Adaptation d un moteur électrique sur BMW C1

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1 Haute École Roi Baudouin Catégorie Technique Type Court Bachelier en Automobile option Mécatronique Adaptation d un moteur électrique sur BMW C1 Travail de fin d études présenté par MATSUMOTO Takao en vue de l obtention du grade de Bachelier en Automobile option Mécatronique Mons Année académique 2008/2009 1

2 Cahier des charges Présentation générale Une des solutions pour diminuer la pollution, est l'utilisation de moteurs électriques. Avec l'évolution des mentalités en matière de protection de l'environnement, la demande pour des solutions de transport neutre en émission de carbone a beaucoup augmenté depuis ces dix dernières années; et avec la montée des prix du pétrole les gens ont pris conscience de la nécessité d'une évolution en matière de transport. Parallèlement à cela, les batteries ou piles ont beaucoup progressé notamment en autonomie; fiabilité; volume et poids. Ces évolutions ont permis d'augmenter la capacité d'énergie stockée ainsi de puissance (voltage), une durée de vie plus importante et une sécurité accrue; tout en maintenant le plus possible une attention sur la baisse des coûts. Ces progrès technologiques permettent ainsi au moteur électrique d'apparaître comme une alternative viable au moteur à explosion en matière de transport. Le thème de ce TFE permet d'envisager un scooter utilisé en usage urbain. Son autonomie même si plus faible que le moteur thermique, son rendement de travail et son couple de démarrage lui procure des atouts non négligeables. De plus, son autonomie va être amélioré progressivement dans l'avenir. Objectif de travail L'objectif général du TFE est d'adapter le moteur électrique sur C1. Ceci ce compose de plusieurs travaux: Réalisation de travaux sur le carter pour adapter le moteur électrique Réalisation de travaux sur le châssis pour adapter la batterie Réalisation du câblage électrique Programmation de modulateur de vitesse (par circuit intégré) Réalisation des mesures (puissance, couple, autonomie, poids, etc) Etc Celles-ci sont également présentées dans le plan d'action de C1 (A) et (B) Contraintes Les travaux sont effectués principalement par un étudiant. Dans le cas où il y a des difficultés au niveau technique, l'ouvrier de BMW l'aidera ou lui donnera son avis. L'étudiant doit normalement réalisé son travail dans l'ordre de son plan d'action. Ressources BMW Brussels mettra à disposition le budget nécessaire à la réalisation du TFE. L'étudiant fait son TFE sur son lieu de stage 2 jours / semaine grâce conformément à sa convention de stage. Intérêt pour l'étudiant Par le développement de son plan d'action, l'étudiant peut développer sa gestion du temps pour l'accomplissement de son travail. Par l'étude, l'étudiant peut faire la recherche personnelle par des documents ou des livres pour être autonome. Et par la réalisation de son travail, l'étudiant peut avoir l'expérience pratique et la bonne connaissance d'une situation réelle. Ce sont des choses qui visent à la progression de sa formation académique et aidé à son évolution professionnelle, et le confronté à la gestion d'un cas réel qui pourrait se présenter à lui dans sa future profession. 2

3 Abstract Fond : Mitsubushi i MiEV, Nissan LEAF..., l'augmentation de l'intérêt porté par l'opinion publique sur la protection de l'environnement et des technologies électriques, notamment de batteries, accélèrent le développement et la mise sur le marché du véhicule électrique. Les constructeurs présentent leurs avantages pour faire face à la protection contre la pollution de CO 2. Mais nous sommes curieux de présenter les avantages du moteur électrique par rapport au moteur thermique. Car le moteur électrique convient mieux à la force motrice du véhicule. C'est une raison pour laquelle nous avons choisi ce projet. Méthode : L'hypothèse est que le moteur thermique vie ses derniers jour suite à l'après pétrole, comme les gens ne veulent pas renoncer à utiliser leur véhicule. Une solution à leur proposer est d'adapter un moteur électrique au véhicule. Pour mener à bien cette étude, nous allons utiliser un scooter BMW (C1) hors service. Le but est d'utiliser le C1 sur la route et de déterminer son moyen ou l'endroit d'utilisation. L'adaptation du moteur se fera de la façon suivante: la fixation du moteur électrique, l'amélioration de la transmission, le nouveau câblage, l'installation du contrôleur etc. Nous adaptons le moteur électrique en se conformant au plan d'action (programme d'adaptation du moteur électrique). Conséquence : L'adaptation du moteur électrique est une réussite. Le C1 électrique est opérationnel sur la route. La vitesse maximum est de 45km/h en 3 ~ 4 secondes (pleine charge) avec un conducteur de 88kg. Les signaux routiers fonctionnent comme d'origine. Il est silencieux. L'autonomie du C1 électrique est beaucoup plus faible que le C1 original. L'autonomie du C1 électrique est inférieure à 20km (l'autonomie C1 180km) Le client boycotte. La diminution de l'autonomie du véhicule électrique Le prix des batteries se répercutent sur le prix d'achat (batterie lithium) Le budget de développement du C1 électrique est de 2400 euros Moteur 850 euros Contrôleur 400 euros Six batteries de 12V 300 euros Convertisseur 200 euros Composants électriques (relais, diodes, résistances, clef, câbles, et etc) 200 euros Chargeur de batterie 150 euros Voltmètre 100 euros Autres 200 euros Conclusions : Un véhicule électrique actuelle serait utiliser principalement en milieu urbain du fait de la faible autonomie ainsi que du temps de recharge de la batterie. Le succès dépendra surtout des économies d'échelles dégagées par les entreprises afin de baisser le prix des éléments constitutifs du véhicule électrique et d'améliorer le temps de chargement des batteries pour démocratiser l'usage du EV(Electric Vehicle) dans le monde, car l'ev a un avantage concurrentiel pour rouler en milieu urbain. 3

4 Remerciements Je remercie tout d'abord de m'avoir donné l'accord à la réalisation de ce projet et de collaborer dans le travail de fin d'études. Et je m'excuse de tout le dérangement pendant la réalisation de mon TFE. Et des éventuelles difficultés de compréhension dût à mon français. L'entreprise Bertrand Florquin : Je vous remercie de votre soin de management du budget et surtout de m'avoir aidé dans mon état d'esprit pendant la réalisation du TFE. Philipe Pirsoul : Je vous remercie de vos avis ou vos idées de TFE et m'enseigner beaucoup de techniques des travaux pratiques pendant la réalisation. Stefaan Wicke : Je vous remercie de m'aider à la commande des pièces à une société néerlandaise même si vous étiez occupé. Frédéric Vastesaeger : Je vous remercie d'appeler un service de factage lors de la soudure du châssis C1 et de m'aider à la commande des batteries. Didier Vanobbergen : Je vous remercie de m'aider lors du limage du carter du scooter. Vincent Paquet : Je vous remercie de m'aider lors de rodage du C1 électrique. L'école et ailleurs Jim Plumat : Je vous remercie de vos soins vus d'étudiant et l'intérêt à la réalisation du TFE. Surtout le jour de rendez-vous était important pour moi. Salvatoire Bufo : Je vous remercie de contrôler le circuit électrique. Vincent Blanchot et Keiko Blanchot : Je vous remercie de vos gentillesses lors de la correction de mon français et de me donner le temps de relaxation pendant la réalisation. Tadayoshi Watanabe et Nicolas Bontemps: Je vous remercie de vos gentillesses lors de la correction de mon français. Je remercie encore toute personne qui a été concerné par ce projet. 4

5 Table des matières Cahier des charges...2 Abstract...3 Remerciements...4 Introduction La partie théorique Caractéristiques du véhicule électrique L'avantage du véhicule électrique dans l'environnement urbain Inconvénients du véhicule électrique Détermination des caractéristiques techniques du C1 électrique Détermination du centre de gravité Empattement C Hauteur de centre de gravité Les appuis simples dus à la pente de 10% Calcul de la vitesse maximum Rapport de transmission Couple nécessaire Détermination de vitesse maximum Calcul des résistances Résistance au roulement Résistance à la pente de 10% Résistance à l'air Résistance totale Calcul des couples moteurs Couple minimum à la jante Couple maximum à la jante Détermination de couple du C1 électrique Calcul de l'autonomie et de l'accélération Calcul de l'autonomie Calcul de l'accélération Résumé des calculs La partie personnelle Travaux mécaniques Entretien Démontage des pièces inutiles Réparation des pièces Cadre Travaux sur les plaques Support des batteries Support du moteur Support des relais Protection du moteur Travaux sur le châssis Déplacement du lave-glace Déplacement d'une partie du châssis C Le contre poids du moteur La cache de la transmission Transmission La structure de la transmission Préparation de la transmission pour le moteur électrique Façonnage des pièces Adaptation du moteur et de la transmission au carter

6 2.2. Travaux électriques Schéma électrique Circuit électrique (12V) Le circuit original Le capteur de vitesse (ABS) Le commodo droit Circuit électrique (72V) Moteur (voir annexe) Contrôleur du moteur (voir annexe) Relais (contacteur) Poignée des gaz électrique Convertisseur Voltmètre (voir annexe) Batterie Sécurité Câble (voir annexe) Recherche de la panne...52 Conclusion...53 Bibliographie...54 Annexe...55 Annexe Plan représentant les transmissions (position du moteur)...55 Annexe Galets...57 Annexe Batterie...59 Annexe AWG...62 Annexe Moteur PMG Annexe Alltrax

7 Introduction Depuis 20 années, le moteur électrique est attrayant pour le secteur automobile. Cependant, le stockage de l'énergie, le temps de recharge et la durée de vie ont été beaucoup plus faible que pour le moteur thermique. Ainsi les gens ont préféré le développement du moteur thermique. Dans cette situation, les fournisseurs automobiles ont progressé dans l'amélioration du moteur thermique avec de nouvelles technologies (comme la transmission, le carburateur, etc) et des mesures de lutte contre la pollution (comme des pièces électroniques). Mais même si les technologies se sont accumulées pendant un siècle, le rendement du moteur thermique ne s'améliore pas de manière significative. Il y eut une évolution du développement des véhicules électrique lorsque l'etat de Californie a lancé la réglementation de «ZEV»(Zero-Emission Vehicle) en octobre Les constructeurs ont alors commencé à effectuer des recherches sur le véhicule électrique (EV). Car dans la nouvelle réglementation, il y avait un pourcentage de vente de ZEV à respecter par rapport à la vente de tous les véhicules classique (essence; diesel). D'autre part, cette réglementation s'étendait aux autres Etats et comme les Américains avaient, mondialement, le marché le plus important dans le domaine de l'automobile, ils espéraient que les autres pays les suivent. *1 Voici, ci-dessous, un plan fait lors de la création de la réglementation de 1990, montrant la progression théorique du pourcentage de vente de ZEV au fil des années en Californie (Tableau 1). Vente obligatoire ZEV (%) Année Tableau 1 Selon l'ingénieur de département EV Mitsubishi motors, Hiroaki Yoshida A ce propos, Toyota a ouvert un autre chemin: le premier véhicule hybride (Prius en 1997). C'était une invention révolutionnaire à cet époque. En effet, l'automobile hybride fait appel à plusieurs sources d'énergie distinctes pour se mouvoir, notamment l'énergie thermique et l'énergie électrique. Ce système tirant profit des avantages des deux types de moteurs, permet de limiter les émissions polluantes inhérente à la consommation de carburant. Du coup, les recherches sur la batterie de ce véhicule hybride se sont multipliées. La première batterie utilisée pour les véhicules électriques, une batterie Ni-MH, fut améliorée en batterie Lithium dont le stockage d'énergie était plus important et dont la densité énergétique (Voir figure 1, Li-ion) est plus grande que celle des batteries Ni-MH et Plomb. De plus, pour gagner la confiance des clients, ces nouveaux véhicules à moteur électrique furent dotés de batteries rechargeables Lithium, technologie qui avait déjà fait ses preuves sur le marché. Figure 1 *2 Selon la société Nexergy 7

