VERS LA MOBILITÉ ÉLECTRIQUE - emm …€¦ · réduire les émissions de CO2 dans un ... • Concept de machine • Chargeur et onduleur ... Services à l’Energie,

EMM 2012 Jérôme Perrin PROPRIETE RENAULT

VERS LA MOBILITÉ ÉLECTRIQUE

Jérôme PerrinDREAM - Direction de la Recherche, des Etudes Avancé es, et des MatériauxDirecteur des Projets Avancés “CO 2, Energie, Environnement”


LES DÉFIS ENVIRONNEMENTAUX MONDIAUXSONT CEUX DE L’INDUSTRIE AUTOMOBILE

CHANGEMENTCLIMATIQUE

POLLUTIONDE L’AIR

RESSOURCESNATURELLES

& &

PRODUCTIONÉMISSIONS CO2 FIN DE VIE

DÉCHETS

RÉGLEMENTATIONS COMPÉTITIVITÉ


Une combinaison de technologies pour réduire les émissions de CO2 dans un cadre réglementaire

1996 2000 2004 2008 2012 2015 2020

ACEA 136.4g CO2 EU Reg.

cible 95g

100%

100

120

140

160

180Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5 Euro 6 Euro 7

POLLUANTS : NOx, HC, CO, PM

130g

EU

CA

FE

CO

2(g/

km)

NE

DC

, TT

W *

131.3g

* TTW = Tank-To-Wheel = du réservoir à la roue

Masse, Aéro.& Roulement

GMP essence et diesel

Electrification


US Government initiative

154g

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022

130g

95g

CAFE Europe

194g

154g

200g

105g

145g

Déclaration du gouvernement

Chinois

g CO2/km

107g

Une convergence mondiale des objectifs



0%

25%

50%

75%

100%

100 1000 10000 100000

0%

25%

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100%

100 1000 10000 100000

Réd

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ons

de C

O2

HEVHEV

Stop & GoStop & Go

BEVBEV

PHEVPHEV

Range

ExtenderRange

Extender

MildMildPas de recharge sur le réseauPas de recharge sur le réseau

Hybrides rechargeablesHybrides rechargeables

Electrique purElectrique pur

Surcoût (€) / chaine de traction thermique (batteri e comprise)

Electrification croissante de la propulsion des véhicules


www.green-cars-initiative.eu


Milestones of the European Industry Roadmap for Electrification of Road Transport

www.green-cars-initiative.eu


LE PROGRAMME « ZÉRO EMISSION »de RENAULT

EMM 2012 Jérôme Perrin PROPRIETE RENAULT 10

Stratégie « ZÉRO EMISSION »

devenir leader, avec Nissan, dans la mobilitéélectrique en offrant des véhicules abordables

ZOETWIZYFLUENCE KANGOO

LEAF


KANGOO ZE : Octobre 2011

Volume de charge : 3 à 3,5 m³ (L1) / 4,6 m³ (L2)Mass de chargement : 650 kgMasse vide : 1410 kgPuissance moteur : 44 kWCouple : 226 NmVitesse max. : 130 km/hAutonomie (NEDC) : 170 kmRecharge standard : 6 à 8 hrs

Identique àla version thermique


FLUENCE ZE : Novembre 2011

Longueur : 4.748 mLargeur : 1.813 mHauteur : 1.458 mmMasse à vide : 1543 kgSièges : 5Puissance moteur : 70 kWCouple : 226 NmVitesse max. : 135 km/hAutonomie (NEDC) : 185 kmRecharge standard : 6 - 8 hrsTechnologie Quickdrop :Echange de batterie en 3 minutesSystème de navigation intelligente


TWIZY : Mars 2012

Longueur : 2.303 mLargeur : 1.132 mHauteur : 1.476 mSièges : 2Puissance moteur : 15 kWCouple : 57 NmVitesse max. : 75 km/h (fonction boost)Autonomie (cycle urbain) : 100 km Recharge standard : 3.5 hr


