Augmenter l’autonomie des véhicules électriques basse vitesse

La mobilité durable passe par plusieurs solutions : réduction des déplacements, transport collectif, transport actif, voiture électrique… Une solution moins connue en Amérique du Nord est la voiture électrique à basse vitesse (VBV), un petit véhicule urbain 100 % électrique dont la vitesse maximale tourne autour de 35 km/h. Elle consomme très peu d’énergie et convient bien pour les déplacements de courtes distances. CAPSolar, une entreprise en démarrage hébergée au Centech, compte augmenter l’autonomie de ces véhicules en exploitant l’énergie solaire.

Des essais préliminaires concluants

Des panneaux solaires du commerce ont été couplés à des contrôleurs de charge MPPT non optimisés, puis installés sur le toit de trois types de VBV : une voiturette de golf Yamaha Drive (batterie AGM de 7,56 kWh à 48 V; moteur de 2,6 kW), une GEM E6 de Polaris (batterie AGM de 12,56 kWh à 48 V; moteur de 6,5 kW) et une Kargo EV (batterie 15,84 kWh à 48 V; moteur de 6 kW). Ces tests préliminaires, effectués sous différentes conditions, ont permis de démontrer la faisabilité du concept et d’intéresser des partenaires industriels au projet. Les membres de CAPSolar en sont maintenant à développer un nouveau prototype comprenant des panneaux solaires personnalisés et un contrôleur de charge optimisé, conçus spécialement pour cette application. Grâce à ce nouveau prototype, ils s’attendent à une prolongation d’autonomie de 15 à 20 %, selon la taille du véhicule et la capacité de la batterie, ainsi qu’à une extension de la durée de vie de la batterie.

Voiturette de golf Yamaha Drive utilisée lors des essais préliminaires

Vers un prototype plus performant

En analysant les données récoltées lors des tests préliminaires, les membres de CAPSolar ont évalué qu’environ 66 % de la capacité de production du panneau solaire était perdue. Le panneau solaire résidentiel utilisé lors des tests, conçu pour des applications statiques, est l’une des causes de ces pertes élevées. En effet, les panneaux solaires standards sont conçus pour être installés à un endroit fixe, sans ombre, et orientés de façon à optimiser l’angle d’incidence des rayons solaires. L’équipe de CAPSolar s’est associée au Laboratoire de recherche Aéro-Thermo-Mécanique de l’Université Libre de Bruxelles et à Soltech, un fabricant de panneaux solaires, pour concevoir de nouveaux panneaux solaires qui s’accommodent mieux des conditions changeantes d’ensoleillement de l’application. Toutefois, l’élément clé pour augmenter l’efficacité réside en l’optimisation du contrôleur de charge.

Polaris modèle GEM E6 utilisée lors des essais préliminaires

Un contrôleur de charge d’un nouveau paradigme

Les applications solaires classiques sont conçues de façon à produire l’énergie nécessaire pour répondre à la puissance demandée par une charge. La plupart des contrôleurs de charge offerts sur le marché adaptent donc une tension élevée vers une tension plus faible, qui convient aux batteries, permettant ainsi de maximiser le courant de charge.  La régulation des charges du projet de CAPSolar doit se baser sur un paradigme totalement différent : les panneaux solaires ne produisent qu’une partie limitée de la puissance qui est consommée par le moteur de la voiture. Elles permettent en quelque sorte à la batterie de se décharger moins vite. Le défi consiste ici à bien optimiser le transfert d’énergie provenant des panneaux, tout en maximisant leur production et en protégeant le parc de batterie des surcharges ou décharges profondes pour augmenter leur durée de vie. Ce genre d’application sort complètement des sentiers battus à l’heure actuelle. 

L’optimisation du contrôleur de charge a été confiée au Groupe en recherche industrielle en technologies de l’énergie et en efficacité énergétique (t3e) de l’ÉTS dirigé par le professeur Daniel R. Rousse. La technologie développée, en plus  d’augmenter l’attrait des VBV pour les déplacements de courtes distances, ouvrira la porte à d’autres applications solaires.

Kargo EV utilisée lors des essais préliminaires