8 Densité d'énergie massique (Mj/kg) Malgré tout, l'énergie pétrolière (essence, gasoil) reste très compétitive au niveau du stockage et de la légèreté de l'énergie (voir figure 2, la densité ; Wh/kg ou Wh / m 3 ) par rapport aux autres sources (la pile à combustible, la batterie, etc). Le rapport élevé entre sa densité d'énergie volumique et sa densité d'énergie massique le rend donc très attractif. Densité d'énergie volumique (Gj/m3) Figure 2 *3 Selon Niigata college of technology Cependant, son rendement étant relativement faible, le moteur thermique occasionne un important gaspillage énergétique. Le véhicule à moteur thermique comporte un système de dépendance composé d'une transmission (la boîte de vitesse) pour optimiser son fonctionnement, du système de refroidissement pour éviter la surchauffe du moteur (détonation, serrage), d'un (ou plusieurs) pot d'échappement (et catalyseur) pour étouffer le bruit et filtrer les gaz d'échappement. Tous ces mécanismes engendrent une consommation d'énergie supplémentaire. Au contraire du moteur thermique, le moteur électrique ne doit pas consacrer une partie significative de son énergie à un système de dépendance énergétiquement gourmand. Malgré le faible rendement du moteur thermique, on en tire une grande quantité d'énergie mais bien que les consciences changent et que producteurs et consommateurs se soucient de plus en plus de l'impact de la pollution sur l'environnement, la consommation du pétrole est bien intégrée dans les sociétés et aucun rival vraiment compétitif n'a encore fait irruption sur le marché. On estime à minimum une trentaine d'années la transition de l'usage du pétrole à l'usage d'une énergie alternative comme source principale d'énergie. Cependant, les gens ont tendance à se reporter sur d'autres solutions de mobilité, les véhicules à moteur électrique en font partie. 8

9 1. La partie théorique La caractéristique du véhicule électrique Détermination des caractéristiques techniques du C1 électrique : la détermination de l'autonomie et de l'accélération du C1 électrique Caractéristiques du véhicule électrique Dans cette partie, nous verrons les avantages que comporte le moteur électrique dans l'environnement urbain L'avantage du véhicule électrique dans l'environnement urbain : synthèse d'analyses effectuées par les sources d'une voiture électrique (i MiEV) Inconvénient principal du véhicule électrique : la batterie L'avantage du véhicule électrique dans l'environnement urbain Image 1 (i MiEV Mitsubushi motor) Selon une étude comparative entre la déclinaison électrique et la déclinaison essence du même type de véhicule (i-miev) effectuée par Mitsubishi motor, la puissance du moteur électrique est facile à contrôler car le moteur démarre avec un couple initialement optimal. Le diagramme du régime / couple est linéaire (voir figure 3). Figure 3 ** *4 (le moteur essence est de 660cc turbo) 9

10 Par contre, celui de la version à moteur thermique doit au préalable avoir atteint un régime de rotation minimum pour atteindre son couple maximum (et donc rendement de combustion maximum). Ce couple maximum est limité par certaines bandes de régime en dehors desquelles le rendement de combustion diminue. Il est difficile d'atteindre ce couple maximum dans un contexte de conduite urbaine car les arrêts étant fréquent, le régime de rotation est faible, voir irrégulier. Nous pouvons donc sans trop de risque tirer une conclusion de cette étude comparative: les caractéristiques du couple initialement optimal du véhicule à moteur électrique lui confèrent donc une accélération plus aisée dans un contexte urbain où l'arrêt est fréquent. Formulé autrement, le moteur électrique peut maintenir le couple de début de démarrage jusqu'à certains régimes et donc avoir une accélération constante. Cette caractéristique est obtenue par la régulation du couple ou du régime. Courant (A) et Régime (tr/min) Le graphe 1 ci-dessous illustre la caractéristique d'un moteur électrique. La droite n 1, en pointillés, exprime le fonctionnement d'un moteur idéal. Son régime reste constant lorsque son couple augmente. La droite n 3 quant à elle représente le fonctionnement d'un moteur en réalité: le régime du moteur diminue lorsque son couple augmente. Cette différence entre la théorie et la pratique est due au courant. En effet, suivant la loi de Laplace, le courant augmente proportionnellement au couple, augmentation exprimée par la droite n 2. Par conséquent quand le couple (et donc le courant) augmente le régime diminue. La régulation du couple a pour but la préservation du moteur électrique en empêchant sa surchauffe. En effet, l'intensité du courant provoque la surchauffe du moteur lorsqu'il y a charge (le couple). Pour éviter la surchauffe et avoir du couple, il vaut mieux prédéterminer le couple moteur (ou le régime) à 50% du couple moteur (ou le régime) maximum afin de bénéficier de la puissance maximum du moteur (point 4) Couple (Nm) Graphe 1 Le moteur électrique à deux autres caractéristiques intéressantes: il ne consomme pas d'énergie lorsque le véhicule est à l'arrêt et il peut fonctionner comme un générateur grâce à un système régénératif (ex: par le freinage et par la pente). Il est aussi économique et écologique (voir figure 4 et 5 : selon Mitsubushi motor i-miev). On peut constater dans les deux figures que par rapport au moteur thermique, le moteur électrique comporte encore deux avantages, un premier économique et un deuxième écologique. Economiquement, le moteur électrique est de deux tiers moins onéreux (au Japon) pour une même distance parcourue et écologiquement, l'émission de CO 2 pour la production de son énergie est de 70% inférieure à celle émise lors de la consommation d'essence par un moteur thermique pour une même distance parcourue. 10

11 Figure 4** *5 Figure 5** *6 (*2 i gasoline turbo. All data on 2008 fleet monitoring test EVs are tested by Mitsubishi Motors.s) ** Le rendement du véhicule à moteur électrique est plus grand que celui du véhicule à moteur thermique, il peut donc être plus économique et plus écologique. Le moteur peut avoir un rendement de près de 90% mais il y a d'autres rendements à prendre en considération: le rendement du chargeur de la batterie 90%, celui du contrôleur atteint 96%, et le rendement de la transmission 90%, finalement le rendement de la batterie lors de la charge et de la décharge est de 77%. Le rendement total (le moteur électrique) est comme-ci dessous: tot = =52 (selon l'analyse de Mr. Taichi Adachi, «Soro soro EV no jidai kana», *7 Selon l'étude de première année et de deuxième année de théorie moteur, le rendement moyen du moteur thermique est entre 18 et 25% lorsque le moteur est dans une bonne condition à obtenir le rendement maximum. Le pourcentage du rendement moyen du moteur électrique est presque 3,5 fois plus grand que celui du rendement du moteur thermique. D'après ce résultat et sa caractéristique, le moteur électrique est bien fait pour la force motrice du véhicule. 11

12 Inconvénients du véhicule électrique Le responsable des inconvénients du véhicule électrique est la batterie à cause de sa faiblesse en autonomie et son prix coûteux par rapport au véhicule thermique, même après son amélioration technologique. D'autre part, il y a le problème de la distribution d'électricité. Comparés aux sources d'énergie (comme l'hydrogène), il est possible de construire des infrastructures de distribution d'électricité plus aisément. Mais si le nombre des véhicules électriques augmentent dans un futur proche, les fournisseurs d'électricité ne sont pas nombreux pour procurer leur énergie. Afin d'éviter ce problème, d'autres sources d'énergie sont souhaitables; l'hydrogène, GPL, biodiesel, bioéthanol, etc. Il est préférable d'utiliser la batterie de lithium pour un véhicule électrique maintenant. Car elle a une grande capacité par rapport aux autres batteries : Le graphe ci-dessous montre le changement en année de la densité énergie volumique du pile rechargeable (l'année en axe des abscisses et la densité d'énergie volumique en axe des ordonnées). Cette pile recharge de lithium (courbe Li-ion) crée en 93, grâce à son utilisation dans les ordinateurs portables ou les GSM, eut un succès pour sa haute densité d'énergie et son avenir positif. Résultat, en 2005, sa densité dépasse les 600Wh/L. Comparée à celle du pile en plomb, elle est de 6 à 8 fois plus grande. Dans la classe des piles (courbe Ni-MH, courbe Ni-Cd), elle se classe en première, mais pour être utilisée dans le domaine des automobiles, elle reste bas, et juste possible pour des déplacements proches. Densité d énergie (Wh / L) Li-ion Ni-MH Ni-Cd Année Graphe *8 L'image 2 présente la batterie de Li-ion fabriqué par «YUASA» au Japon pour Mitsubushi i MiEV. Elle a une grande capacité d'énergie par rapport à sa petite dimension du réservoir et sa légèreté (Tableau 2). Image 2 Tableau 2 12

13 1.2. Détermination des caractéristiques techniques du C1 électrique Détermination de centre de gravité afin de déterminer la force qui exerce au sol Calcul des vitesse maximum afin de déterminer la résistance à l'air Calcul des résistances (la résistance au roulement, la résistance à la pente et la résistance à l'air) pour déterminer la résistance totale Calcul du couple maximum et couple minimum à la jante du C1 électrique. Ces quatre mesures permettent de déterminer : l'autonomie du C1 électrique et l'accélération du C1 électrique Détermination du centre de gravité Empattement du C Hauteur de centre de gravité Ces deux indices permettent de déterminer: les appuis simples dus à la pente N2 N1 H L D1 D Empattement C1 Le poids du C1 électrique s'ajoutant au poids du conducteur est de 283kg.(Le poids du C1 varie en fonction du poids de l'homme. Ce calcul est effectué avec un conducteur de 88kg, (le poids moyen des ouvriers BMW). Les valeurs de N1 et de N2 sont obtenues par un pèse-personne). Poids du C1=Réaction du sol = N1 N2 = =283kg g L'empattement du C1 est de 2075mm. D1= N1 L = =1202mm et N1 N D2= L D1= =873mm 13

14 Hauteur de centre de gravité La plupart des pièces lourdes se situent près de la hauteur de la roue. Donc, la hauteur du centre de gravité se situe plus ou moins au dessus du rayon de la roue. Hauteur H Rayon de roue=246mm La longueur du rayon est déterminée par la longueur d'un tour de la roue : La distance de la périphérie du cercle Rayon de la roue m = Périphérie du cercle de la roue = m Les appuis simples dus à la pente de 10% N1 N2 H P*cosα D1 L D2 P*sinα Les appuis simples dus à la pente de 10% (10% : valeur choisie pour un milieu urbain) ont déterminés: La pente de 10 =arctan 0.1 =5.7 N2= P g D1 cos 5.7 H sin 5.7 =1640N L N1=P g cos α N2= cos =1122N 14

