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Land Rover Diesel ERAD Hybride

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Les technologies des Diesel ERAD Hybrides à la loupe

L'ERAD - propulsion électrique par l'essieu arrière
Le système de propulsion électrique par l'essieu arrière ERAD est une exclusivité développée par Land Rover.Son but est de permettre à un véhicule hybride de remplir le cahier des charges très exigeant de l'entreprise en matière de tout-terrain.

L'ERAD est monté sur l'essieu arrière. Il utilise un puissant moteur électrique brushless (sans balais) de 288 volts, capable de produire une puissance de 25 kW en continu et de 35 kW en pointe. Le couple maximal est un robuste 200 Nm. Comme les lois de la physique l'indiquent, ce couple est disponible instantanément, dès la mise sous tension du moteur. C'est donc l'idéal en termes de performances pour les parcours tout-terrain à petite vitesse.

Ce moteur électrique entraîne les roues arrière par le biais d'une boîte de réduction d'un rapport 8:1 et d'un différentiel épicycloïdal. Le coupleur Haldex relié à l'ERAD permet de découpler les essieux avant et arrière pour une utilisation en traction avant seule, la puissance étant alors transmise vers l'avant par l'arbre de transmission. Si le coupleur reste fermé en mode propulsion électrique seule, le couple généré par l'ERAD est transmis aux quatre roues.

Un circuit d'huile alimenté par une pompe électrique séparée assure le refroidissement des organes internes du moteur.

L'ERAD permet aussi de récupérer l'énergie lors des freinages régénératifs. Un module électronique permet en effet à son moteur brushless de fonctionner en tant que générateur électrique. Ce mode s'enclenche dès que le conducteur lève le pied ou qu'il entame un freinage. Ce puissant moteur se transforme alors en un excellent générateur et celui-ci utilise l'énergie de la décélération pour recharger la batterie Lithium Ion. En mode quatre roues motrices, la récupération de l'énergie lors des décélérations reste maximale meme sur surfaces glissantes, et ce sans compromettre l'adhérence.

En usage tout-terrain, l'ERAD ne rajoute du couple qu'en cas de besoin, et comme le couple électrique est maximum à l'arrêt, cette solution procure encore plus de contrôle à basse vitesse et une meilleure motricité pour se sortir d'un mauvais pas (comme sur de la neige compacte ou de l'herbe mouillée) ou pour tracter.

Sur route, l'ERAD permet de rouler tout doucement, jusqu'à 30 km/h, en ne se servant que de l'énergie électrique, tout en pouvant compter sur la fonction "démarreur à générateur intégré (Integrated Starter-Generator, ISG)" pour faire repartir automatiquement le moteur dès qu'il redevient utile. A partir de ce moment-là, l'énergie électrique continue à venir en aide à la propulsion mécanique, jusqu'à ce que le moteur tourne à son régime idéal, avec un double avantage: sur la consommation de carburant et sur les émissions de C02.

L'autre avantage de l'ISG, c'est qu'il arrête automatiquement le moteur quand le véhicule est immobilisé à un feu rouge ou dans un embouteillage, ce qui lui évite de tourner pour rien, et le fait redémarrer en douceur, rapidement, dès qu'il est à nouveau nécessaire.

Le moteur électrique fonctionne avec de l'énergie stockée dans un pack dédié de batteries lithium-ion à haut voltage et haute capacité, totalement indépendant de l'alimentation normale par une batterie 12 volts. Ce pack est rechargé en permanence par un système de transformation de l'énergie dégagée au freinage, qui passe aussi par le système ERAD.

