Explication des systèmes hybrides Le Mans Hypercar (LMDh et LMH)

Les voitures Le Mans Daytona Hybrid (LMDh) et Le Mans Hypercar (LMH) qui participent à des courses d'endurance telles que le championnat IMSA WeatherTech SportsCar (IMSA) , le championnat du monde d'endurance (WEC) et les 24 heures du Mans utilisent des groupes motopropulseurs hybrides avancés pour équilibrer performances, efficacité et durabilité. Ces systèmes hybrides combinent des moteurs à combustion interne traditionnels (ICE) avec des moteurs électriques et des packs de batteries pour optimiser la distribution de puissance et la récupération d'énergie, ce qui est crucial pour les courses d'endurance longues et éprouvantes qui définissent ces championnats.

Les systèmes hybrides des voitures LMDh et LMH sont conçus pour offrir une combinaison de hautes performances, de récupération d'énergie (freinage régénératif) et d'efficacité énergétique améliorée, permettant aux voitures de fournir une puissance exceptionnelle tout en adhérant aux objectifs de durabilité du sport automobile moderne. Les polymères jouent un rôle important dans la construction des moteurs et des systèmes de batterie , offrant des avantages clés tels que la gestion thermique , les propriétés de légèreté , l'isolation électrique et la résistance à la corrosion . Voici comment fonctionnent ces groupes motopropulseurs hybrides et où les polymères sont utilisés dans leurs composants.

Comment fonctionnent les groupes motopropulseurs hybrides dans les voitures LMDh et LMH

1. Moteur à combustion interne (ICE)

Le moteur thermique des voitures hybrides LMDh et LMH est généralement un moteur hautes performances à faible consommation de carburant qui fonctionne en parallèle avec le moteur électrique. Selon le fabricant, ces moteurs peuvent être turbocompressés ou atmosphériques et sont souvent des configurations V6, V8 ou V10. Le moteur thermique fournit l'essentiel de la puissance pour les sections à grande vitesse et les longues lignes droites, tout en fournissant également de la puissance lors des accélérations intenses.

2. Moteur électrique et groupe électrogène (MGU)

Le moteur électrique , également appelé groupe électrogène (MGU) , fonctionne en parallèle avec le moteur à combustion interne pour fournir une puissance supplémentaire et améliorer l'efficacité. Le MGU remplit une double fonction :

• Il récupère l’énergie lors du freinage (freinage régénératif) et la convertit en énergie électrique, qui est stockée dans la batterie.
• Il déploie l'énergie stockée dans la batterie pour entraîner les roues de la voiture, fournissant une puissance supplémentaire lors de l'accélération ou à des moments clés d'une course (comme un dépassement).

Le MGU assiste le moteur à combustion interne en augmentant le couple , améliorant l'accélération et permettant à la voiture d'atteindre des vitesses plus élevées plus rapidement. Ce double système de distribution de puissance permet d'équilibrer les performances et le rendement énergétique, car le moteur électrique peut prendre le relais ou aider dans les situations de faible vitesse ou de couple élevé, réduisant ainsi la dépendance au carburant.

3. Stockage d'énergie (batterie)

La batterie des voitures de course hybrides est un élément essentiel du groupe motopropulseur, car elle stocke l'énergie récoltée lors du freinage régénératif. L'énergie stockée dans la batterie est ensuite utilisée par le moteur électrique pour fournir une puissance supplémentaire en cas de besoin. Ces systèmes de batterie hautes performances doivent être légers, efficaces et capables de résister aux exigences extrêmes des courses d'endurance.

Les batteries utilisées dans les voitures LMDh et LMH sont généralement des batteries lithium-ion ou à semi-conducteurs , capables de stocker de grandes quantités d'énergie et de fournir des puissances élevées rapidement et efficacement.

4. Freinage régénératif

L’un des principaux avantages des groupes motopropulseurs hybrides est le système de freinage régénératif . Lorsque la voiture freine, le MGU capte l’énergie cinétique générée par le freinage et la convertit en énergie électrique. Cette énergie est ensuite stockée dans la batterie et peut être redéployée pour alimenter le moteur électrique. Ce processus réduit le gaspillage d’énergie et améliore l’efficacité globale.

Rôle des polymères dans les groupes motopropulseurs hybrides

Les polymères sont largement utilisés dans la construction de groupes motopropulseurs hybrides, en particulier dans les moteurs et les systèmes de batteries , car ils offrent des avantages essentiels tels que la construction légère , la gestion thermique , l'isolation électrique et la résistance à la corrosion . Ces propriétés sont essentielles pour garantir que les moteurs et les batteries peuvent fonctionner de manière fiable dans les conditions extrêmes des courses d'endurance.

1. Polymères dans les moteurs

Les moteurs hybrides, ou MGU, fonctionnent à des vitesses et des températures élevées, ce qui nécessite des matériaux capables de résister à ces contraintes tout en conservant leur efficacité. Les polymères jouent un rôle crucial dans diverses parties du moteur.

• Isolation électrique : Le moteur électrique génère une quantité importante d'électricité, qui doit être contenue en toute sécurité pour éviter les courts-circuits ou les pannes électriques. Des polymères comme le PTFE (polytétrafluoroéthylène) et le polyimide (PI) sont utilisés comme isolant pour les fils et les enroulements électriques à l'intérieur du moteur pour éviter les fuites électriques et assurer un transfert d'énergie efficace.