15 Calcul de la vitesse maximum Avant de calculer la vitesse maximum, nous devons déterminer les éléments qui influencent cette vitesse: le rapport de transmission le couple nécessaire pour propulser le C1 (car le régime de rotation du moteur électrique varie selon la charge du moteur (en 72V: tr/min: détails voir annexe du moteur PMG132) la vitesse maximum Rapport de transmission Calcul du rapport de transmission (transmission centrifuge). La longueur des rayons des poulies maximum et minimum est mesurée à l'aide d'une latte : Un rapport vitesse maximum = Rapport t1= Rayon de la poulie primaire cm 3.7 = =1.48 Rayon de la poulie secaondaire cm 2.5 Un rapport vitesse minimum= Rapport t2 = Rayon de la poulie primaire cm 0.5 = =0.1 Rayon de la poulie secaondaire cm 5 Le rapport du démultiplicateur est calculé (après la transmission centrifuge) : Rapport d = Pignon de l ' arbre du variateur Pignon intermédiaire = Pignon intermédiaire Pignon de l ' arbre sortie du carter Couple nécessaire Le C1 électrique est propulsé lorsque la valeur du couple C1 dépasse la valeur de résistance au roulement. Le couple C1 nécessaire est : C C1n Rr Rayon de roue= =10.4Nm Et le couple moteur devient : C m C C1n Rapport t1 Rapport d = Nm Un couple moteur de 2Nm ne se voit pas clairement dans le graphe (voir annexe Moteur PMG132 : Régime / Couple). Prenons un exemple d'un couple de 5Nm car c'est une valeur proche de 2Nm et une valeur mesurée par le constructeur Détermination de vitesse maximum Le résumé des calculs est présenté sur le tableau 5. Le régime de rotation est repris dans l'annexe de Moteur PMG132 lorsque le couple est de 5Nm. Résumé des calculs Régime de rotation (tr/min) 1 tour de la roue (m) Transmission centrifuge Démultiplicateur ,545 1,48 0, V, charge de 5Nm Roue arrière Etat en vitesse maximum Multiplication Tableau 5 15

16 La vitesse maximum peut atteindre théoriquement jusqu'à : Pour un couple de 5Nm= km/h 1000 La vitesse maximum change lorsque le couple augmente. Le régime devient 3250 tr/min (voir annexe Moteur PMG132). Pour un couple de 38Nm= km/h 1000 En comparaison un rapport de transmission d'un moteur thermique en état de puissance maximum : Vitesse maximum du C1 thermique= km/ h 1000 La vitesse maximum du C1 est de 111km/h affiché par le constructeur, soit le rendement est de 0,82 (avec les pertes : le frottement mécanique du moteur, la résistance à l'air). Avec ce résultat, le rapport de transmission en état vitesse maximum est plus ou moins correct. Car la vitesse maximum théorique du moteur thermique a la valeur proche de celle de réelle. 16

17 Calcul des résistances Le calcul des résistances à trois indices : La résistance au roulement La résistance à la pente La résistance à l'air Ces trois indices déterminent : la résistance totale lorsque le véhicule roule sur route Résistance au roulement Le coefficient de roulement (μ) est de 0,015 en général (selon le cours de transmission de première année, il varie de 0,010~ 0,080 pour le bitume). La puissance du moteur électrique doit être supérieure à la résistance pour qu'il puisse propulser. Rr =Poids du véhicule g = =41.6N Attention : le coefficient de roulement change en fonction de l'état de la route, etc Résistance à la pente de 10% Le calcul de la pente de 10% a pour but d'utiliser le C1 électrique dans l'urbain. R p=poids du véhicule g sin = sin 5.7 =276N Résistance à l'air La résistance augmente soudainement lorsque les flux de tourbillons apparaissent autour du véhicule et la vitesse du véhicule augmente. Les conditions du calcul sont : la masse volumique de l'air est à température de 20. la valeur de Cx (0,6) est prise par référence au standard moto (0,5). Car le C1 crée plus de turbulence que celle d'une moto standard. la surface frontale est déterminée par la multiplication de la hauteur et de la largeur du C1. 0,9 est multiplié car la surface frontale du C1 est plus ou moins rectangulaire. S=H L 0.9= =0.92 m2 la vitesse est de 53km/h (en m/s) ce qui fait 14m/s. La vitesse maximum du C1 électrique. 2 2 ρ C x S V Résistance à l ' air= = =65N 2 2 Avec ρ = la masse volumique de l'air ( kg /m3 ) Cx = le coefficient de résistance à l'air S = la surface frontale du C1 ( m2 ) V = la vitesse de véhicule ( m/ s ) Résistance totale La résistance du C1 doit dépasser la résistance totale (le roulement+ la pente de 10% + l'air). Rtot =R r R p Ra = =383N 17

18 Calcul des couples moteurs le couple minimum à la jante le couple maximum à la jante Ainsi déterminer le couple du C1 électrique avec la transmission du C1, afin de déterminer l'accélération du C1 électrique Couple minimum à la jante Ce couple minimum permet une montée d'une pente de 10%. Le moteur doit avoir un couple minimum supérieur pour la montée. C ｊmin= Résistancetotale Rayon de roue = =94Nm Couple maximum à la jante Ce couple est comme un témoin du patinage de roue. Lorsque le couple dépasse au couple maximum, la roue commence à patiner. C jmax = N2 Rayon de roue coefficient de frottement au sol=1640 N =322.4Nm Détermination de couple du C1 électrique Nous avons déterminé une valeur de couple maximum à la jante qui sert de référence du seuil d'anti-patinage lors du démarrage du moteur électrique. Notre système de transmission garde le rapport d'origine du C1, il vaut mieux déterminer une valeur correcte pour que le scooter ne glisse pas lors du fonctionnement du moteur électrique. Le couple moteur maximum est présenté par le constructeur (voir annexe : moteur PMG132). C m =38Nm Le rapport de variateur est t1=1,48 (voir ). Un rapport de t2=0,1 (un rapport vitesse minimum à la jante) est risque de patiner. Pour cette raison, nous avons pris un rapport de t1 pour calculer le couple du C1 électrique. Le rapport de la transmission (le variateur centrifuge) est calculé avec la formule suivante : Rapportt1 Idem, le rapport du démultiplicateur (un rapport constant) est calculé comme la formule ci-dessous : Rapport d 18

19 Le résumé des calcul se trouve dans le tableau ci-dessous (tableau 6): Résumé des calculs Couple moteur (Nm) Transmission centrifuge Transmission centrifuge Démultiplicateur 38 0, ,06 72V, charge maximum Etat en vitesse maximum Etat en vitesse minimum Multiplication Tableau 6 L'équation ci-dessous présente le couple du C1 électrique dans la limite de patinage de la roue arrière. C C1= =233Nm C jmax 322.4Nm Le rendement de transmission varie vraiment en fonction de la charge. L'équation ci-dessous signifie que le couple du C1 électrique dépend du rendement de transmission. C C1 233 t 19

20 Calcul de l'autonomie et de l'accélération Calcul de l'autonomie Ce calcul d'autonomie du C1 électrique est en condition d'utilisation sur route plate rectiligne et sur une pente de 10%. Pour ce fait, il faut connaître : le couple du C1 électrique afin de déterminer le courant de décharge le courant de décharge présentant dans le graphe de batterie (LG20-12N) qui détermine le temps de décharge. La condition de mesure est présentée sur le tableau 7 : La valeur du couple moteur peut déterminer le courant de décharge par une règle de trois du graphe (voir annexe moteur PMG132 : courant et couple ). Le couple à la jante pour propulser le C1 est de 31Nm qui fait 5Nm au couple moteur. C m =C jmin Rapport t1 Rapport d = Nm Idem, le couple minimum à la jante est de 94Nm qui fait 15Nm au couple moteur. Direction du véhicule Rectiligne Pente de 10% Tension (V) 72 Couple à la jante (Nm) Couple moteur (Nm) Courant (A) Etat de rapport de la transmission Vitesse maximum Tableau 7 Rectiligne et Pente de 10% Le graphe ci-dessous présente le temps de décharge et le courant de décharge de la batterie de plomb (LG20-12N). Le temps de décharge est environ 22 minutes lorsque le courant de décharge est de 25A : La courbe de 80A n'est pas représenté sur le graphe de LG20-12N. Le temps de décharge serait compris entre 1 et 6 minutes. (Le temps de décharge pour le couple maximum du C1 électrique qui est de 38Nm, est inférieur à 1 min car son courant de décharge est de 200A.) Nous avons pris une valeur exacte pour calculer l'autonomie (le courant de 25A qui est reprise sur le graphe par rapport aux autres). L'autonomie du C1 électrique devient (53km/h 14,7ms) : Autonomie km = 19 km

21 Calcul de l'accélération Ce calcul permet de déterminer l'accélération confortable du C1 électrique. Elle varie en fonction du couple: Le couple moteur est entre 5Nm et 38Nm, ce qui donne un couple à la jante entre 31Nm et 233Nm. Le rayon de roue est de 0,246m. La masse du C1 est de 283kg. Couple à la jante Nm Force Rayon de roue a C1= = = = m/s Masse Masse ac1 3.3 m/ s 2 Avec ce résultat, nous pouvons déterminer le temps atteint jusqu'à la vitesse maximum : Lorsque le couple est de 5Nm, la vitesse maximum est de 53km/h ce qui fait 14,7m/s. a C1= secondes 0.45 Lorsque le couple est de 38Nm, la vitesse maximum est de 49km/h ce qui fait 13,6m/s. a C1= secondes 3.3 Le temps atteint jusqu'à la vitesse maximum est entre 4 et 33 secondes. 21

22 Résumé des calculs Comparaison entre le moteur électrique et le moteur thermique. Le tableau 8 présente les différences des caractéristiques des moteurs : Type Electrique Cylindrée Thermique 124 cm³ Tension 72V 12V Puissance maximum 13kW à 3250 tr/min (200A) 11,3kW à 9250 tr/min Couple maximum 38Nm à 3250 tr/min (200A) 12Nm à 6500 tr/min Vitesse maximum 49~53 km/h 111km/h Capacité 20Ah 9 litres d'essence Consommation moyen Autonomie 5,3litre /100km 180km 19km Démarrage Refroidissement Moteur électrique Refroidissement par air Liquide refroidissement Tableau 8 Le thermique : Comme la vitesse de rotation tourne jusqu'à 9250 tr/min, il peut compenser le couple grâce à la fonction de transmission. Il perd la vitesse de rotation du moteur mais gagne de la force (le couple ) lors de la transmission. La lubrification du piston / cylindre est obligée par le frottement du piston / cylindre. L'autonomie et la consommation sont toujours perdues comme le moteur tourne tout le temps. Et pour avoir un meilleur rendement de combustion (le couple de 12Nm), le conducteur doit amener le régime à 6500 tr/min. L'électrique : Dans une condition où la vitesse et le couple sont les même, l'autonomie du moteur électrique est plus faible que celle du thermique. L'autonome de C1 électrique est de 10% de la valeur du C1 thermique. 22

23 2. La partie personnelle Voici la réalisation du C1 électrique à partir d'un véhicule hors service à moteur thermique. Elle se compose de deux grandes parties; mécanique et électrique Travaux mécaniques L'entretien du C1 : avant d'adapter le moteur électrique, l'entretien du véhicule est nécessaire afin de remettre en fonctionnement normal Le cadre de C1 : la modification, la disposition et le déplacement des pièces sont nécessaire afin d'adapter le moteur électrique au cadre La transmission du C1 : le système de transmission est plus ou moins similaire au C1 d'origine. Mais les quelques modifications sont nécessaires afin d'adapter le moteur électrique à la transmission originale Entretien Le démontage des pièces inutiles La réparation des pièces Démontage des pièces inutiles Le moteur électrique n'a pas besoin d'utiliser certaines pièces du moteur thermique. Les pièces inutiles comme le piston, le vilebrequin, la bielle, le radiateur, le ventilateur, le réservoir d'essence, le carburateur, la boîte à air, la pompe à eau; seront enlevées (le système d'abs est enlevé car sa place dérange la position des batteries). Sauf l'alternateur et le volant moteur sont restés car ils servent de contre-poids du moteur électrique pour l'équilibre du centre de gravité. Photo 1 Le moteur thermique avant de démontage Photo 3 Enlèvement des carénages (Avant) Photo 2 Le moteur thermique démontage en cours Photo 4 Enlèvement des carénages (Après) Position originale du Système ABS (rond bleu) 23