Le LRX est aussi doté du contrôle d'adhérence en descente (Hill Descent Control, HDC) et du système Terrain Response -une exclusivité Land Rover- qui optimise la facilité de conduite et le confort, tout en maximisant la motricité. Sur le LRX, il y a cinq réglages possibles, dont le tout nouveau mode 'Eco': prévu pour la route, ce réglage configure tous les paramètres du véhicule pour limiter la consommation de carburant. Les quatre autres réglages de Terrain Response sont les modes 'sports' (nouveau lui aussi), 'conduite courante', 'sable' et 'herbe/gravillons/neige' (un seul programme pour toutes ces surfaces glissantes)

 

Le CISG - démarreur-générateur monté sur l'arbre moteur
Le CISG est l'autre moteur électrique brushless qui équipe les prototypes de Land Rover hybrides. Comme son nom l'indique, il sert de démarreur électrique et lance le moteur diesel quand il y a lieu, notamment dans les situations d'arrêt-redémarrage automatique Stop-Start. Mais le CISG peut également agir comme générateur électrique. Ce système, qui est intégré dans l'embrayage double équipant les prototypes, peut même être utilisé pour procurer un surcroît de puissance électrique, limitant ainsi les émissions de gaz.

Le système Stop-Start a beau être simple, son efficacité en matière de réduction des émissions n'en est pas moins grande. À l'arrêt, plutôt que de le laisser tourner au ralenti, on arrête celui-ci.

Dans le cadre de cette stratégie d'arrêt-redémarrage, le CISG fait appel à la technologie la plus sophistiquée et la plus fiable disponible actuellement. Sa grande vitesse de rotation lui permet en effet de redémarrer le moteur en quatre dixièmes de seconde, en consommant au passage moins de carburant qu'un démarreur classique. Tout comme l'ERAD, le CISG est également employé pour récupérer l'énergie cinétique lors des freinages régénératifs. Lorsque le conducteur lève le pied, le CISG passe en mode générateur et il recharge alors la batterie de propulsion tout en ralentissant le véhicule.

Le pack de batteries Lithium Ion
Le pack de batteries de haute technologie est également l'un des composants clés d'un véhicule hybride. C'est lui qui assure l'alimentation des moteurs électriques et permet de stocker l'énergie récupérée lors des décélérations. La quasi-totalité des hybrides existants utilisent des batteries de type nickel metal hydrure (NiMH) ; si cette technologie classique parvient sans problème à fournir du courant rapidement, elle n'est en revanche pas très efficace en termes de recharge rapide. Elle est donc mal adaptée au concept de freinage régénératif.

La nouvelle technologie Lithium Ion (Li Ion) est par contre plus légère, plus efficace et offre une meilleure densité énergétique. Elle peut en outre absorber les recharges rapides générées par les freinages régénératifs et fournir plus de puissance quand le conducteur le souhaite. Land Rover travaille en partenariat avec ses équipementiers spécialisés pour développer une batterie particulière, dénommé Lithium NanoTitanate. Ces batteries ne sont pas sujettes à l'effet mémoire ; facteur encore plus intéressant, elles ne contiennent pas de produits toxiques ou de métaux lourds et ne font pas appel au nickel. En évitant de recourir aux extractions de minerais, cette technologie est donc plus respectueuse pour l'environnement.

D'une certaine façon, ces nouvelles batteries se comportent un peu comme des supercondensateurs dans la mesure où elles absorbent et restituent l'énergie très rapidement, ce qui rend la technique du freinage régénératif vraiment efficace. Les batteries Lithium NanoTitanate de la Diesel Hybride ERAD produisent 288 volts. Elles peuvent stocker l'énergie des recharges rapides et accumuler ainsi douze fois plus d'énergie qu'une batterie NiMH équivalente.

Leur énergie spécifi que (c'est-à-dire leur rapport puissance/poids) est de 2500 W/kg contre 1400 W/kg pour les batteries NiMH, soit une amélioration de 178 %. Une batterie Lithium Ion pèse en règle générale 32 kg contre 60 pour une NiMH, soit un gain de poids de 47 %. La quantité d'énergie utilisable emmagasinée dans une batterie Lithium NanoTitanate par kilo est de 36Wh/kg contre 13,5 Wh/kg pour une NiMH, soit une amélioration de 267 %.

Le système électrique de propulsion est séparé du circuit électrique général du véhicule, qui reste, lui, en 12 volts. Ce dernier est alimenté par un transformateur à courant continu branché sur le circuit de propulsion.

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