Tesla : les graisses actuelles bien adaptées aux besoins des véhicules électriques.

Le Dr Wenyang Zhang, ingénieur senior en tribologie et ingénierie des systèmes d’huile, dirige l’équipe chargée des lubrifiants et de la tribologie chez Tesla. Basé à Palo Alto, en Californie, aux États-Unis, siège de l’entreprise jusqu’en 2021, il supervise l’ingénierie des fluides, notamment la conception, la sélection et le développement des spécifications des lubrifiants. Son mandat englobe tous les aspects liés aux lubrifiants pour les plateformes Tesla actuelles et futures.

Tesla continue de dominer le développement des véhicules électriques, avec 1,8 million de véhicules produits en 2023. Environ 10 millions de véhicules électriques à batterie (BEV) ont été fabriqués dans le monde l’année dernière, ce qui représente 11 % du volume mondial de voitures particulières. La croissance des véhicules électriques d’une année sur l’autre a été d’environ 30 %, contre 60 % l’année précédente. Même si le rythme ralentit, l’adoption des véhicules électriques continue de croître rapidement, explique Zhang.

Zhang est un spécialiste certifié en lubrification de la Society of Tribologists and Lubrication Engineers (STLE) et un spécialiste certifié en graisses lubrifiantes du National Lubricating Grease Institute (NLGI). Titulaire d’une licence en science des matériaux et d’un doctorat en génie mécanique, il contribue activement à la communauté universitaire, notamment en tant que rédacteur en chef adjoint de l’ASME Journal of Tribology. Doté d’un CV impressionnant et d’une connaissance approfondie du pionnier des véhicules électriques (VE), Zhang est un conférencier très recherché sur le circuit international. 

Tests avancés et conception de systèmes pour le développement de lubrifiants  

En mars, Zhang a été l’un des intervenants principaux de la F+L Week à Ho Chi Minh-Ville, au Vietnam, où il a mis en avant l’approche innovante de Tesla en matière de développement de fluides. Cette approche intègre une philosophie de conception de système pour les fluides ainsi que le développement de matériel. Il a souligné les vastes capacités de test internes de Tesla, qui comprennent plus de 80 dynamomètres de groupe motopropulseur (dynos) utilisés pour simuler des conditions de fonctionnement réelles et tester les performances de différents lubrifiants sous différentes charges, vitesses et températures. Tesla continue d’étendre ses capacités de test, avec des plans visant à augmenter le nombre de dynamomètres à plus de 100 dans les deux prochaines années.

Cette capacité de test permet à Tesla de valider rapidement les conceptions et de prendre des décisions éclairées sur l’optimisation des lubrifiants. Zhang a également noté le développement d’un programme informatique interne qui permet au constructeur automobile d’itérer rapidement la conception des lubrifiants d’un point de vue informatique.

Lors de la 91e réunion annuelle du NLGI qui s’est tenue à La Cantera Resort & Spa à San Antonio, au Texas, aux États-Unis, en juin 2024, Zhang a présenté « Les approches de pointe de Tesla pour les graisses et les fluides dans les véhicules électriques (VE) », où il a souligné qu’une approche de conception de système est tout aussi essentielle dans le développement de graisses pour VE de nouvelle génération.

Principales applications de la graisse dans les plateformes de véhicules électriques de Tesla

Zhang a détaillé les principales applications de graisse pour la plateforme et le châssis de la Tesla Model S, tout en soulignant son impressionnante accélération de 0 à 60 en moins de deux secondes et ses forces d’accélération allant de 1,3 à 1,4 G, semblables à celles des voitures de course de Formule 1 d’aujourd’hui. Il existe deux principales applications de graisse dans le châssis : la graisse pour roulements de roue, utilisée dans les moyeux de roue, et la graisse pour joints homocinétiques (CV). 

Ces deux applications de graisse, ainsi que le fluide de l’unité de transmission, constituent les principaux lubrifiants utilisés dans les véhicules Tesla.