24 Réparation des pièces Vu que c'est un véhicule hors service, la vérification des problèmes de fonctionnement ou de pannes des pièces sont indispensable. Ce travail permet aussi de connaître le fonctionnement des systèmes du C1. ① Le remplacement de rotule du bras longitudinal de fourche (voir photo 5 ) : Photo 5 On voit la rotule dans le cadre bleu Le caoutchouc de pare-poussière sera remplacé car il était déchiré et son fonctionnement manquait de souplesse. ② La réparation de système de la béquille centrale (voir photo 6 ) : La vis de fixation L'axe du levier Photo 6 L'axe du levier cassée (grand carré bleu) et la vis pour la fixation du plastique déformée (petit carré bleu) à cause du choc lors de l'accident, les pièces ont dues être remplacées. 24

25 Cadre Pour préparer le cadre à l'adaptation du moteur électrique, il faut refaçonner le cadre du C1 (voici les différentes action que j'ai effectué sur le scooter): Les travaux sur les plaques : les créations de nouveaux supports afin d'adapter le moteur électrique et la batterie au cadre du C Les travaux sur le châssis : le déplacement des pièces est effectué pour l'adaptation du moteur électrique et de la batterie Travaux sur les plaques Les supports crées pour le C1 électrique sont : Le support des batteries : son rôle est d'embarquer six batteries de plomb et de les maintenir en position lors de l'accélération et du freinage du C1 électrique Le support moteur : son rôle est un intermédiaire de fixation entre le moteur et le carter du scooter (transmission) Le support relais : son rôle est de tenir le relais d'alimentation du moteur électrique au cadre du C Le support de protection moteur : son rôle est de protéger le moteur électrique lorsque le C1 tombe au sol Support des batteries Le support de la batterie se situe au bas mileu du châssis et c'est une plaque d'aluminium de 5mm d'épaisseur. Un gabarit du support batterie a été confectionné sur du carton (photo 7) à l'aide du calque du châssis du C1 pour avoir une grande précision. Ce gabarit en carton est reporté sur une plaque d'aluminium (photo 8). Photo 7 Une plaque d'allumium et un gabarit du support batteries Photo 8 Le marquage du support sur la plaque 25

26 Ensuite cette plaque sera sciée, limée et les points de vis (photo 10), qui servent à fixer la plaque sur le cadre seront forés. Finalement une fixation de deux équerres de supports en acier à l'extrémité du support batterie (photo 11) a été nécessaire pour fixer les batteries. Photo 9 Adaptation du support sur le cadre C1 Photo 10 le support est serré par des vis Photo 11 On voit deux équerres dans le cadre bleu Support du moteur A partir d'une plaque en aluminium de 10mm d'épaisseur, deux plaques ont été confectionnées, une pour tenir le moteur et l'autre pour tenir le carter du scooter et le moteur. Le support du moteur est conçu selon la procédure suivante : 1. la réalisation de la première plaque (support intermédiaire) : la plaque qui retiens le support moteur au carter du scooter. La plaque est légèrement retirée par rapport à la deuxième plaque car sa forme permet le fonctionnement de la poulie du variateur primaire. 2. la réalisation de la deuxième plaque (support moteur) : une plaque pour tenir le moteur à la première plaque. Le moteur électrique est fixé à celle-ci par quatre vis. 3. la détermination du centre de l'axe de poulie : la position de la poulie de variateur primaire doit être similaire à la transmission originale. Car la transmission centrifuge doit entraîner comme d'origine. La détermination du point central est visée de trouver la position de l'axe de vilebrequin afin d'adapter l'axe du moteur électrique à la transmission originale. 4. le test d'adaptation du moteur : un essais d'adaptation du moteur électrique au cadre. 26

27 ① Réalisation de la première plaque (voir photo 12 : support intermédiaire) : Photo 12 Les vis noyées sont utilisées (ronds blanc) Dans la partie centrale trois forages sont nécessaire pour permettre l'utilisation des vis noyées qui entrent en contact avec la deuxième plaque (photo 12 ; ronds blanc). A l'aide d'une bombe de peinture (pour avoir une plus grande précision qu'au feutre au niveau des positionnement des vis et le centre de cette première plaque), le contour du cache de la transmission est utilisé pour créer le gabarit du support carter (photo 13). Une fois l'empreinte du gabarit crée et les zones de forages et sciages marquées, les éléments inutiles sont retirés du gabarit (photo 14 : ligne blanc). Photo 13 Photo 14 Ensuite, la forme du gabarit est esquissée sur la plaque (photo 15) qui sera sciée à l'aide d'une scie pneumatique en prenant quelques mm de marge de sécurité vu sa grosse épaisseur. (photo16). Photo 15 Le marquage à la plaque d'aluminium de 10mm d'épaisseur Photo 16 Le sciage est en cours 27

28 Le limage de la plaque fixée à l'aide d'un étau clôture la réalisation de la première plaque (photo 17). Le forage des deux plaques est effectué en même temps afin d'ajuster les trous de vis (photo 18 avec la deuxième plaque). Sinon des problèmes se créeront lors de l'assemblement des deux plaques. Photo 17 Photo 18 ② Réalisation de la deuxième plaque (voir photo 19 : support pour le moteur) : Photo 19 En ce qui concerne la fabrication de la forme extérieure du support ainsi que la position des trous de vis, la procédure est de même que la première plaque (support intermédiaire). Il y a 4 points de vis pour tenir le moteur. Dans la partie centrale quatre forages sont nécessaire pour permettre l'utilisation des vis noyées qui entrent en contact avec l'autre plaque de support (photo 12 et 19 ronds blanc). Les quatre vis de fixation au carter du scooter et à la première plaque (photo19 : ronds jaune). Deux vis ont pour rôle de fixer le moteur en faisant un taraudage et filetage (photo 20 ronds rouge) et les deux autres pour maintenir le moteur mais aussi de fixer le carter du scooter (photo 20 ronds bleu). Photo 20 28

29 ③ Détermination du point central (voir photo 21 rond bleu) : Photo 21 Ce schéma ci-dessous présente la transmission originale du C1 qui est identique à celle du projet. La seconde plaque est celle du support moteur. Sa fixation doit être bien ajustée sur l'axe du moteur pour que les pièces mobiles fonctionnent de façon similaire à la transmission originale. Le supports du moteurs est placés plus ou moins aux endroits marqué en jaune. L'axe de vilebrequin Tout d'abord pour procéder au poinçonnage, la création d'une vis appropriée sera nécessaire. Pour cela, l'extrémité de la vis est taillée (photo 22) et cette vis sera fixer sur un tube de diamètre 35mm. Vis Tube Photo 22 29

30 Ce diamètre de tube est ajusté à l'axe de vilebrequin à l'aide d'une bande adhésive pour avoir un centrage correct (photo 23 et 24). Après la réalisation, on constate qu'il y avait quand même eu un petit jeu lors de la création du tube, mais laissons-le dans la tolérance (photo 25). Photo 23 (Le tube est entré dans l'axe de vilebrequin) Photo 24 (L'ajustement de diamètre par les bandes ) Photo 25 (Poinçonnage) Photo 25 Première plaque Deuxième plaque (Le poinçonnage est en cours) 30

31 ④ Test d'adaptation du moteur (voir photo 26) : Photo 26 Après avoir fini le poinçonnage, la deuxième plaque se fixe avec le moteur par ces quatre trous forgés (photo 27). Pour déterminer les points de fixation, nous avons utilisé un compas industriel (photo 28 : on peut voir la trace des lignes). Photo 27 Photo 28 Vérification du bon positionnement de l'axe moteur (photo 29). Photo 29 On voit que l'axe du moteur électrique se situe au centre de l'axe de vilebrequin. 31

32 Support des relais Les supports des relais se situent au centre du châssis sous la selle (photo 30). Le support se constitue de deux matériaux (plaques) différents. Une plaque en acier pour réduire les vibrations de la moto et l'autre plaque orange pour isoler les courants via les relais (photo 31). Ces plaques sont fixées par quatre boulons (photo 30). Photo 30 Photo Protection du moteur Afin de protéger le moteur lors d'une chute de la moto, une plaque protectrice est attachée à ce dernier (photo 32). Elle contient des mousses en bleue pour absorber le choc Photo 32 32

33 Travaux sur le châssis Ces travaux présentent : Le déplacement du lave-glace : la position originale du lave-glace empêche de poser les batteries. Il a été déplacé à un endroit où il peut fonctionner comme d'origine Le déplacement d'une partie du châssis C1 : ce déplacement est dû à la position du moteur électrique qui touche une partie du châssis lors de la compression de suspension Le contre poids du moteur électrique : cette action vise à équilibrer du centre de gravité latéral qui permet d'éviter la surcharge de poids au côté moteur électrique La cache de la transmission : son rôle est de protéger la transmission contre des graviers ou des gravillons. Elle est scié en moitié afin de l'adapter au carter du scooter Déplacement du lave-glace Le réservoir du lave-glace a été déplacée, vu que l'endroit original est utilisé par les batteries (photo 33), dans le pare-choc fixé par des Ty-laps (photos 34 et 35). La création de quatre points de fixation sur le châssis clôturent cette procédure (photo 36 : ronds bleu). Photo 33 (Position originale de réservoir lave-glace) Photo 34 (Repositionnement de réservoir lave-glace) Ty-laps Photo 35 Photo 36 33

34 Déplacement d'une partie du châssis C1 Afin d'éviter que le moteur touche le châssis lorsque les suspensions sont comprimées par le mouvement d'oscillation, une partie du châssis a été sciée et ressoudée. La différence de distance entre une partie du châssis et le moteur est évidente (photo 37 et 38 : ronds jaune). 1. le sciage d'une partie du châssis : ce déplacement débute avec le sciage du tube, ce qui permet de déplacer plus haut pour que le moteur ne touche plus au châssis. 2. la détermination de la distance de compression de suspension : la mesure est effectuée par l'examen blanc. 3. la vérification d'après le soudage : la mesure est effectuée comme la manière 2. Photo 37 (Après déplacement) Une partie de châssis (tube) Photo 38 (Avant déplacement) ① Siage d'une partie du châssis Les photos 39, 40 et 41 présentent le sciage d'une partie du châssis. Photo 39 (Une partie du châssis coupée : rond bleu) Photo 40 (Avant sciage) Photo 41 (Après sciage) 34

35 ② La détermination de la course de compression de la suspension Pour savoir la limite de la distance entre ce châssis et le moteur, on défait les suspensions et descend la béquille C1 (Cric) jusqu'à l'endroit correct (la suspension peut se comprimer jusqu'à 12cm de distance)(photos 42 et 45). Au final, le tube ajusté pourrait être fixer au châssis et le C1 pourrait être envoyer au soudage (marquage à l'aide d'un feutre pour le soudage)(photo 43). Photo 42 (Béquille C1, les suspensions arrières) Photo 43 (Marquage) ③ La vérification d'après le soudage Après avoir fini le soudage, une dernière vérification du jeu entre le moteur et le châssis (de la même façon que montrer ②). Photo 44 (Vérification de distance entre le tube et le moteur) Photo 45 (Suspension 12cm descedu : maximum) 35