ZOE : Septembre 2012

Places : 5Puissance du moteur : 60 kWCouple : 222 NmVitesse max. : 135 km/hAutonomie (NEDC) : 210 km Recharge standard : 6 à 8 hrsRecharge rapide : 0.5 à 1 hrQuck drop : échange de batterie en 3 mn


Autonomie du véhicule électrique : faits et chiffre s

Cycle NEDC

0

10

20

30

40

50

60

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130

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300

Temps (s)

Vite

sse

(km

/h)

Temps (s)

vite

sse

(km

/hr)

NEDC = New European Driving Cycle

Fluence-ZEBatterie de 24 kWh

185 km sur cycle NEDC 182 km sur un trajetTel-Aviv – Jerusalem –Tel-Aviv


Une autonomie satisfaisante même en usage réel

Cycle standard NEDC

100 km

150 km

170 km

185 km

+ =

Economètre

ECO mode

Pré-conditionnement

Eco-conduite

Autres

Au moins

120 km in real life

210 km

Conditions réellesd’usage


ne font JAMAISplus de 150 km

souvent / parfois68%

32% des véhicules du segment B

font moins de60 km / jour

13% > 60 km / jour

87% des trajets

Compatible avec des usages journaliers

en Europe

EMM 2012 Jérôme Perrin PROPRIETE RENAULT 18

Une vraie solution à la réduction des émissions de CO2

Sources : JRC-EUCAR-CONCAWE study « Well-to-Wheels Analysis of Future Automotive Fuels and Powertrains In

the European Context »,, v3 Nov. 2008 : http://ies.jrc.ec.europa.eu/WTW - energy consumption and CO2 emissionsfrom homologation data on European driving cycle NEDC

12

62

0

128

133

176

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

FluenceEssence 1.6 16v

Emissions de CO 2 (g/km)

Fluence Diesel 1.5 dCi

Fluence-EElectricité EU mix

Fluence-EElectricité FR mix

Fluence-E Electricité charbon EU

Fluence-EElectricité éolienne

du puits au réservoirwell to tank

du réservoir à la rouetank to wheel

Comparaison de véhicules Renault du segment C sur le cycle de conduite européen NEDC

Emissions de CO 2 « du puits à la roue » = well to wheel »


Flins(France)

ZOE

Maubeuge(France)

Kangoo ZE

Bursa(Turquie)

Fluence ZEValladolid(Espagne)

Twizy

Une stratégie industrielle

Busan(Corée)SM3 EV

usine

batteries

usine

véhicule


Des partenariats – plus de 150 dans le monde

Énergéticiens : ex

Fournisseurs d’infrastructure : ex

Centres de R&D: ex

Gestionnaires d’infrastructure (centres commerciaux, parkings, hôtels) : ex

Etats, villes, régions : ex

Georgia


March é de masse �� des VE à coût abordable

Production en gde série en usine

Stratégie de location de batterie

Incitations gouvernementales

=Kangoo Z.E. Kangoo diesel

Achat

Usage

Coût d’usage compétitif dès ~40-50 km par jour

22EMM 2012 Jérôme Perrin PROPRIETE RENAULT

Une infrastructure de recharge nécessaire

4 à8 h

Recharge standard- maison- travail- lieux publiocs

Station Quick Drop- Une nouvelle batterie en 3mn

Recharge rapide- station de recharge

Un système de navigation intelligent30mn


INNOVATION TECHNOLOGIQUEEN MÉCATRONIQUE

24EMM 2012 Jérôme Perrin PROPRIETE RENAULT

?FLUENCE Z.E.

KANGOO Z.E.

ZOE Z.E.

FLUENCE2011

TWIZY Z.E.

