Tesla souligne l’importance de l’approche système dans la conception des fluides.

Le constructeur automobile américain Tesla Inc. est à l’avant-garde de l’innovation technologique dans le domaine des véhicules électriques (VE) depuis sa création en 2003. consommateurs. 

Dr Wenyang Zhang

La voiture de sport Roadster, le premier modèle de Tesla, a été lancée en 2008, suivie de la berline Model S quatre ans plus tard. En 2022, la société a livré 1,3 million de véhicules dans un portefeuille croissant de véhicules électriques hautes performances à longue autonomie. Sur la base des livraisons aux premier et deuxième trimestres, les ventes de véhicules de Tesla sont sur la bonne voie pour augmenter encore de 40 à 50 % au cours de l’année civile en cours, déclare le Dr Wenyang Zhang, ingénieur principal en conception mécanique, ingénierie des systèmes d’entraînement chez Tesla, Inc. les livraisons trimestrielles ont été signalées à 466 140, un bond de 83% par rapport à l’année précédente et largement au-dessus des attentes du marché. 

Tesla exploite six usines qui produisent des véhicules électriques, des solutions solaires et des énergies renouvelables intégrées aux États-Unis (Nevada, Texas, New York, Fremont), en Chine (Shanghai) et en Allemagne (Berlin). L’entreprise a investi massivement dans son réseau de suralimentation, qui est un différenciateur majeur pour l’entreprise. Actuellement, Tesla exploite plus de 3 000 stations de suralimentation, qui comprennent un total de plus de 45 000 superchargeurs, dans des endroits stratégiques à travers le monde.

Zhang dirige l’ingénierie des fluides, la tribologie et les sujets liés aux lubrifiants pour toutes les plates-formes Tesla actuelles et futures et est responsable de la détermination des paramètres et des conceptions de lubrification clés.
S’exprimant lors de la semaine F+L à Kuala Lumpur, en Malaisie, le 14 juin 2023, Zhang a donné un aperçu du refroidissement et de la lubrification de pointe de Tesla des unités d’entraînement et de la vision de l’entreprise pour le développement futur.

Sans surprise, chaque mouvement de Tesla est surveillé de très près par le marché en raison de son potentiel à façonner l’avenir des transports et des énergies renouvelables. Les progrès continus de Tesla dans la technologie des véhicules électriques, tels que les batteries à plus longue autonomie et les capacités de charge plus rapides, et les innovations dans la technologie de conduite autonome ont attiré une attention considérable. Cependant, les efforts de Tesla suscitent également un grand intérêt d’un point de vue tribologique.

Au cours de sa présentation, Zhang a souligné les principales considérations de conception des fluides de Tesla alors que l’entreprise s’efforce d’atteindre une efficacité supérieure sans sacrifier la durabilité. Les fluides doivent maintenir un film fluide suffisant pour maintenir la durabilité, réduire le frottement et maximiser les propriétés de transfert de chaleur, en réduisant la température de travail et en améliorant la dissipation de la chaleur. Zhang a souligné l’importance d’une huile de base appropriée et d’une sélection d’additifs, équilibrant et optimisant la viscosité, la faible traction élastohydrodynamique (EHD) et la stabilité prolongée des fluides.  

Photo publiée avec l’aimable autorisation de Tesla

Zhang a fourni une ventilation de l’efficacité énergétique de l’un des véhicules et des unités d’entraînement existants de Tesla. ~10% de la perte totale du véhicule provient du moteur électrique, alors que seulement ~4% est contribué par la boîte de vitesses, dit-il. Dans les pertes de la boîte de vitesses, environ 87 % dépendent du couple, le solde provenant des pertes parasites indépendantes du couple. La formulation de fluide domine la perte dépendante du couple et la viscosité contribue à la perte parasite. Seulement ~13% des pertes de boîte de vitesses sont déterminées par la viscosité du fluide, explique Zhang. Cependant, le représentant de Tesla a noté que la répartition des pertes dépend de la conception de l’unité d’entraînement et du comportement du conducteur.