36 Le contre poids du moteur Le moteur pèse 11kg et 18kg avec ses équipements (le support, le variateur, etc). Comme le moteur se situe au côté gauche, pour que le véhicule évite la surcharge d'un côté, le volant moteur et l'alternateur ont été remis sur ce C1 (photo 46 et 47). Photo 46 Photo 47 (Volant moteur, alternateur, couverture ; le poids total est plus ou moins 8kg) La cache de la transmission La couverture de la transmission est sciée en moitié afin d'être adapter au carter du scooter (photo 48 rond blanc). La cache évite endommager la transmission (par ex: des graviers) lorsque le véhicule roule sur la route. Elle est fixé au carter du scooter par trois vis. Photo 48 (La cache est coupé en moitié) 36

37 Transmission Pour facilité l'exécution des travaux, il était préférable de laisser le système de transmission d'origine. Mais néanmoins quelques modifications ont été apportées pour que le moteur puisse s'adapter au carter du scooter. Les travaux de transmission présentent : La structure de la transmission La préparation de la transmission pour le moteur électrique L'adaptation du moteur et de la transmission au carter du scooter La structure de la transmission Garder le système de transmission originale pour procéder à cette opération est la plus idéale et surtout la plus simple. Mais pour des raisons techniques mentionnées plus loin, les endroits des éléments sont modifiés. Néanmoins le système ne change pas par rapport à celui de l'original. Les schémas ci-dessous présentent la structure de la transmission originale. Le variateur change son rapport en fonction de la vitesse de rotation du moteur, grâce aux galets qui poussent celui-ci par la force centrifuge sur la poulie de ventilateur qui, elle est fixée. Cette rotation de la poulie primaire se transmet à la seconde par la courroie. Sur cette dernière vient le tambour d'embrayage et l'embrayage dont la rotation vient de la poulie secondaire. La vitesse et puissance de rotation sur ce tambour et l'embrayage dépendront du rapport du variateur (primaire et secondaire). Variateur, Poulie du ventilateur, Plateau d'entraînement, Embrayage (Schémas de la transmission d'origine) 37

38 Notre système de transmission présente comme la figure 6 (vue dessus). Les positions des pièces de la transmission sont les mêmes. Mais certaines pièces sont ajoutées pour que la transmission puisse fonctionner (Voir ces opérations ). L'axe de la poulie Le ventilateur (poulie) Le variateur (poulie) La vis La rondelle L'axe du roulement L'axe du moteur Le roulement Moteur Le carter du scooter Le support moteur Figure 6 Quelques informations sur la transmission : Le moteur est fixé au carter de scooter par le support moteur (le détail de la position du moteur; voir annexe Plan représentant les transmissions (position du moteur)). Le roulement est inséré dans l'axe du vilebrequin, qui est couvert par l'axe de la poulie et un support du système de la transmission. L'axe de roulement et l'axe du moteur sont vissés et sont couverts par l'axe de la poulie. Le ventilateur de poulie est fixé avec le moteur afin de l'entraîner ensemble. Pour éviter le contact entre le ventilateur et le moteur, la rondelle est mise en place. Après avoir étudié le couple du C1 électrique (voir ), la poulie primaire a fixé la variation, les galets de poulies ont été enlevés afin d'utiliser le rapport de 1,48, qui est la vitesse maximum. (Nous avons étudié le système de transmission pour les galets afin de créer des galets; voir annexe Galets; mais a été abandonnée) 38

39 Préparation de la transmission pour le moteur électrique Façonnage des pièces 1. Axe pour le moteur électrique et la poulie primaire 2. Poulie primaire 3. Embrayage ① Axe Le diamètre intérieur de l'axe de la poulie a été agrandi afin d'avoir le même diamètre que celui de l'axe du moteur (photo 49 : l'axe de la poulie: carré blanc). Un axe du roulement a été créé par usinage (photo 49 rond bleu), pour rôle d'allongement de l'axe du moteur afin de connecter le roulement (figure 6). Cet axe est fixé par la vis de M6 (photo 50). Photo 49 (L'axe de poulie, l'axe du roulement) Photo 50 ② Poulie Pour que la poulie du ventilateur entre dans l'axe du moteur (photo 51 rond blanc), une partie de son axe a été limée en carrée pour ajuster sa forme d'agrafe (photo 51 et 52). Les ailes de la poulie de ventilateur doivent être moins épaisse afin d'éviter l'élargissement du courroie lorsque la distance entre les deux poulies se réduit (photo 54). Photo 51 Photo 53 Photo 52 Photo 54 39

40 ③ Embrayage La rotation maximum du moteur électrique est 3 fois plus faible que le moteur thermique. Ceci provoque le retard de démarrage du véhicule. En effet, il manque une force centrifuge pour s'embrayer au tambour. C'est à cause des ressorts d'ouverture de l'embrayage qui empêchent d'embrayer. Nous avons enlevé ces ressorts afin de s'embrayer facilement avec une faible rotation du moteur. Photo 55 (l'embrayage complet) Photo 56 (Les garnitures et les ressorts) Adaptation du moteur et de la transmission au carter Pour adapter le moteur électrique au carter, tout d'abord, le premier support moteur sera fixé au carter de scooter (photo 57). En ce qui concerne le deuxième support, le moteur, la première poulie et le roulement ont été déjà fixés sur cette support. Ensuite, la courroie, le moteur (la poulie, le roulement, le deuxième support moteur sont montés (photo 58)) se mettent en même temps. On serre quatre points de fixation du deuxième support moteur et au final, on accroche la courroie à la poulie secondaire. Le ressort sera comprimé à l'aide d'une vis. Après l'avoir accroché, on fait glisser la vis de fixation en recompressant le ressort et tourne doucement la poulie. Photo 57 Photo 58 40

41 La vérification de l'adaptation du moteur, pour les jeux entre les supports résulte des défauts à la partie du centrage du support (photo 59,60,61). Photo 59 Photo 60 Photo 61 Commentaire: il y avait la partie théorique et la partie pratique qui m'a confus. De ce fait nous n'avons pas pu discuter, avec une grandes attention, des solutions à apporter à la transmission du fait des travaux à effectuer au sein de la concession BMW. La vitesse maximum est malheureusement d'environ 50 km/h au lieu de 70 ~ 80 km/h. 41

42 2.2. Travaux électriques Schéma électrique Le circuit électrique est composé de deux parties : le circuit de 72V pour la traction du moteur et le circuit de 12V pour les signaux routiers. Pour cette opération, le schéma électrique fait par la société Alltrax, est pris comme modèle (voir dernière page d'annexe Alltrax). Le schéma électrique du C1 présente ci-dessous : Convertisseur 72/12V Circuit de 12V 1N4004 5A 80V 250A 80V Batteries 72V Moteur 5A 80V 1000Ω 6A8 B+ Clef M- B 1N4004 B- Béquille Contrôleur AXE4372 Poignée des gaz 12V 72V câble fin 72V câble gros 42

43 Circuit électrique (12V) Le circuit original Ce circuit est resté à l'original pour les signaux routiers. Ces signaux se composent des clignotants, du feu de stop, des feux avant et arrière, du feu de détresse, du lave-glace / l'essuie-glace ainsi que le klaxon. Ce circuit est soumis à la tension de 12V qui est crée par la batterie de 72V via le convertisseur. Les fiches des câbles de batterie ont été remplacées par un autre type de fiche afin d'allonger la longueur du câble pour atteindre au convertisseur (photos 62, 63). Photo 62 L'allongement du câble Photo 63 Isolation par le thermoélastique Le système de clef de contact a aussi été laissé à l'origine (photo 64), car elle a pour rôle d'éteindre et d'allumer les signaux routiers. Photo 64 43

44 Le capteur de vitesse (ABS) Comme la traction du moteur fait fonctionner seulement la roue arrière, il vaut mieux prendre la vitesse sur la roue arrière en installant un capteur de vitesse (photo 65). Ceci afin de vérifier le fonctionnement correct du compteur de vitesse lorsque le C1 est mis sur la béquille centrale. De plus, ce C1 étant un modèle avec système d'abs, il fallait changer le câblage et le tableau de bord (photo 66). Le câblage du capteur de vitesse a été effectué à l'aide du schéma électrique du C1. Photo 65 Photo 66 (Rallongement des câbles du capteur de vitesse vers le tableau de bord) Etant donné que, sur le scooter d'origine, la vitesse est mesurée sur la roue avant; un rallongement du câblage vers la roue arrière nécessitait pour la mesure (sans charge à la roue). 44

45 Le commodo droit La poignée des gaz d'origine a été remplacée par celle de commande électrique. Cela a impliqué le changement de la position du commodo (photos 67 et 68). De plus, l'interrupteur de lave-glace a dû être enlevé à cause du remplacement de la poignée des gaz. De ce fait, les câbles d'interrupteur de démarrage sont remplacés par celui du lave-glace, par soudage (photos 69, 70) Photo 67 (Avant changement) Photo 68 (Après changement) Le commodo est fixé au moyen d'une plaque en acier par deux vis Soudage Photo 69 Photo 70 45

46 Circuit électrique (72V) Moteur (voir annexe) Le type du moteur est un moteur courant continu à balais. La spécification du moteur PMG132 est annexée en documents PDF par la société «PERM motor». Le câblage du moteur est fait comme vu sur la photo 71. La forme de la fiche du câble électrique a été modifié pour faciliter son adaptation à la borne, par limage (photo 72 : ronds bleu). Photo 71 Photo Contrôleur du moteur (voir annexe) Le contrôleur du moteur est choisi en fonction du type du moteur, de la tension et du courant. Son rôle est de donner de la puissance (la tension et le courant) au moteur par MOSFET. La caractéristique du moteur peut être changée grâce à un logiciel informatique. Le programme du logiciel peut régler : la production du courant maximum du moteur la tension minimum de fonctionnement du contrôleur la tension maximum du moteur le taux de variation du courant lors de l'accélération et la décélération la limitation de vitesse maximum de 50% à 100% Le programme du logiciel peut mesurer : la température du contrôleur la position de poignée des gaz la tension de batterie le courant d'entré du contrôleur le courant de sortie du contrôleur Ceux-ci s'affiche sur l'écran de l'ordinateur. La manipulation du contrôleur est visible en annexe, pour avoir un aperçu plus détailler. 46

47 Relais (contacteur) Il fonctionne sous tension de 72V et peut supporter un courant continu de 200A. Le relais du contacteur fournit l'alimentation générale du moteur et du contrôleur (photo 73). Il fonctionne au moyen d'une bobine, qui lorsque l'on y fait passer un courant de faible intensité, cette bobine ferme le contact, ainsi permettant de faire passer un courant plus important. Ce procédé a pour but également de protéger le contrôleur. Contrôleur Photo 73 Photo 74 (On voit des relais dans les ronds bleu) Poignée des gaz électrique Elle donne des signaux au contrôleur du moteur par une variation de résistance se situant entre 05kΩ. Lorsque la résistance est nulle (cette valeur de résistance du système de rhéostat est trouvée à l'aide d'un multimètre (ohmmètre)), le contrôleur considère le circuit comme ouvert, et le moteur ne se met pas en route. Elle possède 6 câbles différents : les trois câbles sont raccordés au rhéostat par mécanisme d'un pignon, les autres sont raccordés à l'interrupteur pour le sens du courant. La position «Ⅰ» met le moteur électrique en sens horlogique. Les autres positions possèdent le repos. Photo 75 L'interrupteur de poignée des gaz 47