Versions électrifiées de modèles thermiques

Vers de nouvelles générations de Véhicules Electriques

VE spécifiques avec des technologies 2008

1ère Génération< 2011

2ème Génération2012

3ème Génération2015 - 2020

VE adaptés à la demande de mobilité durable pour tous,avec des technologies de rupture à bas coût pour compenser la disparition des incitations gouvernementales

5000 € (FR) ….. incitation gouvernementale


Gestion d’énergie à bord• Consommation des auxiliaires• Climatisation / chauffage • Récupération d’énergie• Eco-conduite

Connexion à l’infrastructure• Echange de batteries• Recharge rapide / recharge sans fil• Echange de données et TIC• Echange d’énergie vers la maison

ou le réseau : V2H/V2G

Batteries• Energie spécifique• Durée de vie• Sécurité, SdF• Contrôle électronique (BMS)• Réutilisation & Recyclage

GMP électrique• Concept de machine • Chargeur et onduleur• Intégration mécatronique• Architecture E/E• Gestion thermique

Extensiond’autonomie• Grpe électrogène embarqué• Pile à combustible à H2• Hybrides rechargeables

Domaines d’innovation technologique pour les VE

NORMES ET STANDARDS


Le Véhicule électrique dans son éco-système

Services à l’Energie, Mobilité & Multimodalité, Gestion du cycle de vie

Location de batterie Seconde vie

des batteries

Recyclagebatteries & VE

Solutions de recharge filaireAC ou DC

Nouvelle offrede mobilité

Stations“quick drop”

Recharge ss filpar induction

Recharge intelligenteRéseauintelligentV2H / V2G


VELCRI : Véhicule EL ectrique à C harge R apide Intégrée

-

-

� Objectif– Véhicule électrique avec

chargeur intégré– Puissance ≥ 43 kW– 400 V triphasé, 63 A

� Consortium

� Développements techniques– Mutualisation des

composants en mode onuleur et en mode chargeur

– Communication entre véhicule et borne de recharge

– Gestion électrique et thermique de la batterie pendant une charge rapide

– Plateforme de démonstration à Grenoble


VEGA - THOP : Véhicule E lectrique à G rande Autonomie : développement d’un système de gestion TH ermique à efficacité OP timisée du confort habitacle et de la chaîne de traction

� Développements techniques– Pompe à chaleur– isolation radiative de

l’habitacle – efficacité boucle

thermodynamique

� Consortium

� Objectif– Augmenter l’autonomie

d’un VE 40% en hiver (-10°C), 20% en été (35°C)

– Réduire en moyenne annuelle la consommation du VE de 20%


CINELI & WIC2IT

Chargeur par Induction Electrique&Wireless Inductive Chargingto Inter-operation Testing


VEL-ROUE : Véhicule EL ectrique àmoteurs ROUE s

� Objectif : un VE hybride rechargeable bi-mode

- 1 moteur essence/E85 sur train avant- 2 moteurs électriques près des roues

sur train arrière- 40 gCO2/km sur cycle homologué

� Développements techniques– Architecture véhicule et

système– Moteur électrique– Système de crabotage– Transition de mode– Liaison au sol– Freinage

� Consortium


Projet financépar le Conseil Général des Yvelines

Kangoo ZE + prolongateur d’autonomie H2-PàC

1er prototype : Kangoo ZE courte (L1)

Pile à combustible de 5 à 7 kWréservoir Air Liquide / DynetekH2 350 bars


FEUILLE DE ROUTE POUR LAMÉCATRONIQUE AUTOMOBILE


L’électronique dans l’automobile


Des applications faible puissance …

Contrôle d’admission d’air

Alternateur Freinage Direction

Transmission

Turbo chargeur

Pompe à carburant


Jusqu‘à la forte puissance pour la traction !!!

Pack Batterie Onduleur Module de puissance

Machines électriques


Des changements d’architecture E/E

Source : Oliver Wydman : Etude de la filière électronique pour le Fonds de Modernisation desEquipementiers Automobiles, Renault et PSA


Macro-modules des Véhicules électriques et hybrides

Source : Oliver Wydman, ibid.


Substitution de composants mécaniques par des composants électroniques

Source : Oliver Wydman, ibid.