  • Le PTFE est couramment utilisé pour l’isolation des fils en raison de ses excellentes propriétés diélectriques et de sa résistance aux températures élevées.
  • Les films polyimides , comme le Kapton , sont utilisés pour leur capacité à maintenir l'intégrité structurelle à des températures extrêmes et à fournir une isolation électrique dans les espaces restreints du moteur.

• Gestion thermique : Les moteurs génèrent beaucoup de chaleur pendant leur fonctionnement, et la surchauffe peut gravement affecter les performances. Le PEEK (polyéther éther cétone) et les polymères à base de silicone sont utilisés dans les systèmes de refroidissement , les carters de moteur et les joints pour gérer la chaleur et protéger le moteur contre les dommages thermiques.

  • Le PEEK est très résistant à la chaleur et aux contraintes mécaniques, ce qui le rend idéal pour les composants de moteurs exposés à des températures élevées.
  • Les polymères de silicone sont utilisés pour les joints et les joints qui aident à maintenir les systèmes de refroidissement du moteur en contenant les fluides et en gérant le flux d'air autour des zones critiques.

• Composants légers : les moteurs des systèmes hybrides doivent être aussi légers que possible pour optimiser le poids total de la voiture. Les polymères renforcés de fibres de carbone (PRFC) sont souvent utilisés dans la construction des carters de moteur et des composants structurels pour assurer la résistance tout en minimisant le poids. Cela est essentiel pour garantir que le groupe motopropulseur hybride n'ajoute pas de poids excessif au véhicule, ce qui pourrait avoir un impact négatif sur les performances.

2. Polymères dans les batteries

Les batteries des voitures de course hybrides doivent stocker de grandes quantités d'énergie, la restituer efficacement et résister aux conditions extrêmes des courses d'endurance. Les polymères sont essentiels pour garantir la sécurité, l'efficacité et la durabilité de ces systèmes de batteries hautes performances.

• Isolation électrique : les batteries lithium-ion et à semi-conducteurs génèrent des tensions élevées, ce qui fait de l'isolation électrique un facteur essentiel dans la conception des batteries. Le polyimide et le PTFE sont utilisés pour isoler les cellules et le câblage de la batterie, garantissant ainsi que les courants électriques restent contenus et évitant les courts-circuits ou la surchauffe.

  • Les films polyimide sont souvent utilisés pour séparer les cellules de batterie, fournissant une isolation et maintenant la sécurité dans l'environnement haute tension de la batterie.
  • Les revêtements et doublures en PTFE sont utilisés pour le câblage et les connecteurs afin de protéger contre les décharges électriques.

• Gestion thermique : Les batteries hybrides génèrent une chaleur importante lors du stockage et du déploiement de l'énergie. Des polymères tels que le PEEK et les matériaux à base de silicone sont utilisés dans les boîtiers de batterie et les systèmes de refroidissement pour gérer efficacement la chaleur.

  • Le PEEK est utilisé pour les boîtiers de batteries et les canaux de refroidissement en raison de sa capacité à résister à des températures élevées sans se déformer ni se dégrader.
  • Les polymères à base de silicone sont utilisés dans les interfaces thermiques pour aider à dissiper la chaleur des cellules de la batterie, garantissant ainsi que la batterie fonctionne dans une plage de température sûre et empêchant l'emballement thermique.

• Résistance à la corrosion : les batteries sont exposées à des environnements difficiles, notamment à l'humidité , au carburant et aux produits chimiques . Les polymères tels que le PEEK et le PTFE offrent une résistance à la corrosion , protégeant les composants de la batterie contre la dégradation causée par l'exposition à ces éléments.

  • Le PEEK est souvent utilisé pour les boîtiers de batterie et les couvercles de protection car il est léger, solide et résistant à la corrosion et aux températures élevées.
  • Les revêtements PTFE sont utilisés pour protéger les connecteurs et les bornes électriques de l'exposition aux produits chimiques, garantissant ainsi la fiabilité à long terme du système de batterie.

• Construction légère : le poids est un facteur essentiel dans les courses d'endurance, où chaque kilogramme économisé contribue à améliorer les performances. Des polymères tels que le CFRP sont utilisés dans les boîtiers de batterie et les structures de protection pour fournir une solution légère mais solide, réduisant le poids global du système de batterie sans compromettre la sécurité ou les performances.

Conclusion

Les groupes motopropulseurs hybrides utilisés dans les voitures LMDh et LMH représentent la pointe de la technologie des courses d'endurance, combinant moteurs à combustion interne , moteurs électriques et systèmes de batteries pour offrir des performances élevées, une efficacité énergétique et une récupération d'énergie. Les polymères jouent un rôle crucial dans ces systèmes en fournissant des matériaux légers , une gestion thermique , une isolation électrique et une résistance à la corrosion dans les moteurs et les batteries. Ces avantages garantissent que les groupes motopropulseurs hybrides peuvent fonctionner de manière fiable dans les environnements exigeants de l'IMSA , du WEC et du Mans , aidant les équipes à atteindre l'équilibre entre performances, efficacité et durabilité qui définit les courses d'endurance modernes.