Comme les demandes de nouveaux fluides pour les véhicules électriques augmentent, aucune spécification et/ou test n’est en cours de développement. Dans ce cadre TotalEnergies et GETEC1a réalisé un test de flotte évaluant le comportement des fluides EV dans des conditions réelles de conduite. Le test de kilométrage cumulé a été réalisé en Allemagne et en Chine. Huit véhicules ont été évalués, dont quatre proviennent d’un constructeur américain de voitures électriques et les autres d’un constructeur chinois de voitures électriques appartenant à l’État.
Dans chaque ensemble de quatre voitures, deux étaient remplies de liquide TotalEnergies Quartz-EV drive MP 3.2 et deux avec l’huile du fabricant. Pendant 100 000 km, les véhicules ont suivi un chemin équivalent et tous les 20 000 km, des échantillons des fluides EV ont été analysés. En plus de cela, des unités d’entraînement électriques ont été démontées permettant d’inspecter les pièces mécaniques. La conclusion est que le TotalEnergies Quartz EV-drive MP 3.2 a les mêmes performances que les lubrifiants d’origine du fabricant. Ainsi, justifiant l’utilisation de ce fluide EV spécifique pour les voitures électriques qui apporte un nouvel ensemble de propriétés.
Introduction
Les nouveaux enjeux environnementaux poussent les industriels à proposer des alternatives favorisant la transition vers la neutralité carbone. D’où le développement rapide des véhicules hybrides et électriques. Ce basculement implique des besoins et des critères spécifiques notamment en matière de lubrification et de gestion thermique [1]. En effet, les fluides EV doivent être durables, diélectriques, compatibles et thermiquement stables. Ainsi, en 2019, TotalEnergies a lancé sa toute nouvelle gamme de fluides EV pour véhicules particuliers répondant à ces exigences : Quartz EV Fluids [2].
Fluides EV dans l’industrie automobile
Alors que les fluides EV sont un tout nouveau concept, des méthodes de test sont développées pour évaluer leurs performances et fixer certaines limites. Pourtant, très peu de spécifications sont disponibles dans l’industrie pour approuver l’efficacité du fluide EV et, plus important encore, les performances durables. C’est précisément pourquoi TotalEnergies a sélectionné GETEC pour réaliser l’un des premiers essais internes sur les fluides VE en conditions réelles.
L’objectif principal de cette campagne de flotte est d’évaluer le comportement de vieillissement des Fluides EV de TotalEnergies lors d’une accumulation de kilométrage élevée fixée, dans un premier temps, à 100 000 km par les deux sociétés. Plus que cela, ce projet est une occasion unique d’évaluer l’impact du lubrifiant sur un système de transmission électrique ainsi que sur les composants électriques et électroniques tels que les bobinages en cuivre eMotor.
Principe du test EV d’accumulation de kilométrage
Le test en flotte a été réalisé sur deux cycles de conduite distincts avec le même profil : l’un en Europe (Allemagne) et l’autre en Asie (Chine). Au total, 8 véhicules ont été sélectionnés : 4 proviennent du constructeur américain de voitures électriques pour le cycle allemand et 4 du constructeur chinois de voitures électriques appartenant à l’État pour le cycle chinois. Les véhicules ont été testés sur route au moins 6 jours par semaine avec deux quarts de travail par jour et plusieurs conducteurs en rotation constante réduisant tout biais statistique. Pendant la nuit, les véhicules étaient rechargés par des chargeurs lents et pendant la journée par des chargeurs rapides.
Pour chaque groupe de véhicules2, deux étaient équipés du lubrifiant d’origine constructeur et les deux autres d’un lubrifiant de la gamme Quartz EV Fluid de TotalEnergies : Quartz EV-Drive MP 3.2, spécialement conçu pour les motorisations électriques et ayant un profil de faible viscosité (voir tableau ci-dessous) assurant la répétabilité du protocole.
