Les Hypercars du Mans (LMH) , comme celles qui participent au Championnat du monde d'endurance (WEC) et aux 24 heures du Mans , utilisent des groupes motopropulseurs hybrides sophistiqués qui leur permettent de passer en toute transparence de la puissance électrique au moteur à combustion interne (ICE) pendant la conduite. Cette capacité à alterner entre les sources d'énergie est un aspect clé du système hybride, permettant une efficacité, une meilleure gestion de l'énergie et une réduction des émissions lors de phases spécifiques de la course. La transition entre ces sources d'énergie est gérée par des systèmes de contrôle avancés qui gèrent le moteur électrique, le stockage d'énergie (batteries) et le moteur à combustion en temps réel. Les polymères jouent un rôle crucial pour assurer le bon fonctionnement et la fiabilité de ce processus, en particulier dans des domaines tels que la gestion thermique , l'isolation électrique et l'amortissement des vibrations .
Comment les voitures LMH passent de l'électrique à la propulsion ICE
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Mode électrique uniquement : en mode électrique uniquement, le groupe électrogène (MGU) entraîne les roues en utilisant l'énergie stockée dans le réservoir d'énergie (la batterie). Ce mode est généralement utilisé dans les situations à faible vitesse, comme lorsque la voiture sort de la voie des stands ou pendant les sections lentes de la piste pour économiser du carburant et réduire les émissions. Dans ce mode, le moteur à combustion interne reste éteint et la voiture fonctionne silencieusement à l'énergie électrique.
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Mode hybride (transition) : lorsque le conducteur demande plus de puissance (en accélération ou dans les sections à grande vitesse), le système hybride engage de manière transparente le moteur à combustion interne (ICE) pour fournir une puissance supplémentaire. Cette transition est gérée par le système de récupération d'énergie (ERS) et est automatique, l' unité de commande de la voiture décidant du moment où activer le moteur en fonction de la vitesse, de l'accélération et de l'état de la batterie. Le moteur électrique peut toujours contribuer au couple aux côtés du moteur à combustion interne, fournissant ainsi un surcroît de puissance lorsque cela est nécessaire.
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Mode ICE uniquement : à des vitesses plus élevées ou dans de longues lignes droites, la voiture peut fonctionner principalement avec l'énergie du moteur à combustion interne. Le système hybride utilisera toujours le MGU pour capturer l'énergie via le freinage régénératif , stockant cette énergie dans la batterie pour une utilisation ultérieure. Le passage en mode ICE uniquement permet une puissance maximale pendant les sections rapides de la course.
Tout au long de ces transitions, le système hybride garantit que le passage entre l'énergie électrique et l'énergie ICE se fait en douceur, évitant ainsi les interruptions de performances et optimisant la distribution de puissance en fonction des conditions de piste.
Rôle des polymères dans le système hybride
Les polymères sont largement utilisés dans les systèmes hybrides, en particulier dans les domaines critiques tels que les batteries , les moteurs et les composants électriques , où ils offrent des avantages essentiels comme la gestion thermique , l'isolation électrique et la résistance aux vibrations . Ces propriétés contribuent à maintenir l'efficacité, la fiabilité et la sécurité du système hybride pendant la commutation constante entre l'alimentation électrique et l'alimentation thermique.
1. Gestion thermique
Lors de la transition de l'énergie électrique au moteur thermique, le moteur électrique et la batterie génèrent tous deux une chaleur importante. La gestion de cette chaleur est essentielle pour maintenir l'efficacité du système et éviter la surchauffe, qui pourrait endommager les composants sensibles ou réduire les performances. Les polymères jouent un rôle essentiel dans la dissipation de la chaleur et la protection des pièces clés contre le stress thermique.
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Le PEEK (polyéther éther cétone) est utilisé dans divers composants du système hybride en raison de sa grande stabilité thermique. On le retrouve souvent dans les boîtiers de batterie , les carters de moteur et les matériaux isolants autour des systèmes électriques, garantissant que ces composants ne surchauffent pas lors du changement de mode d'alimentation.
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Les polymères à base de silicone sont utilisés dans les joints et les joints des systèmes de moteur et de batterie pour garantir une gestion efficace de la chaleur. La capacité du silicone à résister aux températures élevées le rend idéal pour garantir que ces composants restent sécurisés et protégés contre les dommages thermiques.
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Les interfaces de gestion thermique , telles que les tampons thermiques fabriqués à partir de matériaux à base de polymères , sont utilisées entre les composants clés pour faciliter la dissipation de la chaleur, contribuant ainsi à maintenir la température de fonctionnement optimale pour le moteur à combustion interne et le moteur électrique pendant les transitions.