48 Convertisseur Il a pour rôle de changer la tension de 72V au 12V. Il peut supporter jusqu'à une puissance de 400W qui est suffisant pour les signaux routiers. Il est fixé sur le châssis comme la photo 76: rond bleu. Photo 76 Le convertisseur : rond bleu Voltmètre (voir annexe) Son rôle est d'afficher la tension de batterie. Il peut afficher le reste de la tension de batterie en indiquant les codes de diagnostics (de 1 à 7) ou la barre de jauge ou le pourcentage (0-100%) au conducteur. Il est fixé au tableau de bord (photo 77) dans le rond bleu. Les tensions de mesure sont modifiés par la rotation d'une vis plastique à l'aide d'un tournevis (photo 78 rond bleu). (Détaille de la manipulation ; voir un document pdf dans CD; documents; Annexe; DMC) Photo 77 Photo 78 48

49 Batterie Le C1 électrique utilise une batterie au plomb de type deep-cycle: anti-sulfatation. Le choix de la batterie a été adopté suite à l'étude du prix, de la capacité (Ah) et de ses dimensions. (Nous avons comparé la batterie de plomb et la batterie de lithium pour connaître les différentes caractéristiques entre les deux ; voir annexe Batterie) La batterie au plomb est fabriquée en série ce qui permet d'avoir un prix plus faible que les autres batteries comme Ni-MH et Li-ion. La capacité de la batterie est limitée du fait de la nécessité d'espace sur le scooter, ce qui implique à la dimension de la batterie. Cette batterie fonctionne avec un gel (non liquide), disposée dans n'importe quelle positions. (photo 80 rond bleu). Le C1 électrique fonctionne sous tension de 72V fourni par les 6 batteries de 12V. Elles sont raccordées en série par un câble. La capacité de la batterie est de 20Ah qui est limité par le type de la batterie et la forme du châssis (photo 79). Photo 79 La photo 80 présente le test d'adaptation des batteries de BMW afin trouver la disposition des batteries. Sa dimension est plus ou moins identique que celle de deep-cycle. Photo 80 49

50 Sécurité Il y a trois contacts qui impliquent l'ouverture et la fermeture d'alimentation du contrôleur : La clef de contact utilisée pour le démarrage, fait l'ouverture et la fermeture de l'alimentation du contrôleur. Elle est fixée par deux vis sur le tableau de bord à côté de la clef de contacte de l'originale (photo 81). Le contact de béquille centrale est raccordé en seconde lieu de la clef de contact. Le passage du courant est fermé lorsque la béquille centrale est mise. Le dernier contact est le contact de poignée des gaz. Il ferme son contact lors de l'accélération. Ce contact économise de l'énergie lorsque la position de poignée des gaz est en repos. Photo 81 La protection du contrôleur, du convertisseur et des relais sont dues par le raccordement aux fusibles, les diodes et les résistances : Le fusible protège les pièces contre la chaleur venant du courant qui chauffe le câble. L'intensité du courant augmente proportionnellement lorsque la charge qui augmente** (c'est une influence de caractéristique du moteur), de ce fait pour ne pas endommager les pièces, le fusible coupe le circuit. La diode protège les pièces contre les haute-tensions qui sont créées par l'effet de bobinage du relais. Cet effet est dû à l'ouverture de contact et dommage les pièces qui n'a pas de résistance à la haute-tension. La diode raccorde en parallèle aux bornes de la bobine et dissipe cette énergie. La résistance de précharge protège les pièces contre les arcs électriques qui sont créés lors de la fermeture des contacts du relais. Elle raccorde en parallèle les bornes des contacts du relais pour partager le voltage et afin de diminuer l'arc électrique. **La responsable du coupe du fusible est causée par la chaleur (ce n'est pas la tension). Et cette chaleur peut être déterminée par l'équation ci-dessous. Puissance W =Tension V Courant I ① Le fusible a une résistance, qui peut être aussi déterminer en sachant la tension : V =R I ② Or l'équation ② substitue dans l'équation ①, Puissance W =I 2 R La coupe du fusible est influencée par la chaleur. La tension affichée sur le fusible est un témoin d'anti-étincelle électrique (l'étincelle est faite lorsqu'il y a une grande différence de potentiel entre les deux bornes et la distance entre les deux bornes est très courte). 50

51 Câble (voir annexe) La conductibilité du câble doit avoir la contre-force de chaleur. Le moteur électrique de C1 peut monter le courant jusqu'à 200A. Chaque intensité du courant a des câbles appropriés qui ont de divers limites de conductibilité. C'est AWG «American Wire Gauge» exprimant l'épaisseur de conductibilité, et qui varie en fonction de ces limites. A mesure que le chiffre de AWG diminue la limite de conductibilité s'accroit (voir annexe). Le contrôleur du C1 électrique peut résister de 300Amp. Figure Selon la société «Alltrax» La fixation entre le câble et la fiche est faite par pressurage (photo 72 rond blanc) 51

52 Recherche de la panne Le problème a créé un court-circuit du fusible d'alimentation vers la commande de relais (la bobine) lorsque le contact de poignée des gaz est fermé. Afin d'identifier et de solutionner ce problème, nous avons vérifié le câblage : Les points de connexion du câble (fiche, humidité); le câblage est correct ou incorrect. Réponse: il est correct. Raccorder une lampe de 100W afin de vérifier le passage du courant visiblement. Réponse: la lampe c'est allumée. Vérifier le circuit des commandes de relais à l'aide d'un ohmmètre. Réponse: le montage de diode est incorrect. Après avoir fini l'inspection, nous avons changé le raccordement de diode (photos 82, 83). Photo 82 (le raccordement de diode incorrect 'Schéma 1') Photo 83 (le raccordement de diode correct) Les schémas ci-dessous présentent le câblage d'une diode aux bobines. Sur le schéma 1 (photo 82), la diode est raccordé sur le même circuit, ce qui provoque le court-circuit. Le schéma 2 (photo 83) est raccordé correctement. A1 A2 Schéma 1 A1 A2 Schéma 2 52

53 Conclusion Après avoir fini l'adaptation du moteur électrique, nous concluons que la voiture ou le véhicule électrique actuelle serait plutôt adapter pour un usage urbain. La principale qualité d'un véhicule à moteur thermique est de pouvoir rouler sur de longues distances sans besoin de s'arrêter, comme par exemple sur l'autoroute. Par contre, l'avantage des véhicules électrique est pour rouler sur de courtes distances comme la ville du fait d'une autonomie limitée et surtout du fait que l'on ne consomme pas d'énergie dans les embouteillages ou lors d'arrêts aux feux rouge. Mais l'autonomie du véhicule électrique s'améliore progressivement, permettant ainsi de s'affranchir de son usage purement urbain. Avis personnel: L'idée d'adapter le moteur électrique et sa transmission est intéressante pour l'étude mécatronique; le support moteur, l'étude des éléments électroniques, etc. Comme prochaine étape, j'aurais bien aimé m'occuper le chargeur de batterie (l'amélioration du temps de recharge,etc), le contrôleur du moteur (le circuit régénératif d'électricité) : l'autonomie et la vitesse maximum de la moto peuvent encore être améliorée par le changement de la batterie et de la transmission avec le même moteur : La vitesse maximum peut être changée par le voltage de batterie et le rapport de la transmission. Le rapport de la transmission doit prendre en compte le couple afin qu'il puisse monter les pentes de 10% ou 20% pour rouler convenablement dans l'environnement urbain. La batterie actuelle peut être remplacée par une batterie Li-ion, mais il faut attendre que les prix baisses. L'utilisation de C1 électrique dans l'urbain à un avantage certain. Lorsque la route est plate, le moteur fonctionne en faible courant ce qui fait économiser de l'énergie et augmente l'autonomie. 53

54 Bibliographie Les livres à consulter : TANIKOSHI, Kinji, DC mo-ta- no jitsuyougijyutsu, ed. Denpa shinbunsha, 2008, pp180, ISBN OGUMI, Zenpati, Litiumu nijidenti, ed.omusha, 2008, pp205, ISBN TANIKOSHI, Kinji, Mo-ta-no shikumi, ed. Nihon jitsugyo shuppansha, 1995, pp178, ISBN OCABE, Yoichi, E de wakaru handoutai to IC, ed. Nihon jitsugyo shuppansha, 1994, pp210, ISBN Les citations : *1, YOSHIDA, Hiroaki, MiEV no kaihatsu, Writer. Obori, Tadashi ed. Tech ON! Automobile technology, accessed 09/04/2009 *2, Nexergy, graphe de Energy Density Comparison, ed. Nexergy, accessed 14/04/2009 *3, Niigata University, graphe de kakushu enerugi- no yousekimitsudo to jyuryomitsudo, ed. Niigata University, accessed 21/03/2009 *4,5,6 Mitsubishi, Motor, graphes de torque characteristics, de CO2 emmission per kilometer et de cost for driving the same distance, ed. Mitsubishi, Motor, accessed 16/04/2009 *7, ADACHI Taichi, calcul de rendement total, [content] Soro soro EV no jidai kana, ed. Adachi, Taichi, accessed 16/04/2009 *8, OGUMI, Zenpati, graphe de kogata nijidenti no taiseki enerugi- mitsudono suii, figure 1.2, p4, [content] Litiumu nijidenti, ed.omusha, 2008, pp205, ISBN *9, KUNG, LONG, graphe of Discharge Time VS Discharge Current (20 ), ed. KUNG, LONG, Co, accessed 22/08/2009 *10,11, KITANO, Shinya, NISHIYAMA, Koichi, TORIYAMA, Jun-ichi, SONODA, Teruo, graphe of discharge characteristics at various current at 25 for LEV50-4 type lithium-ion battery module, figure 11, graphe of charging characteristics of LEV50 type lithium-ion, figure 5, [content] Development of Large-sized Lithium-ion Cell «LEV50» and Its Battery Module «LEV50-4» for Electric Vehicle, ed. GS Yuasa Co., accessed 24/09/

55 Annexe Annexe Plan représentant les transmissions (position du moteur) La mise en place de la transmission est influencée par la position du moteur. Nous avons considéré deux possibilités à propos de ce positionnement. Les schémas présentent la position des pièces de ces deux manières (voir schéma 1 et 2) et un tableau comparatif reprend les avantages et le inconvénients de chaque schémas. (réf: tableau 1). La roue Le carter du scooter La transmission originale Le moteur Les poulies de transmission Schéma 1 Schéma 2 Avant la réception du moteur, le processus du schéma n 2 était en route. Mais après la réception, l'opération a du être modifié comme l'indique le schéma n 1. Le schéma 1 semblait plus facile que le schéma 2 (d'après les différentes caractéristiques indiquées sur le tableau 1). De plus, les pièces et les outils étaient disponibles dans la concession BMW (l'atelier). Schéma 1 Schéma 2 Condition : le variateur doit fonctionner la transmission doit rester d'origine un roulement doit aider à la rotation de l'axe du vilebrequin Avantages Inconvénients Condition : un système de tendeur de courroie des poulies en sortie de transmission deux roulements sur l'axe du vilebrequin l'axe de transmission vers le variateur Avantages Inconvénients Il faut trouver les pouplies, deux roulements, l'axe de transmission vers le variateur et le tendeur du courroie. Le ventilateur peut refroidir le moteur. Il faut ressouder une partie du châssis car le moteur entre en contact avec celleci lors de chocs subit par les suspensions. On peut utiliser la transmission originale et le moteur est protégé par le carter du scooter. L'élément de transmission est moins: les pertes dues à la transmission diminuent. Le moteur se situe au côté du carter scooter: l'équilibrage du poids du carter change. Les éléments de Le moteur se situe au milieu transmission sont du carter scooter: nombreux: les pertes dues l'équilibrage du poids du à la transmission carter est correct. augmentent. On peut récuperer la place de la batterie. Les travaux sur des supports Le travail sur un support est Les travaux sur le carter moteur sont difficiles. facile. du scooter sont difficiles. Tableau 1 55