Afin d’assurer un suivi pertinent des performances des fluides, tous les 20 000 km 30 mL d’huile ont été prélevés et analysés par TotalEnergies . A la fin des 100 000 km cumulés, le groupe motopropulseur électrique (EDU) est entièrement démonté. En plus de l’acquisition habituelle des signaux, GETEC a installé des capteurs spécifiques sur tous les véhicules pour suivre au plus près le comportement mécanique, électrique et surtout thermique des sous-systèmes du véhicule (groupe motopropulseur électrique, batterie…).
Propriétés physico-chimiques
Les propriétés physico-chimiques de l’huile sont des paramètres clés et pertinents à mesurer sur l’huile fraîche et à surveiller tout au long de l’essai (c’est précisément pour cela que l’échantillonnage a été envisagé). L’analyse de l’huile donne un aperçu de l’intérieur du groupe motopropulseur électrique pour évaluer l’état du lubrifiant et des composants sans démonter les pièces mécaniques. Dans ce cas précis, la détermination de l’état de l’huile à l’intérieur des offres EDU grâce à des échantillonnages fréquents, tels que la teneur en métaux (provenant soit des additifs, soit de l’usure) et des contaminants, est un outil significatif. En effet, l’idée était ici d’identifier les signes avant-coureurs d’une panne mécanique ou d’une usure accrue des engrenages ou des roulements.
Lors du test de la flotte, TotalEnergies en a mesuré de nombreuses autres dans le cadre d’une liste complète de propriétés physiques et chimiques qui doivent être évaluées. Les résultats présentés ci-après sont extraits de l’ensemble des données générées et démontrent les avantages techniques des fluides EV optimisés pour ce type d’applications.
L’utilisation d’un fluide à faible viscosité offre généralement un faible coefficient de frottement, c’est précisément pourquoi TotalEnergies a choisi Quartz EV-Drive MP 3.2 pour la campagne flotte même. Comme le montre le graphique ci-dessous, le fluide testé affiche la plus faible viscosité cinématique à 100°C et reste stable sur les 100 000 km par rapport au produit Factory-Fill
L’évolution de la viscosité du fluide est l’un des paramètres clés à surveiller tout au long de l’exécution. Ce type de fluide à faible viscosité représente d’énormes défis pour la durabilité des engrenages et des roulements, il est pertinent de le présenter ici. Ainsi, pour vérifier l’impact du fluide sur les pièces mécaniques, un démontage est réalisé à l’issue du test d’accumulation réalisé par GETEC et de l’analyse en continu des échantillons d’huile tout au long du projet réalisé par TotalEnergies .
Durabilité
La fiabilité à long terme de l’EDU est fortement impactée par les performances de lubrification et de refroidissement du fluide. Par conséquent, l’analyse du fluide lui-même ainsi que des pièces mécaniques telles que les engrenages et les roulements est essentielle. La durabilité des pièces peut être appréciée grâce à l’analyse de l’huile par différentes méthodes, et ici la méthode la plus pertinente est présentée et consiste à compter le fer dissous dans le fluide tous les 20 000 km.
Ce graphique confirme des taux d’accumulation de Fe similaires entre TotalEnergies EV Fluid et le produit Factory Fill, avec un léger avantage pour Quartz EV-Drive MP 3.2 car il a conduit à de très faibles quantités de particules de fer à la fin des tests du parc. Ceci est cohérent avec les images ci-dessous des principales pièces mécaniques sujettes à usure au sein de l’EDU (engrenages et roulements) et pour lesquelles des experts internes et tiers ont validé un très faible niveau d’usure pour les deux produits, après 100 000 km cumulés sur chaque véhicule.
Compatibilité matérielle
La compatibilité du fluide avec les matériaux de l’EDU, en particulier avec le cuivre, est un défi critique qu’EV Fluids doit surmonter. Par conséquent, la quantité de cuivre dissous a été mesurée tous les 20 000 km pour avoir un aperçu de l’impact corrosif du fluide lui-même sur les fils de cuivre).