Bien que le volume du liquide de transmission soit plus élevé que celui des graisses de châssis, Zhang a souligné l’importance des graisses dans les véhicules électriques, notant que leur volume représente environ 37,5 % de celui du liquide de transmission. Tesla considère à la fois la graisse et le liquide de transmission comme les principaux lubrifiants des véhicules électriques. Bien que les volumes de graisse puissent être plus petits, ils sont toujours considérables et du même ordre de grandeur que les liquides de transmission, explique Zhang. L’approche de Tesla en matière de lubrifiants pour véhicules électriques est « à vie », sauf dans certaines circonstances particulières.

Lors de sa présentation, Zhang a souligné que les graisses actuelles sont bien adaptées aux véhicules électriques, offrant une protection matérielle robuste et répondant aux exigences de durabilité. Dans l’ensemble, il n’y a pas eu de changements significatifs dans le matériel d’application de la graisse entre les véhicules électriques et les véhicules à moteur à combustion interne (ICE), dit-il.

Selon Zhang, la graisse NLGI HPM constitue une base solide pour la formulation de graisse pour roulements de roue. NLGI a lancé cette graisse haute performance en 2021, surpassant la spécification GC-LB en vigueur, longtemps considérée comme la référence en matière de spécifications de graisse. La graisse HPM offre des propriétés exceptionnelles, notamment une résistance élevée du moteur, une résistance à la corrosion, une compatibilité avec une large plage de températures, une durée de vie prolongée de la graisse et une stabilité structurelle, explique Zhang.

Il a souligné que l’objectif de Tesla est l’amélioration continue, visant à réduire davantage les frottements pour améliorer les performances globales. La graisse pour roulement de roue subit différents régimes de lubrification, notamment la lubrification limite et la protection contre l’usure, et doit fonctionner à des vitesses variables et à des températures élevées, ce qui peut entraîner des changements de viscosité. L’objectif de Tesla est de minimiser les frottements dans tous les régimes de lubrification du roulement de roue pour améliorer les performances.

La graisse pour joint homocinétique est appliquée sur l’arbre du moyeu, englobant à la fois le joint à rotule intérieur et le joint à rotule extérieur, des composants essentiels du système de transmission du véhicule. Zhang a de nouveau noté que la graisse HPM constitue une excellente base, offrant des caractéristiques appropriées. L’objectif reste de minimiser la friction, bien que la dynamique de friction diffère de celle de la graisse pour roulements de roue en raison des régimes de lubrification et des changements de la mécanique de contact. Cela incite à une approche différente de la conception de la graisse, dit-il. Zhang a également souligné l’importance de la protection contre l’usure alternative, de la protection robuste contre l’usure par fatigue et de la réduction du bruit à basse température.

Défis et innovations dans la technologie des lubrifiants pour véhicules électriques

Zhang a décrit plusieurs défis auxquels l’industrie est confrontée pour faire progresser la technologie des lubrifiants pour véhicules électriques, notamment la gestion des dommages aux roulements induits électriquement (EIBD). Ce type spécifique de dommages aux roulements induits électriquement est dû aux conditions électriques et de fonctionnement uniques des moteurs de véhicules électriques. L’EIBD peut se produire lorsque le courant circule dans l’arbre du rotor, ce qui nécessite une mise à la terre pour éviter de compromettre les roulements.

Une graisse conductrice spéciale est utilisée pour relier le courant de l’arbre du rotor au châssis. Le volume de cette graisse est minuscule, moins de 2 tambours sur la base des volumes de production de véhicules de 2023. Cependant, il s’agit d’une graisse de grande valeur, avec une résistance électrique extrêmement faible, explique Zhang. La graisse doit fonctionner comme un conducteur ; même un semi-conducteur ne suffirait pas pour cette application critique, dit-il.

La graisse conductrice est formulée avec une durée de vie de graisse haute température capable de durer plus de 1 200 heures à 120 °C. Elle doit également résister à des contraintes diélectriques élevées, à des conditions de vitesse élevée, à une compression élevée et à des environnements de cisaillement. Par exemple, si le moteur tourne à 18 000 tr/min, les minuscules roulements lubrifiés avec cette graisse doivent maintenir la même vitesse. Tesla vise à développer des modèles prédictifs pour l’EIBD afin d’atténuer ces défis lors de la phase de conception du véhicule plutôt que de les résoudre après la production, explique Zhang.