< p>Je demande parce que lorsque cela survient dans une conversation, avec des propriétaires de véhicules électriques et d'autres, la discussion affirme ou implique que Le freinage régénératif explique ce phénomène. Mais cette réponse ne convient pas au physicien en moi (et je m'excuse si cela appartient à Physics.SE). Si le freinage régénératif offre la meilleure efficacité, la conduite la plus efficace n'impliquerait-elle pas beaucoup de changements de vitesse (c'est-à-dire qu'une conduite fluctuant constamment entre 60 et 80 km/h consommerait moins d'énergie que la même conduite à 70 km/h) ?Alors, pourquoi les véhicules électriques obtiennent-ils un meilleur kilométrage en « ville » vitesses qu'ils ne le font à des vitesses « d'autoroute » ? Si la réponse est Freinage par récupération, je peux l'accepter, mais j'aimerais avoir des explications, et Je préfère la physique aux statistiques.
Réponse acceptée
Les moteurs à combustion ont des degrés d'efficacité très variables, selon la charge et le régime. Ceci est généralement indiqué dans un diagramme de consommation de carburant spécifique comme celui-ci :
Généralement, une vitesse inférieure et une charge plus élevée entraînent moins de carburant requis pour la même quantité de puissance.
Cela s'applique également aux moteurs électriques, mais y est beaucoup moins prononcé - au point qu'il peut être ignoré dans la pratique.
Pour chaque ICE, cela crée un point idéal de consommation de carburant . Des vitesses plus élevées à la même consommation de carburant par heure se traduiraient par un meilleur kilométrage, mais les forces de traînée dues au vent ajoutent également plus de charge au moteur à ces vitesses. Par conséquent, le kilométrage s'améliore jusqu'à environ 50 mph, puis diminue à nouveau - l'optimum exact est légèrement différent pour chaque véhicule.
Étant donné que les voitures électriques ne bénéficient pas d'un meilleur rendement énergétique aux charges plus élevées générées par à des vitesses plus élevées, ils sont plus économes en énergie à des vitesses plus basses.
Le freinage par récupération n'est utile que lorsque vous souhaitez de toute façon que le véhicule décélère, et ne joue donc aucun rôle lorsque l'on considère des vitesses constantes. Il en résulte toujours des pertes d'énergie dans le "générateur", et doit être évité si possible - la glisse est toujours plus efficace, que ce soit un moteur thermique ou un moteur électrique, c'est juste que le moteur électrique peut encore récupérer une partie de l'énergie autrement perdue comme de la chaleur quand vous devez casser.
Réponse populaire
Je ne comprends pas bien ce que vous comparez avec ce que
les véhicules électriques en ville vs sur l'autoroute
utilisation en ville de la combustion vs électrique.
Pour les deux types, l'utilisation d'énergie la plus efficace sera à une vitesse constante.
Pour les deux types, la résistance au mouvement est nettement pire à des vitesses plus élevées que lors d'un déplacement lent.
Donc, pour un moteur électrique, le déplacement le plus efficace sera être à la vitesse constante la plus lente possible.
Ce serait également vrai pour les moteurs à combustion, s'ils n'avaient pas besoin d'engrenages, et j'ai déterminé (empiriquement) dans ma précédente voiture diesel que sa consommation de carburant était meilleur à la vitesse la plus lente, il passera en vitesse supérieure, qui était d'environ 40 mph. Plus vite, et la consommation de carburant a augmenté. Plus lent, et le rapport rétrogradé, augmentant à nouveau la consommation de carburant.
Avec la propulsion électrique, pour un freinage normal, l'énergie est récupérée en inversant le flux d'électricité donc au lieu de la batterie alimentant le mouvement, le mouvement alimente la batterie : "freinage régénératif" (mais on ne récupère pas toute l'énergie qui a servi à accélérer).
Pour un véhicule thermique , cette énergie est perdue, gaspillée, dissipée sous forme de chaleur par les freins.
Ainsi, en conduite urbaine à faible vitesse, le véhicule électrique l'a pour l'efficacité : il est plus efficace à la fois sous la puissance et au freinage.
Mais sur l'autoroute ouverte, il c'est moins de différence entre les deux types de moteur, du facteur vitesse, et moins de freinage aussi.
Comme pour un véhicule hybride : thermique et électrique. Pour les courts trajets urbains sur batterie, ils font bien mieux que les moteurs purement thermiques, pour les raisons évoquées.
Cependant, sur autoroute, ils ne peuvent pas aller loin sur la batterie seule, ils doivent donc brûler du carburant. Maintenant, il est préférable d'alimenter directement les roues plutôt que de convertir l'énergie en électricité et de conduire les roues avec cela, car aucun processus de conversion d'énergie n'est efficace à 100 %.
Donc, si vos déplacements sont principalement effectués autoroutes rapides à une vitesse constante, il est peu utile d'avoir la technologie hybride plus chère.
Edit :
La réponse simple à la raison pour laquelle un véhicule électrique est plus efficace en utilisation urbaine que sur l'autoroute, c'est parce qu'il y a considérablement moins de résistance au mouvement à basse vitesses. Le freinage régénératif n'affecte pas cela à des vitesses constantes, mais il réduit le gaspillage d'énergie en fonctionnement stop-go. Cependant, le système de régénération ne peut jamais récupérer 100% de l'énergie, donc je suppose qu'il doit y avoir un seuil de rentabilité quelque part : une accélération rapide répétée jusqu'à la limite de vitesse urbaine alternée avec un freinage brusque peut réduire l'efficacité, donc c'est moins qu'une vitesse constante l'autoroute.
C'est l'inverse avec les véhicules ICE, car en ville, ils travaillent en dessous de leur vitesse la plus efficace, ainsi que les pertes irrécupérables dues aux arrêts et au ralenti à l'arrêt.< /p>
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Du point de vue d'un profane, augmenté par ma possession d'un véhicule électrique, j'offre un point de vue plus large.
Les véhicules ICE (moteur à combustion infernale) dans le trafic stop-and-go continuent à consommer de l'énergie au ralenti et à l'arrêt. Avec une transmission automatique ou une transmission manuelle, le moteur fonctionne pendant une partie du temps à un régime inefficace, utilisant/gaspillant encore plus d'énergie.
Les véhicules électriques ont une plage de régime beaucoup plus large pour plus d'efficacité, bien que J'ai appris que je peux maximiser le mien à environ 45-50 mph. Même s'il s'agit d'un chiffre de performance (économie) de pointe, le moteur est assez efficace à la plupart des vitesses.
Comme vous l'avez noté, le freinage par récupération est également un facteur. J'ai pu retourner environ quinze à vingt pour cent bien que le chiffre supérieur soit rare. Pourtant, un plus, c'est bien.
Quinze pour cent n'est pas assez efficace pour justifier de « pulser » sa vitesse. C'est génial dans les descentes, mais cela ne restitue jamais l'énergie utilisée pour monter la côte.
On notera également que la traînée aérodynamique du véhicule est plus importante à haute vitesse, bien que cela impacte à la fois l'ICE et l'EV type de transport.
J'accorderais une valeur plus élevée à l'efficacité accrue à basse vitesse, arrêts et départs pour réduire la traînée aérodynamique et aucune perte au ralenti de type ICE.