IV – Etudes de cas

IV – Etudes de casC – Véhicules du futur

Jacques Gangloff

C.1 – Introduction (1)

– Modèle énergétique tout électrique :- Production : photovoltaïque, éolien

- Consommation :• Sédentaire : besoins domestiques, industriels

• Nomades : appareils portatifs, transport (véhicules terrestres, • Nomades : appareils portatifs, transport (véhicules terrestres, navires, avions)

29/03/2010 [email protected] 2

Statistiques nationales

C.1 – Introduction (2)

– Consommations d’énergie fossile et électrique par mode en France en 2008 :


C.2 – Stockage de l’énergie

– Freins principaux au développement du transport électrique :- Stockage difficile de l’électricité- Stockage très facile du carburant liquide- Lobbies pétroliers- Lobbies pétroliers

– Energie massique des carburants liquides :• Essence : 3000 Wh/kg (énergie massique utile en tenant compte du

rendement du moteur thermique ~25%)

– Energie massique des batteries :• Lithium-ion : 150 Wh/kg (en tenant compte du rendement de la

chaine de conversion ~90%)


C.2 – Stockage de l’énergieC.2.1 – Stockage de l’énergie électrique (1)


C.2 – Stockage de l’énergieC.2.1 – Stockage de l’énergie électrique (2)

– Pistes de recherche :- Batteries à base de nanomatériau.• Ex : LiFePO4 nanostructuré. Division du temps de charge par 24.

- Batteries au Lithium-Nickel :


C.2 – Stockage de l’énergieC.2.2 – Autres moyens de stockage

- Air comprimé : très mauvais rendement énergétique (ensemble compresseur et moteur à air comprimé).

- Pile à combustible : technologie prometteuse. Problèmes de sécurité en cas d’accident.

- Super-condensateurs : intermédiaire entre les condensateurs - Super-condensateurs : intermédiaire entre les condensateurs classiques et les batteries. Peu d’énergie stockée.

- Volants d’inertie : pb d’effet gyroscopique. Sécurité.

- Stockage par aimant supraconducteur : pas réaliste.


C.3 – Véhicules du futur

– Actuellement 3 catégories :- Micro-hybride : la puissance de la motorisation électrique

représente moins de la moitié de la puissance de la motorisation thermique.

- Hybride : les puissances de la motorisation électrique et de la motorisation thermique sont à peu près égales.

- Electriques : toute la puissance est fournie par un moteur électrique.


C.3 – Véhicules du futurC.3.1 – Véhicules micro-hybrides (1)

– Principe de fonctionnement :- La transmission du véhicule n’a pas été repensée mais

uniquement adaptée.

- En général, un moto-générateur de faible puissance (<15 kW) est couplé à l’arbre du moteur thermique. Il assure le kW) est couplé à l’arbre du moteur thermique. Il assure le démarrage du moteur thermique et la récupération d’une partie de l’énergie de freinage.


Schéma de principe de la transmission d’une Honda Insight

C.3 – Véhicules du futurC.3.1 – Véhicules micro-hybrides (2)

– Ex : Honda Insight :- Puissance du moteur thermique : 50 kW (68ch)

- Puissance du moteur électrique : 10 kW (13,6ch)


C.3 – Véhicules du futurC.3.2 – Véhicules hybrides (1)

– Principales caractéristiques :• Puissance électrique et thermique équivalente.

• Les vitesses de rotation du moteur thermique et celle du moteur électrique sont indépendantes.

• La transmission a entièrement été repensée et redimensionnée.• La transmission a entièrement été repensée et redimensionnée.


Schéma de principe de la transmission d’une Toyota Prius


– Toyota Prius : principe de fonctionnement.



– Toyota Prius : caractéristiques.• Puissance moteur électrique : 50 kW.

• Couple maximum du moteur électrique : 400 Nm.

• Plage de vitesse du moteur électrique : 0 – 6000 tr/min.

• Puissance machine de variation : 33 kW.• Puissance machine de variation : 33 kW.

• Puissance du moteur thermique : 52 kW.

• Couple maximum du moteur thermique : 111 Nm.

• Caractéristiques de la batterie : 201.6 V, 6.5 Ah, 20 kW.

• Autonomie en mode électrique : quelques kilomètres.

• Consommation en mode mixte : 4.7 l/100km.

• Accélération : 0 – 100 km/h en moins de 11s.



– Toyota Prius : la batterie- Technologie NiMH

- Mise en série et en parallèle de cellules de 1,2V

- Environ 50kg, 6% du prix du véhicule



– Toyota Prius : schéma électrique


Schéma de puissance de l’alimentantationde la machine de variation


– Toyota Prius : les converstisseurs :• Interrupteurs de puissance : IGBT

• Composants refroidis par eau



– Toyota Prius : la motorisation électrique :• Moteurs synchrones triphasés à aimants permanents (NeFeB)


Moteur principal

Rotor de la machine de variation

27cm


– Toyota Prius : la transmission :



– Toyota Prius : la transmission :



– Toyota Prius : modes de fonctionnement



– Toyota Prius : modes de fonctionnement


C.3 – Véhicules du futurC.3.3 – Véhicules électriques (1)

– Actuellement 2 catégories :- Flotte d’entreprise ou de ville : véhicules peu performants

avec une autonomie limitée mais adaptés à un usage urbain.

- Véhicules de luxe : véhicules haut de gamme de type « roadster». Exemple : tesla roadster, ~100000$.« roadster». Exemple : tesla roadster, ~100000$.

– Bientôt une version familiale haut de gamme : tesla modèle S (~50000$).



– Caractéristiques du roadster tesla :• 0 – 96,54 (60mph) en 3,7s (version sport)• Autonomie : 377km• Motorisation : ◦ Asynchrone triphasé, 275V, refroidissement à air.◦ Couple maxi : 400 Nm◦ Couple maxi : 400 Nm◦ Plage de vitesse : 0 – 14000 t/min◦ Puissance max : 215 kW (288ch)

• Batteries :◦ 450kg, 53 kWh, 6831 cellules Li-ion.◦ Temps de charge complète : 3h30.◦ Durée de vie : 160000 km◦ Prix : 12000$




Documents

IV – Etudes de cas