Il y a une demande croissante pour des viscosités ultra-faibles dans le secteur automobile qui permettent aux fluides de s’écouler plus facilement. Cependant, Zhang a remis en question la pertinence de cette approche. Les composants individuels de l’unité d’entraînement peuvent couvrir une large gamme de conditions de lubrification. Il est extrêmement risqué de passer à des fluides à faible viscosité sans compréhension, simulations et essais systématiques, dit-il. 

Zhang a présenté les résultats d’une comparaison d’efficacité de diverses viscosités de fluides, en les comparant au fluide KAF I existant de Tesla. La formulation KAF I a été utilisée dans la quatrième génération d’unités d’entraînement de Tesla en 2022. Les tests ont analysé l’efficacité de la boîte de vitesses et évalué les performances du KAF I à 32 cSt fluide et 22 cSt fluide, à titre d’exemple.

KAF I a démontré une plus grande efficacité dans les zones de couple inférieur, mais était moins efficace dans les zones de couple élevé à basse vitesse, la lubrification limite et mixte par rapport au fluide 32 cSt à viscosité plus élevée. Analysée parallèlement au fluide 22 cSt à faible viscosité, la formulation Tesla a montré une efficacité élevée dans les zones de couple élevé et de vitesse inférieure, mais une efficacité inférieure dans les zones de couple inférieur. Plutôt que de nous concentrer uniquement sur la réduction de la viscosité, nous devons optimiser pour différentes unités d’entraînement et pilotes, explique Zhang. En adoptant une approche systématique de la conception des fluides et de la simulation informatique, avec une viscosité du fluide même légèrement accrue, KAF I a démontré une augmentation de près de 1 % de l’efficacité énergétique du véhicule par rapport à la dernière génération de fluide Tesla, ce qui est significatif compte tenu de seulement ~ 4 % de la perte totale comptable.

Photo publiée avec l’aimable autorisation de Tesla

De nombreux constructeurs automobiles cherchent à combiner une viscosité de fluide plus faible avec des matières premières rentables pour obtenir davantage d’efficacité de refroidissement, d’efficacité énergétique et pour réaliser un coût de construction approprié. Une telle approche ne réduit pas nécessairement le coût global du système lorsque l’on tient compte des performances, de l’entretien et du coût énergétique global du véhicule, explique Zhang. Lorsqu’il s’agit de résoudre la complexité de la lubrification des véhicules électriques et de la conception des lubrifiants, Tesla est ouvert à l’examen de divers types et coûts de matières premières. Ce n’est pas le jeu du coût des fluides, mais le coût et les performances du système, dit-il. 

Au cours de sa présentation, Zhang a décrit les changements à venir dans les conceptions de lubrification et de refroidissement de Tesla. Nous travaillons sur l’optimisation future de la forme des fluides avec nos partenaires additifs, y compris l’optimisation de la viscosité des fluides et la conception mécanique, dit-il. Sur la base des premières découvertes de diverses formulations, Tesla encourage les sociétés pétrolières et chimiques à travailler sur de nouvelles molécules d’huile de base qui pourraient encore améliorer l’efficacité énergétique, pour la formulation de fluide de nouvelle génération, KAF II.

La présentation de Zhang a également souligné plusieurs défis de l’unité d’entraînement, notamment les dommages aux roulements induits électriquement (EIBD) et le fluage des roulements. L’EIBD est le résultat d’une tension induite dans l’arbre du rotor d’un moteur. Une mauvaise protection peut entraîner un givrage important et des cannelures. Tesla est intéressé par de nouvelles solutions de mise à la terre pour atténuer l’EIBD, dit-il.

Une quantité importante d’usure radiale sur l’aluminium peut entraîner un désalignement des engrenages, une réduction de la durée de vie des engrenages, des éraflures et des problèmes de NVH (bruit, vibration et dureté). L’usure axiale peut augmenter le cliquetis en raison d’un mouvement supplémentaire dans les arbres. Il existe des solutions pour le fluage des roulements. Cependant, Zhang a décrit des enquêtes sur l’impact des formulations de fluides pour comprendre si elles peuvent fournir une atténuation supplémentaire. (fuelsandlubes 31/07/23)