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Un institut de recherche du sud-ouest (SwRI) à San Antonio, Texas, États-Unis, a déclaré avoir développé un dispositif de test mécanique pour analyser les fluides et les lubrifiants spécialement formulés pour les véhicules électriques (VE). Une équipe du SwRI a modifié un appareil de test de tribologie commercial pour lui donner la capacité d’évaluer l’impact des courants électriques dans les fluides, en mesurant l’usure et le frottement sur les pièces automobiles en présence d’une tension appliquée.
« L’électrification de l’industrie automobile s’est accélérée ces dernières années, avec des projections futures montrant une croissance exponentielle de la part de marché pour les applications légères et lourdes », a déclaré Cole T. Frazier, ingénieur de recherche au sein de la section des lubrifiants de transmission avancés de SwRI. « Cependant, les outils de test de fluide traditionnels n’ont pas été développés pour analyser efficacement les propriétés des lubrifiants dans des environnements électrifiés. Cela s’étend également aux tests de tribologie.
La tribologie est l’étude du frottement, de la lubrification et de l’usure. Le défi pour évaluer le comportement des véhicules électriques est la présence d’un potentiel électrique appliqué aux interfaces des composants et du lubrifiant. Pour relever ce défi, le Dr Carlos Sanchez, ingénieur de recherche senior au sein de la section Recherche et évaluations en tribologie, a conçu un nouvel appareil d’essai pour modéliser les effets de l’électrification sur les pièces en rotation. Ce banc d’essai à petite échelle a été construit autour d’une machine d’essai universelle traditionnelle. La configuration et le protocole de test ont été développés par l’équipe tout au long du projet.
L’équipe multidisciplinaire comprenait Frazier, Sanchez, Nolan Erickson (ingénieur électricien), le Dr Peter Lee (ingénieur de l’institut), Andrew Velasquez (ingénieur) et Travis Kostan (analyste de recherche principal).
La plupart des véhicules électriques utilisent des moteurs à induction à courant alternatif (AC) ou à aimants permanents, qui sont alimentés par des batteries embarquées. Un onduleur prend l’entrée de tension de courant continu (CC) des batteries et la convertit en courant alternatif nécessaire pour faire fonctionner le moteur du véhicule.
« Les nombreuses surfaces rotatives des véhicules électriques sont exposées à des pics de tension pendant le processus de conversion CC-CA », a déclaré Sanchez. « Les pointes et le champ électrique inhérent dans les environnements à haute tension peuvent permettre aux courants électriques de circuler à travers les surfaces, endommageant les lubrifiants et les matériaux qui les maintiennent en mouvement. »
Selon les chercheurs, la vitesse de conversion de fréquence CC-CA peut provoquer des pics de tension locaux qui nécessitent une mise à la terre. Les roulements de moteur sont souvent particulièrement sensibles aux courants électriques qui les traversent en raison de leur emplacement à proximité des pointes de tension. Le potentiel électrique des roulements peut augmenter jusqu’à ce que la tension devienne suffisamment forte pour briser le mince film de lubrifiant séparant les petits roulements à billes métalliques des chemins de roulement ou des coquilles de roulement, ce qui peut endommager la surface et provoquer des cicatrices.
L’équipe a développé et analysé un protocole de test pour le nouvel instrument qui représenterait le mieux le système réel et produirait des résultats pertinents. À l’aide de cette nouvelle avancée financée en interne, ils ont testé plusieurs lubrifiants commerciaux différents et mesuré les marques d’usure et la friction sur les chemins de roulement et les coquilles de roulement. Ils ont découvert que le potentiel électrique à travers un fluide, que le courant soit alternatif ou continu, peut affecter l’usure et le frottement des roulements jusqu’à 20 %.
« SwRI se spécialise dans la création de plates-formes de tribologie personnalisées et de capacités de test pour permettre à l’industrie de tester efficacement plusieurs formulations de lubrifiants, sans nécessiter de tests à grande échelle », a déclaré Lee, qui dirige les activités de tribologie de SwRI. « Dans ce cas, étant donné que la dégradation des lubrifiants dépend des fluides, les formulateurs peuvent optimiser leurs lubrifiants pour des transmissions de véhicules électriques spécifiques. Les capacités d’essais au banc d’essai de SwRI accéléreront l’optimisation des lubrifiants, amélioreront la durabilité et augmenteront l’autonomie du véhicule grâce à une friction réduite.
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