Ce graphique illustre la présence de cuivre dans le liquide de l’essieu arrière (qui est l’essieu moteur principal du modèle américain EV). La courbe verte est remarquablement basse à 100 000 km, correspondant à Quartz EV-Drive MP 3.2. Ceci est également cohérent avec les photos de moteurs électriques que le lecteur trouvera ci-dessous, qui ne montrent aucun signe de corrosion sur le câblage ni aucun dommage sur les matériaux d’isolation (papiers, revêtements…).
Efficacité
Le programme Mileage Accumulation a également été l’occasion d’évaluer et de comparer le gain d’énergie que ces fluides spécifiques peuvent apporter. Par conséquent, pour recueillir une indication de l’efficacité EDU du modèle CN EV, GETEC a évalué l’énergie accumulée en kWh/100 km en moyenne lors du test de la flotte. Dans le cas des véhicules du modèle CN EV, l’essieu avant est le moteur principal et c’est la partie où le gain d’énergie est constaté avec le fluide TotalEnergies EV.
Pour toutes les conditions de conduite, les véhicules avec de l’huile TotalEnergies ont montré une consommation d’énergie inférieure par rapport aux véhicules remplis avec le lubrifiant du fabricant. Pourtant, les résultats manquent de précision avec le test flotte d’où la réalisation d’un test d’efficacité suivant le CLTC (China Light Duty Vehicle Test Cycle) utilisant le même EDU qui met en évidence une tendance similaire au test flotte avec 0.382Wh économisé avec le Quartz- EV Drive MP 3.2 sur le lubrifiant d’origine du fabricant.
Conclusion
Il a été démontré, grâce à cette étude, que l’abaissement de la viscosité pour la prochaine génération de fluides pour véhicules électriques peut être atteint sans compromis sur la durabilité des composants (malgré les multiples défis tels que le risque de mince film d’huile lubrifiante). TotalEnergiesQuartz EV-Drive MP 3.2 a démontré des performances très stables sur le test de 100 000 km et peut être considérée comme « apte à l’emploi », au même niveau que l’huile du fabricant d’origine sur les voitures et cycles électriques allemands et chinois. Avoir un faible profil de viscosité induit une moindre résistance à l’écoulement et une faible friction interne, ce qui est bénéfique pour l’efficacité énergétique, c’est-à-dire l’augmentation de l’autonomie des voitures électriques. En plus de cela, la viscosité est l’un des principaux contributeurs à l’amélioration des propriétés thermiques qui seront essentielles pour l’évacuation de la chaleur des machines électriques.
En plus de cela, TotalEnergies a mené une optimisation approfondie de la technologie Quartz EV-Drive MP 3.2 qui est allée au-delà de la diminution de la viscosité. L’ensemble des systèmes d’additifs a été conçu pour offrir les meilleures performances de contrôle de la corrosion et de l’oxydation du cuivre avec des propriétés diélectriques et thermiques optimisées.
Notes de bas de page
[1] GETEC : Getrieb Technik GmbH / Technologie des véhicules (Suzhou)
[2]Chaque groupe est composé de quatre véhicules suivant le même cycle sur les 100 000 km pour assurer le même type de vieillissement de l’huile
Les références
[1] Yan Chen, Swarn Jha, Ajinkya Raut, Wenyang Zhang et Hong Liang, « Caractéristiques de performance des lubrifiants dans les véhicules électriques et hybrides : un examen des besoins actuels et futurs », Frontiers in Mechanical Engineering, Tribology, 14 octobre 2020.
[ 2] Site Internet Lubrifiants TotalEnergies :https://lubricants.totalenergies.com/consumers/applications/e-brochures/ev-fluids-quartz-ev-fluid-rubia-ev-fluid-and-hi-perf-ev-fluid
( Source : fuelsandlubes 03:08:23)
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