56 La photo 1 présente le carter du scooter sans les pièces inutiles pour la réalisation du C1 électrique. Quelques parties du carter ont été sciées, comme indiquent les photos 2 et 3, afin de poser le moteur au milieu du carter (voir schéma 2). Photo 1 Photo 2 Photo 3 Photo 4 (photo 1~2 : les travaux sur le carter du scooter dans le schéma 2) Voici la photo 5 présentant l'expérience pour but de déterminer la position du moteur par un gabarit. Photo 5 56

57 Annexe Galets La vitesse de rotation maximum du moteur électrique (3500 tr/min) est plus faible que le moteur original (9250 tr/min). Il fallait avoir la même condition du véhicule, même si le moteur change. En estimant que le poids des galets influence fortement la force de centrifuge, son choix est à déterminer avec exactitude. La formule pour la force centrifuge est reprise par l'équation ci-dessous: Force centrifuge= Masse Vitesse 2 Rayon Pour avoir une égalité de la force, il faut obtenir la masse du galet : Masse d ' un galet g = Masse de galet original Vitesse originale = =62g 2 Vitesse du moteur électrique 3500 Un galet de 62g pèse trop lourd pour ce C1. Donc un galet de 23g en aluminium (photo 1 4) a été prise, qui été approprié à ce véhicule et surtout plus lourd que celui de l'original (8,9g). Son poids n'est pas 7 fois pour obtenir la même force, mais d'après un test sur la transmission, le rapport a varié doucement jusqu'au maximum. Avec ce résultat, on peut voir la transmission originale qui fait bien compenser au bas du régime moteur (la caractéristique du moteur thermique). Car le rapport de la transmission ne change plus qu'à partir d'une certaine vitesse de rotation. Un autre facteur influence aussi la transmission: le ressort de pression de la poulie secondaire. La force centrifuge du variateur doit être supérieur à la force du ressort lorsque le rapport change. Avant cela, vérifions que ces deux forces sont de même espèce à l'aide de la loi de Hooke : N Force du ressort = kｘ= m=kg g=kg m/ s 2 m Force centrifuge= kg m 2 / s 2 =kg m/ s 2=Force du ressort m Comme les forces sont de nature similaire, la force utile pour les deux poulies peut être déterminée (première et secondaire). Conclusion, changer les valeurs qui influencent la force comme coefficients d'élasticité, nombre de spires du ressort, etc seront souhaitables. Mais finalement, en raison du manque de technique à notre disposition. nous étions obliger à abandonner cette démarche qui résulte à une mauvaise accélération. Les photos ci-dessous présentent l'exécution des galets en acier. Photo 1 (Nous avons récupéré un axe en acier) Photo 2 (Comparaison entre le galet original et l'axe coupé) 57

58 Photo 3 (Pressurage dans le résine plastique) Photo 4 (Produit fini) 58

59 Annexe Batterie La comparaison entre la batterie Li-ion et la batterie plomb La caractéristique de batterie Li-ion a l'avantage pour une utilisation dans le C1 électrique. Car elle a la grande capacité énergie du plomb. Le C1 électrique utilise la batterie de plomb, mais nous la comparons la Lithium avec celle de plomb, car nous pensons que c'est une solution du futur. Les caractéristiques Les tableaux 3 et 4 (a: LG20-12N, b: LEV50-4) comparent la caractéristique de la batterie de plomb (LG20-12N pour le C1 électrique) et de Li-ion (LEV50-4). Le volume de batterie Li-ion est un point faible par rapport à la batterie de plomb mais les autres indices sont supérieurs par rapport à la batterie de plomb. Une batterie de deep-cycle (LG20-12N) Voltage (V) Capacité (Ah) Poids (kg) ,5 Dimensions (mm) Longueur Largeur Hauteur Tableau 3a La batterie de lithium-ion (LEV 50-4) Voltage (V) Capacité (Ah) Poids (kg) 14,8 50 7,5 Dimensions (mm) Longueur Largeur Hauteur Tableau 3b 6 batteries branchées en série pour C1 électrique (LG20-12N 6) Voltage (V) Capacité (Ah) Poids (kg) Dimensions mm 3 ( ) 6 Tableau 4a 6 batteries branchées en série pour C1 électrique (LEV50-4 6) Voltage (V) Capacité (Ah) Poids (kg) 88, Dimensions mm 3 ( ) 6 Tableau 4b 59

60 La caractéristique de décharge Les graphes 1 (plomb; LG20-12N) et 2 (Li-ion; LEV50-4) présentent la relation entre la capacité de décharge et le courant de décharge. La capacité de la batterie de plomb diminue fortement lorsque l'intensité du courant est grande (par la concentration polarisée). Par contre, celle de Li-ion (LEV50) peut rester plus ou moins à sa capacité d'origine. Mais ces deux types de batterie font diminuer la tension au bout d'une certaine durée (voir graphe). Graphe 1 *9 Graphe 2 *10 La décharge caractéristique de LEV50-4; la module est déchargée jusqu'à 11V avec la température de 25 60

61 La caractéristique de charge Le chargement dépends de la capacité de batterie. Pour LG20-12N, le temps de chargement pour une charge de 85% (17Ah) sera de 5 heures, pour atteindre une charge maximal de 100% (20Ah) il faudra environ 20 heures (à 1A). Le temps de recharge est long car le courant de charge est environ 10% de la valeur de capacité (ex: 20Ah 2A) qui est petite. Plus le courant est faible plus le chargement de la batterie prendra du temps. Si le courant est beaucoup plus grand, il y a un risque d'endommager la batterie. La batterie Li-ion peut se recharger plus vite que celle de plomb. Un exemple de batterie (LEV50), une cellule peut se recharger à 80% de la capacité totale pendant 30 min avec le courant de 100A (graphe 3). La batterie prend 3 heures pour se recharger à capacité maximum. L'avantage d'un courant de 100A est qu'il permet une charge plus rapide de la batterie. Et le courant de 10A est une petite valeur mais la batterie peut charger pendant la nuit chez soi. Graphe 3 *11 Recharge d'une cellule de LEV50 qui est chargée jusqu'à 4,1V (50Ah); les courbes rouge présentent le courant de 10A et les courbes bleu présentent le courant de 100A SOC = State Of Charge Par conséquence La caractéristique de batterie de Lithium est supérieure par rapport à la batterie de plomb. Nous souhaiterions utiliser la batterie Li-ion la prochaine fois. 61

62 Annexe AWG AWG 4/0 3/0 2/ Diamètre (Inc) Diamètre(mm) Surface(mm²) Résistance (Ω/km) Notre câble est au dessus de AWG 2 (la surface est de 35mm²) 62

63 Annexe Moteur PMG132 63

64 TECHNICAL DESCRIPTION PMG MOTOR SCOPE Subject motor is a high poled, permanently excited direct-current disc motor. To create the main field, high powered rare earth permanent magnets are used, which are attached to the flanges on the right and left hand side of the motor. The armature is constructed as a disc and consists of Cu-profile-lamellas at the end of which in its centre a disc commutator is connected. Between the windings are tapered core sheet layers, which are made out of christal core sheet material. The torque transmission from the rotor to the shaft is handled by a special modelling compound connecting the rotor with the shaft. On the exterior circumference of the winding ends, soldering connectors are mounted, which simultaneously serve for self-ventilation. The power transmission occurs through tapered carbon graphite brushes, which are adjusted to the commututator form and are carried by a special brush holder design. The brush holder serves simultaneously as the connecting element to the power supply and has in its interior area a bore hole to incorporate the B-side ball bearing. The drive sided ball bearing is fitted in the mounted flange on the opposite side. The magnetic flux created in the permanent magnets runs axially through the sheet layers placed between the armature conductors. Through this design air gaps are reduced to a mechanically minimum; the magnetic losses are minimal. Furthermore, the thickness of the disc is independent of the air gap - hence an extremely high Cu-profile can therefor be used, so that the current density is controllable in the armature conductors ADVANTAGES rd The described motor construction yields a very small power to weight ratio, which is about 1/3 of that of a traditional direct-current-motor. The compact construction allows small exterior measurements, i.e. less space requirements. an additional advantage is the high efficiency degree (around 90 %) covering a broad range of operational conditions. Application of the motor as a generator results in the same determining features. The motor can therefore be used in a traction application as electric brake, resp. be used for energy-recovery. 64

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67 Annexe Alltrax Operators Manual AXE Series Model: Series Wound DC Electric Motor Controller 2005 ALLTRAX INC. AllTrax inc 1111 Cheney Creek Rd Grants Pass, OR 97527, USA Phone: Fax: PN: Doc A_OP-AXE-Operators-Manaul.doc (Rev A) 67

68 Table of Contents 1. AXE MOTOR CONTROL PRODUCT OVERVIEW REQUIRED ACCESSORIES BATTERY CONTACTOR (SOLENOID OR RELAY) MAIN FUSE (PROVIDED WITH CONTROLLER) SAFETY DISCONNECT DRIVE MOTORS CONTROLLER INSTALLATION CONTACTOR COIL DIODE: PRE-CHARGE RESISTOR: LED STATUS INDICATOR SOFTWARE USE AND CALIBRATION PROGRAMMING THE CONTROLLER: CONTROL PANEL TAB SWITCHES: SETTINGS: THROTTLE RESPONSE TAB Throttle Sensor Type MONITOR TAB Monitor Section: Interval Section: Gauges Section: LIMITED WARRANTY Keep this manual 68

69 1. AXE Motor Control Product Overview Thank You for purchasing the Alltrax motor controller. We design and manufacture products for a variety of electric vehicles and markets. This motor controller employs modern power MOSFETs to provide extremely low on resistance, in both the main switch function and freewheel diode. Synchronous freewheel rectification permits extended high power operation over similar sized controllers due to increased efficiency. A microprocessor based control system monitors numerous functions, and a windows interface allows the user to change numerous operating parameters and perform status monitoring. Replaces Curtis 1204 (6.5 long) Replaces Curtis 1205 (8.5 long) 69