2. Isolation électrique
La transition entre l'énergie électrique et le moteur à combustion interne implique l'utilisation de systèmes électriques à haute tension qui doivent être soigneusement isolés pour garantir un fonctionnement sûr. Les polymères dotés d'excellentes propriétés d'isolation électrique sont essentiels pour éviter les courts-circuits et protéger les composants électriques du système hybride.
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Le PTFE (polytétrafluoroéthylène) et le polyimide (PI) sont utilisés pour isoler les composants électriques du système hybride, notamment dans le câblage et les connecteurs qui gèrent le flux d'électricité entre la batterie, le moteur et l'unité de commande. Le PTFE est utilisé pour ses excellentes propriétés diélectriques, tandis que les films en polyimide (comme le Kapton ) offrent une isolation fiable dans les environnements à haute température.
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Isolation des faisceaux de câbles : Le câblage reliant le moteur électrique à la batterie et aux systèmes de commande doit être isolé pour éviter les courts-circuits ou les pertes d'énergie. Le PTFE est couramment utilisé comme isolant pour ces câbles haute tension, garantissant que le flux d'énergie entre les composants est efficace et sûr pendant les transitions de puissance.
3. Construction légère
Les systèmes hybrides ajoutent de la complexité et des composants à une voiture de course, la gestion du poids est donc essentielle pour maintenir des performances optimales. Les polymères sont largement utilisés dans la construction de moteurs, de packs de batteries et d'autres composants hybrides pour réduire le poids sans sacrifier la résistance ou la durabilité.
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Les polymères renforcés de fibres de carbone (PRFC) sont utilisés dans les boîtiers des moteurs hybrides et des boîtiers de batterie, offrant une structure solide et légère qui minimise le poids total du système hybride. En utilisant du PRFC dans des composants non porteurs, les fabricants peuvent garder le groupe motopropulseur hybride aussi léger que possible, améliorant ainsi l'accélération, la maniabilité et l'efficacité.
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Les boîtiers de batterie en composites polymères garantissent que le pack de batteries reste léger tout en offrant la protection nécessaire contre la chaleur et les vibrations. Ces boîtiers empêchent également les dommages lors des transitions énergétiques qui se produisent pendant la course.
4. Résistance aux vibrations et durabilité
Le passage de l'énergie électrique au moteur thermique génère des vibrations et des contraintes mécaniques, notamment lorsque le moteur démarre ou ralentit. Des polymères élastomères sont utilisés pour absorber ces vibrations et assurer le bon fonctionnement du système hybride, protégeant ainsi les composants de l'usure.
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Les polymères antivibratoires , tels que le silicone et l'EPDM (caoutchouc éthylène-propylène-diène monomère) , sont utilisés dans les supports de moteur , les boîtiers de batterie et d'autres composants hybrides pour absorber les vibrations lors des transitions entre les modes d'alimentation. Cela évite les dommages mécaniques et contribue à maintenir l'intégrité du système hybride au fil du temps.
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Des bagues en polymère sont également utilisées dans le montage du moteur électrique et de ses composants associés, réduisant ainsi la transmission des vibrations au reste de la voiture, ce qui est essentiel pour maintenir le contrôle du conducteur et minimiser l'usure des autres systèmes.
5. Résistance à la corrosion
Le système hybride, en particulier ses composants électriques et ses batteries, est exposé à un large éventail de facteurs environnementaux, notamment l'humidité, la saleté et les débris. Les polymères offrent une résistance essentielle à la corrosion , garantissant que ces composants sont protégés des éléments extérieurs.
- Le PEEK et le PTFE sont couramment utilisés dans les joints et les garnitures pour empêcher l'humidité et d'autres contaminants de pénétrer dans les zones sensibles du système hybride. Ces matériaux résistent à la corrosion et à l'exposition aux produits chimiques, ce qui est essentiel pour maintenir la fiabilité et les performances du système pendant les courses d'endurance.
Conclusion
Les groupes motopropulseurs hybrides des Le Mans Hypercars (LMH) sont conçus pour passer en toute transparence de l'énergie électrique au moteur à combustion interne (ICE) pendant la conduite, optimisant ainsi la puissance délivrée pour les performances, l'efficacité et la récupération d'énergie. Les polymères jouent un rôle essentiel dans ce processus, offrant des avantages essentiels tels que la gestion thermique , l'isolation électrique , la construction légère et la résistance aux vibrations . En utilisant des polymères avancés dans des composants critiques comme le moteur , la batterie et les systèmes électriques , les fabricants de LMH peuvent garantir que leurs systèmes hybrides fonctionnent de manière efficace et fiable dans les conditions extrêmes des courses d'endurance. Cela améliore non seulement les performances des voitures, mais aussi leur capacité à gérer efficacement l'énergie tout au long de la course.