Transformer une vieille voiture en puissant générateur
(blog.arduino.cc)- Un projet qui utilise un monospace Toyota Sienna dont la valeur routière est faible mais dont le moteur fonctionne encore, afin de transformer un véhicule destiné à la casse en source d’électricité hors réseau
- Les générateurs de qualité peuvent coûter de plusieurs milliers à plusieurs dizaines de milliers de dollars, ce qui fait d’un vieux moteur de voiture en état de marche une alternative peu coûteuse
- Jake von Slatt cherche à produire une sortie AC à 60 Hz en combinant l’alternateur d’un générateur Harbor Freight en panne avec le moteur du Sienna
- Un Arduino Nano Every et un pont en H actionnent l’actuateur du régulateur de vitesse pour stabiliser le moteur autour de 3600 tr/min
- Une méthode qui réutilise un véhicule bon pour la casse et des pièces d’un ancien générateur pour fabriquer un générateur pratique, utilisable même hors réseau électrique
Utiliser un véhicule proche de la casse comme moteur de générateur
- Un générateur est un équipement coûteux
- Les petits modèles de faible qualité peuvent s’acheter pour quelques centaines de dollars
- Les générateurs de qualité coûtent de plusieurs milliers à plusieurs dizaines de milliers de dollars
- Une vieille voiture peut être très bon marché, surtout si elle est difficile à maintenir en circulation sur route
- Jake von Slatt a publié une série de vidéos montrant comment transformer un véhicule bon pour la casse, mais doté d’un moteur fonctionnel, en générateur puissant
- Le moteur de ce projet provient d’un monospace Toyota Sienna
- Le véhicule lui-même ne vaut guère la peine d’être maintenu sur la route
- Le moteur fonctionne encore bien
- Il dispose d’une puissance suffisante pour servir de générateur
- L’alternateur provient d’un générateur Harbor Freight dont le moteur était en panne
Maintenir une sortie à 60 Hz avec Arduino
- Pour utiliser des appareils domestiques et des outils, la sortie en tension AC doit rester à une fréquence stable de 60 Hz
- Le système de régulateur de vitesse du Sienna déplace à l’origine l’accélérateur afin de maintenir une vitesse de roue constante
- Dans ce projet, le même système sert à stabiliser le moteur à 3600 tr/min afin de maintenir les 60 Hz
- Le circuit de commande est construit autour d’une carte Arduino Nano Every et d’un pont en H
- L’Arduino contrôle le servomoteur de l’actuateur du régulateur de vitesse via le pont en H
- La tension de sortie de l’alternateur est abaissée à 5 V pour surveiller la fréquence
- Si la fréquence est trop basse, l’Arduino fait tourner l’actuateur pour augmenter le régime moteur et l’ajuster jusqu’à 60 Hz
- Au final, une voiture destinée à être mise au rebut et un ancien générateur peuvent être réutilisés, plutôt que jetés, pour fournir de l’électricité hors réseau
1 commentaires
Commentaires de Hacker News
Pour faire cela, il vaudrait mieux mettre une boîte de vitesses entre le moteur et le générateur.
Un moteur de voiture peut tourner à 3600 tr/min, mais en général, sous forte charge, c’est autour de 2000 tr/min que la consommation est la meilleure. À faible charge, un régime plus bas est plus efficace, mais le système de refroidissement d’une voiture n’est pas forcément dimensionné pour supporter longtemps une forte charge ; faire tourner le moteur à 1800 tr/min et utiliser une boîte 1:2 pour obtenir le régime adapté au générateur semble donc une conception simple et « suffisamment proche ».
Sur les moteurs plus modernes, grâce aux améliorations technologiques, le rendement maximal peut se situer plutôt autour de 3000 tr/min. Cela dit, ici, l’écart entre la puissance du moteur et la puissance maximale du générateur est si grand que cela n’a probablement pas beaucoup d’importance. Ce générateur fait 5500 W, soit environ 7,4 chevaux, et même en tenant compte du rendement du générateur, la charge maximale tourne autour de 8 chevaux. Le moteur d’une Toyota Sienna développe environ 200 chevaux au maximum ; comparé au fait qu’une climatisation automobile consomme environ 4 chevaux, le générateur représente moins du double de la charge de la clim. Au final, une configuration de poulies qui le fasse tourner quasiment au ralenti pour réduire les pertes internes du moteur semble plus appropriée.
Il suffit de poser le tout sur une palette renforcée. Avec cette configuration, il sera difficile d’alimenter de façon stable les besoins électriques d’un foyer nord-américain moyen pendant des mois, mais elle devrait largement pouvoir faire ce que faisait le petit moteur 150 cc douteux d’un générateur bon marché avant de rendre l’âme.