70 2. Required Accessories These components are not supplied with the controller, except the main fuse. For your safety and that of others, some basic precautionary measures must be employed when designing, working on, and driving electric vehicles. Use a contactor in the battery circuit, rated for the amperage and voltage of the system. Use a fuse rated for the voltage and available fault current of the battery, such as the one provided. Safety interlocks must be employed to prevent enabling the controller while the vehicle is unoccupied or charging. Controllers have failure modes which can result in runaway (stuck throttle) conditions. This controller has been designed to prevent and preclude as many of those from ever occurring as possible. Please follow the Recommended Controller Wiring System document in this manual. Failure to do so could result in damage to the controller, and serious injury or death to vehicle occupants or bystanders 2.1 Battery Contactor (Solenoid or Relay) The main battery contactor needs to be rated correctly in terms of amps and volts, in order to safely carry the intended continuous battery current, and to interrupt the pack DC voltage. It s coil voltage should also be rated for the pack voltage. 2.2 Main Fuse (Provided with Controller) The main fuse needs to be sized to protect the wiring in the drive system. Fuse DC voltage rating must be greater than the peak battery voltage. Fuse current rating equal to or less than amperage rating of controller. Most high current fuses have very long tolerance (2 minutes or more) up to % overloads. Thus a 300A fuse likely won t open in a 500A vehicle application. Most Golf OEM vehicles may not have a fuse and must be added with these performance controller upgrades. When carts are equipped with large controllers, the wire gauge must be made larger. This in turn permits higher fault currents, due to the reduced wiring resistance. Under these conditions, we strongly recommend the addition of a fuse to prevent catastrophic battery failure or fire in the event of an electrical system failure. 70

71 2.3 Safety Disconnect The safety disconnect provides a way to disconnect the battery pack from the controller and contactor. It may be a circuit breaker, a mechanical switch, or a large removable connector. Make sure it is rated for the current capacity and DC Voltage of your system. Some installations disconnect both the positive and negative leg of the battery pack. Most Golf type vehicles do not have a battery disconnect. 2.4 Drive Motors The motor controller is designed to operate with series wound brush commutated and permanent magnet motors rated for operation from VDC. Operation with compound motors is possible. Contact Alltrax, Inc. for information on using compound motors. 3. Controller Installation Choose a location outside the driver s compartment to mount the controller. Any mounting position is acceptable. It is recommended that you protect the controller from direct contact with water, as the electrical connections can corrode. In high moisture environments, seal the electrical connections with silicone or grease. Mount the controller as close to the motor as is reasonably possible. Ideally, your motor leads should be less than 4 feet long. Making a twisted pair out of the motor leads will reduce RF emissions. Most car employ small (6AWG) battery interconnect wiring. For 400A controllers, a minimum of 4AWG wire should be used in light weight carts. 2AWG to 1/0 is appropriate for higher amperage controllers and heavier vehicles. High current wiring to the motor controller should use 5/16 mounting hole ring terminals of tinned copper. Bolt them to the controller using 5/16 hardware. 3.1 Contactor Coil Diode: CAUTION: A Diode (1A, 100V) MUST BE USED across the solenoid/contactor coil (and any other relays that may be installed to control lights or accessories). The Cathode or banded end faces the positive terminal. These diodes are required to prevent the speed sensor from producing erroneous signals. 3.2 Pre-charge Resistor: The controller has a fair amount of DC filter capacitance. When the contactor closes to apply power to the controller, the capacitors can arc the contactor. The pre-charge resistor wil apply a low current to the capacitors to prevent any arcing and keep the capacitors at bus voltages. It also acts as a discharge snubber that helps dissipate the arc when the contactor disengages. (see schematics for proper value). 71

72 4. LED Status Indicator The AXE controller has a bicolor front panel LED. This LED displays a variety of information each time the controller is powered up, by series of blinks. Count the number of green blinks to identify the type of throttle the controller is configured for. After the blink code indicating throttle type, the LED will stay green if there are no errors. LED Blink Codes: At power up the number of green blinks indicates the configured throttle type: 1 Green = 0-5k 2 Green = 5k-0 3 Green = 0-5V 4 Green = EZ-GO inductive (ITS) 5 Green = Yamaha 0-1K 6 Green = Taylor-Dunn V 7 Green = CLUBCAR 5K-0, 3-wire Normal display status: Solid Green: Controller ready to run Solid Red: Controller in programming mode Solid Yellow: Controller throttle is wide open, controller is supplying max output, and is not in current limit. Error code display: Number of RED blinks indicates any error conditions that might exist. 1 Red = Throttle Position Sensor Over Range. Check for open wires. 2 Red = Under Temperature. Controller below -25C. 3 Red = HPD. Throttle hasn't gone to zero during this power on cycle. 4 Red = Over Temperature. Controller over 95C. 5 Red = unused for series controllers. 6 Red = Battery Under Voltage detected. Battery V < undervoltage slider. 7 Red = Battery Over Voltage detected. Battery V > overvoltage slider. Errors are self clearing when the fault is corrected. 72

73 5. Software Use and Calibration The Alltrax Motor controllers utilize a computer program to provide the motor drive functions, motor field current mapping, and a myriad of other customizable features such as speed, current, throttles, etc. A majority of the Alltrax motor controllers also have the ability to be re-programmed with upgraded software. In most cases, it is not necessary to upgrade the unit s software for stock or aftermarket replacements unless a specific revision is needed for a particular application. See Controller Pro Operators manual for more detailed operation. Software: Controller Pro Software (see and download Through may customer service calls we have found 90% of the problems with communicating between the computer and the motor controller was the inability of the windows software to assign communications ports. We found using a USB to Serial Adapter eliminated any communications port issues with success to connect properly the first time. Recommended serial to USB adapter: Cables to Go, Port Authority 2 USB to Serial Adapter. (shown above) Radio Shack, 6 Ft. (1.8m) USB-to-Serial Port Cable, Model: , Catalog #: (Shown below) WARNING: Disconnect all battery charging sources while programming your Axe Controller. The controllers RS-232 serial port is referenced to the Bbattery connection. Beware any possible ground loop faults between your computer and the controller which could damage both the Axe Controller and PC, plus the person doing the work! 73

74 6. Programming the Controller: The AXE controller must be powered up before the Controller Pro program will have any effect. Any programming changes done in the vehicle should be performed with the vehicle safely disabled. Either put the drive wheels on jack stands, or position the vehicle where it is safe to drive while altering the controller. For bench programming prior to installation, two 9V batteries in series may used to power up the controller. Connect battery negative to the B- bus bar, battery positive to pin 1, (spade tab closest to the LED). When the AXE is connected to the PC, and both units are energized, launch ControllerPro.EXE. If you see an error Motor Controller Not Responding, it means the Controller and PC are not communicating. Hit OK, and the Controller Pro will display a window. Recheck the cable connections then close and re-open Controller Pro. Controller Pro automatically determines which com port the controller is connected to. If, after going through this the controller will still not establish communications with the PC, try turning the AXE controller off, then back on. Observe the LED on the AXE went out, then came back on, indicating you cycled the power. Restart the Controller Pro program. When communications is established with the controller, a Model number (like AXE4844) should be displayed in the Control Panel pane, along with the current configuration of the AXE motor controller. The top row of functions is Settings, Tools and Help. The normal parameters of the settings, program portion of this program will enable the software to work on most PCs. However, in some very electrically noisy systems, it may be necessary to increase the write delay above 20mS or increase the number of retries, such that communications errors are eliminated. Tools: This function of the program allows you to modify the main executable program that operates the controller (to modify the behavior of a standard controller by adding special features like increased throttle response speeds for go-karts) or extract an error log from the controller for diagnostics. Upgrade: This function loads a new executable program into the controller. Reset: Restarts the controller without cycling the power. Write error log: This function downloads the last 32 (if any) errors that the controller has logged into it s EEPROM memory. These are things like HPD, hi/low battery voltage, and over/under temperature. 74

75 6.1 Control Panel Tab This tab allows you to alter the operating characteristics of the AXE. Changes made on this pane only take effect after the SET button is pressed. Refresh will read the current settings from the controller. After any changes have been SET, always click REFRESH to confirm the changes were accepted by the controller. Note: HPD and Plug Brake switches only take effect at power up, the power to the controller will have to be cycled before these two controls have any effect on the machines operation. The DEFAULTS button will restore the factory default values of the sliders, note that SET must still be pressed for these parameters to be stored in the AXE controller SWITCHES: High Pedal Disable Checking this box enables HPD, which will prevent the controller from providing output power in the event the throttle is applied when the controller is powered on. When this box is clear, the controller will start up and provide output power, when KSI energized, regardless of initial throttle position. Plug Brake Checking this box enable plug braking on those controllers equipped with an A2 bus bar terminal. Plug braking on AXE controllers is proportional to throttle position, reaching full braking force at about 25% of throttle travel. Deselecting this box disable plug braking, the unit will apply normal power to motor if direction is reversed. (vehicle may jerk or spin tires if motor direction is reversed while in motion) Turbo A feature that allows DCX controllers (not AXE controllers) to go faster if under light load and 100% throttle. ½ Speed Reverse Limits speed of golf car to 50% of throttle setting when pack + is applied to this pin. 75

76 6.1.2 SETTINGS: Maximum Output Current This slider adjusts the maximum output current that the controller can provide to the motor. Output current is adjusted as a percent of the maximum rating of the controller. For example, an AXE4844 will provide a maximum of 400A to the motor when this slider is set to 100%. A 75% setting on Maximum Output Current will limit the controller to 300A, 50% will limit the max output current to 200A and so forth. Under Voltage This slider sets the under voltage shutdown of the controller, in units of 1/10ths Volt. Generally speaking, it is undesirable to pull the terminal voltage of a 6V lead-acid battery below 4.0V, for example 24V on a 36V system. Over Voltage This slider sets the maximum operating voltage of the controller. If the voltage present across the B- to B+ bus bars exceeds this setting, the controller will not produce output, given that DC voltage is below the absolute ratings of the controller. Throttle Up Rate This slider adjusts the rate at which the controller increases it s output current in response to an increase in throttle position. 1 is the slowest, 15 the fastest. Throttle Down Rate This slider adjusts the rate at which the controller reduces it s output current in response to a decrease in throttle position. 0 is the slowest, 15 the fastest. It is recommended that this parameter typically be set to twice the value of the throttle up rate, when throttle up rate is less than 7. Lower values of Throttle Down Rate can result in the vehicle feeling as if their were a large flywheel connected to the motor. Brake Current On those models equipped with a plug brake (suffix P in the model number), this slider adjusts the amount of brake current as a percent of maximum available brake current. Refer to AXE specifications for maximum available brake current depending on the model of controller. Top Speed Top speed of the controller can be limited from 100% down to 50%. This is a helpful tool for elderly or handicapped drivers. 76

77 6.2 Throttle Response Tab This pane allows you to select which type of throttle position sensor the controller is working with and what type of throttle response profile to use with the sensor. Changes to throttle sensor type check boxes must be SET to take effect, and then only after the power to the Axe has been cycled do they actually change the sensor type Throttle Sensor Type 0-1K Ohm (Yamaha type): When selected, the controller interprets 0-80 ohms = throttle off, 1K ohms = full on. 0-5K Ohm: When selected, the controller interprets 0 ohms = full off throttle, 5K ohms equals full on. Specifically, Zero ohms to 180 ohms = full off, 4.7K to 5K = full on. 5K-0 Ohm: When selected, the controller interprets 5K ohms = full off throttle, 0 ohms equals full on. Specifically, Zero ohms to 250 ohms = full on, 4.3K to 5K = full off. 0-5V: This selects a voltage controlled type of throttle input. 0V = full off output from controller, 5V = full on. Actual operating range is V V (Taylor-Dunn type): This throttle sensor is voltage controlled. 0-6V = throttle off, 10.5V = full on. 5K-0, 3 wire (Club Car type): This throttle sensor employs a 3 wire potentiometer, or the V-Glide throttle position unit. 5K = throttle off, <200 ohms = full throttle. EZ-GO ITS: This throttle sensor type is compatible with the EZ-Go type of inductive throttle position sensor (ITS). 77