De lourds efforts de R&D

InclusInclus

SSééparpar ééss

JointsJoints

Co

Co ûû

tt

FusionnFusionn ééss

MaturitMaturitéé, , volumevolume

2 objets

1 objet

4 étapes d’apprentissage incontournables :• des matériaux/assemblages à inventer…• des modèles/outils pour les concevoir…• des procédés pour les fabriquer…• des cultures à rapprocher


Objectifs et défis

Améliorer la compacité

Multiplier par 2 la densité de puissance massique des moteurs électriques

Multiplier par 2 la densité de puissance volumique des convertisseurs et onduleurs

Rendre abordable

Diviser le prix de la mécatronique par 2 à 5 ans, par 5 à 10 ans

Améliorer la performance

Gagner 10% de rendement pour la mécatronique de puissance (80% �90%) à 10 ans

Electronique de puissance

Introduire des nouveaux matériaux (GaN, SiC )

Généraliser des systèmes de refroidissement diphasique

Supprimer les terres rares

Introduire de nouvellestopologies

Machines électriques


Au-delà du silicium Le silicium atteint ses limites pour les composants de puissance

Deux technologies concurrentes pour aller au-delà : GaN ou SiC


Avantages du GaN/Si

Potentiel de coût du GaN/Si >>> SiC

$$$

SiGaN sur Si

GaN sur Si

Si

SiC

SiCCoût

système

Année / volume2017 > 2020

Coûtcomposant

substrat 200mm « bas coût »compatibilité avec la filière Si


Scénario technologique

tSi

Coût, rendement

Techno GaNHaute puissance

Haut risque

?

Techno GaNMoyenne puissance

Faible risque

Puces verticales normalementfermées

Puces horizontalesnormalementouvertes


xxx?xxx?

Mod

ules

pui

ssan

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tilis

ateu

rsP

laqu

ette

/puc

e

Laboratoires Industriels

Chip (switch)

Wafer

Packaging

Driver

Construction d’une filière techno pour plusieurs se cteurs industriels

Projet MEGaN

Griset

Loupot

Serma

TronicoG2ELab, ArminesAmpère SATIE


MOVEO ET VEDECOM





Institut du Véhicule Décarboné et Communicant et de sa Mobilité


Bouleversement mondial de la mobilité et des transports individuels

Réaction de l’industrie automobile associée aux collectivités territoriales

Développement de systèmes de l’éco-mobilité pour de nouveaux usages

Enjeu : l’efficacité énergé tique dans les transports individuels


Electrificatio

n

des Véhicules

Délégation de

conduite

Connectivité

Le Véhicule

Zéro émissionen zone urbaine

La fluiditésans accident

en zone urbaine

L’éco-mobilité

Infrastru

cture

et

Services

pour les

nouveaux

usages

La mobilitéet

l’énergiepartagées

Amener les ruptures attendues pour l’efficacité éner gétique :ouvrir de nouvelles perspectives pour la mobilité in dividuelle,

en priorité dans les villes et les périphéries urbai nescompatibles avec les énergies décarbonée et renouvel ables.

Une Vision et une Mission

Prendre le problème de la mobilité dans son ensemble


Trois grands thèmes d’actionles machines électriques et leur mécanique associée

la mécatronique 3D, avec en particulier la mécatron ique de puissance

les systèmes thermiques de contrôle et de redistrib ution de chaleur

Soutenus par deux compétences transversesmodélisation et simulation pour concevoir de façon sure et rapide

robustesse et fiabilité des nouvelles technologies.

Programme électrification des véhicules

� Introduction massive de la traction décarbonée… sur toutes les variantes de véhicules adaptés à la nouvelle mobilité


Programme connectivitéet délégation de conduite

Nouveaux modes de déplacement individuel�� Délégation de conduite (assistée, automatique)�Connectivité et sécurité coopérative�Intermodalité


Programme infrastructures et services


La Filière Automobile entière représentée à tous les niveaux

UVSQUVSQ

La Filière de l’Eco-mobilité

Les décideurs et acteurs des territoires

La Recherche Académique et Formation à son plus haut niveau

AREP COFIROUTE EDF ATOS

Communauté d’Agglo St Quentin, et Versailles Grand Pa rc, EPPS

PARISTECH (Mines, Telecom, ENSAM, ENSTA, HEC, X, .. ),SUPMECA, STRATE College

CADLM

Un partenariat inédit


Situé à Versailles-Satory au coeur de la « vallée de l’automobile »


MERCI

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