Super montage. J’ai vécu un temps sur un yacht, et quand le ciel restait couvert plusieurs jours, il devenait difficile de recharger les batteries au solaire.
Le petit moteur diesel M35 Universal que j’utilisais avait beaucoup de couple, et avec ce couple il entraînait un alternateur 110 V 120 A. Comme un alternateur de voiture, il rechargeait les batteries, mais dans mon cas il chargeait six batteries lithium-fer-phosphate de 12 V 200 Ah. Avec ces batteries, je faisais fonctionner pendant des jours les équipements de « maison » : onduleur 120 V 3000 W, climatisation, réfrigérateur, cafetière, dessalinisateur, plaque électrique, éclairage, instruments de navigation, radio, Starlink, Xbox, etc. Si l’aspect du véhicule vous déplaît, il suffit de monter le moteur seul sur un support et de le câbler comme dans la vidéo ; pour faire tourner un moteur, il faut seulement une ligne de carburant, l’allumage et la compression.
Après le passage d’un feu au vert, il ne faut que quelques secondes pour atteindre la vitesse, puis une puissance bien moindre suffit. Un yacht peut se refroidir avec une quantité d’eau de mer pratiquement illimitée. Et le moteur aura très probablement besoin d’un calculateur, donc aussi d’un système électrique.
Dans le domaine des générateurs semi-DIY, les moteurs Lister et leurs copies Listeroid valent aussi le détour.
Alimentés au diesel, ce sont des moteurs assez efficaces pour entraîner le système de courroies que l’on veut, et on peut remplacer le générateur par un moulin ou une pompe à eau. Ils acceptent aussi la plupart des carburants alternatifs, comme le biodiesel ou l’huile usagée, et leur conception simple à bas régime les rend durables et faciles à entretenir.
http://www.justliveoffgrid.com/InstallationGuide.html
https://diesel-bike.com/Lister_Gen/Lister1.html
Je ne sais pas trop à quel point cette conversion a du sens. À l’origine, c’était un générateur dont le moteur était mort et destiné à la casse, et on pouvait y monter un moteur quatre temps du commerce pour moins de 1000 dollars.
À la place, il a récupéré une voiture qui, même en épave, vaut probablement environ la moitié du prix d’un moteur neuf, avec en plus l’espace occupé par la voiture, l’électronique et les coûts de fabrication ; au final, cela donne un générateur dont on ne peut tirer qu’environ 10 chevaux au maximum, entraîné par un moteur d’épave de presque 200 chevaux. La fabrication improvisée est excellente, mais il est difficile d’imaginer une raison d’en construire un deuxième identique.
Si l’on désengage l’embrayage du régulateur de vitesse, la voiture peut toujours rouler, et il dit aussi l’utiliser pour transporter des choses ou pour souder.
C’est peut-être une question idiote, mais comme une hybride de type Prius est une voiture conçue pour servir, en quelque sorte, de générateur, je me demande si une vieille Prius ne serait pas un meilleur choix comme générateur stationnaire.
Il y en a désormais beaucoup sur le marché et elles sont devenues assez bon marché. Après avoir vécu cinq jours sans électricité après le derecho dans l’Iowa en août 2020, j’ai pleinement compris à quel point une source d’alimentation de secours est importante. Impossible de trouver un générateur, et même le refuge pour animaux s’est fait voler celui qui était dans la cour. L’essence et la glace étaient difficiles à trouver aussi, et comme nous avions une cuisinière électrique, cuisiner était compliqué. Le barbecue à pellets était électrique lui aussi, donc inutilisable, et au bout de trois jours nous avons dû jeter toute la nourriture du réfrigérateur et du congélateur.
Le moteur-générateur de la Prius est plutôt proche de plus de 90 %. Même si le moteur-générateur ne peut peut-être pas tourner en continu à 100 % de facteur de marche, sa puissance maximale se compte en dizaines de kW, il faut donc une charge assez importante. Beaucoup d’alternateurs automobiles ne supportent pas une charge maximale prolongée et ne fournissent qu’environ 2 kW, ce qui présente un risque. Les enroulements ou le régulateur de tension peuvent surchauffer ; il existe parfois une protection thermique, mais pas toujours. Ajouter un refroidissement forcé pour assister le ventilateur centrifuge peut dépanner temporairement.
https://fridge0.branchable.com/
https://fridge0.branchable.com/thermal_mass/
La puissance est limitée, mais lors d’une coupure due à une tempête hivernale, cela nous a permis de faire fonctionner le chauffage au fioul et Internet pendant plusieurs jours. Comme le moteur ne tourne que lorsqu’il faut recharger la batterie hybride, c’est beaucoup plus efficace qu’un générateur classique. Avec un onduleur adapté à la batterie hybride de 140 V, on pourrait tirer plus de puissance, mais cette approche était rapide et simple. J’ai essayé de brancher le réfrigérateur au lieu du chauffage, mais l’onduleur s’est coupé à cause d’un problème de mise à la terre. Heureusement, il faisait froid dehors, donc on a pu tenir. Un plan de reprise après sinistre n’est pas terminé tant qu’il n’a pas été testé jusqu’au bout.
Comme la batterie de traction n’est pas particulièrement grande, j’imagine que le moteur démarrerait souvent si elle n’est pas reliée à un pack plus gros. Certaines personnes modifient des systèmes hybrides NiMH pour leur faire accepter des cellules LiFePO4, en ajoutant un contrôleur de charge individuel à chaque cellule. Au final, ce que voit le système de contrôle de la voiture, ce ne sont que les tensions des cellules.
Son algorithme de contrôle de base semble avoir une grande marge d’amélioration. Même un simple contrôleur PID permettrait de réagir beaucoup plus vite aux variations de charge et de converger vers la bonne position d’accélérateur
C’était un peu frustrant de voir le contrôleur avancer aussi lentement.
« J’y ai pensé et je trouve que c’est une bonne idée. Quand mes compétences en codage se seront améliorées, je pense que je reviendrai sur ce projet. J’ai laissé un câble USB connecté à l’Arduino, donc les mises à jour du code devraient être très faciles ! »
Il aurait même pu hacker le régulateur de vitesse lui-même pour caler la « vitesse » sur 60 Hz.
3600 tr/min, c’est assez élevé. Cet engin doit consommer pas mal de carburant
Il faudrait calculer s’il permet vraiment d’économiser de l’argent par rapport à un vrai générateur grand public. Au-delà du moteur lui-même, je m’inquiète aussi de la fiabilité de l’assemblage de pièces intégré par l’utilisateur.
Il sait clairement lui-même que c’est une solution façon Mad Max, « bricolée avec les bricoles qui traînaient », à un problème déjà résolu. Conceptuellement, c’est cool, mais l’usage est très limité et, objectivement, ce n’est pas une bonne idée. En utilisant un moteur avec un gros ventilateur à embrayage et un radiateur bien caréné, on peut régler en partie le refroidissement ; pour économiser du carburant, mieux vaudrait exploiter le système de contrôle du ralenti du moteur à un régime plus bas. Mais ça reste mettre du rouge à lèvres à un cochon, et chez Harbor Freight on peut acheter un cochon plus présentable.
Ce genre de bricolage se situe souvent en dehors de l’expérience ou du domaine bien connu du lecteur moyen de HN, et pourtant il est intéressant de voir qu’ici il est jugé encore plus sévèrement
Ce n’est pas du tout une configuration idéale, mais les gens qui aiment la mécanique adorent bidouiller ce genre de choses. Moi y compris.
Le DIY en soi est amusant, mais si l’on veut réfléchir à plus grande échelle, ce document vaut le détour
https://academiccommons.columbia.edu/doi/10.7916/D81N8CPF
Le résumé met en avant l’intérêt d’adapter de petits moteurs à pistons à combustion interne produits en grande série pour les intégrer à des conceptions de systèmes non automobiles. Le point de départ est l’observation que, une fois normalisés par puissance de sortie, les moteurs à combustion interne coûtent 100 fois moins cher que les grandes centrales électriques traditionnelles. La majeure partie de l’article porte aussi sur la modélisation, la conception, la modification et les essais d’un moteur à pistons alternatifs comme compresseur. Il s’appuie sur le fait qu’un moteur de forme classique est intrinsèquement un compresseur alternatif, afin d’étudier s’il peut être modifié de façon rentable pour servir de compresseur de gaz de petite taille
Pour du secours d’urgence ou l’usage de réserve évoqué dans l’article, cela peut aller, mais pour de la production électrique courante, les coûts d’exploitation sont très élevés. L’idée de modularité est bonne, mais c’est déjà un concept inclus dans les centrales électriques virtuelles (VPP) qui se construisent aujourd’hui
Ce générateur à 2 pôles est destiné à tourner avec un moteur essence monocylindre hurlant à 3600 tr/min
Les générateurs plus gros sont à 4 pôles, ce qui leur permet de tourner à 1800 tr/min en 60 Hz et à 1500 tr/min en 50 Hz. 5500 W, ce n’est pas non plus particulièrement puissant : c’est du niveau d’une tête de générateur essence portable standard. Un moteur de voiture est surdimensionné, et il risque fort de ne pas fonctionner près de son point de meilleur rendement. La vitesse d’un moteur ou d’un générateur à courant alternatif est RPM = 120f/p, où f est la fréquence en Hz et p le nombre de pôles