LA MOBILITE ELECTRIQUE UN MONDE EN MOUVEMENT
INES, LE 4 AVRIL 2017
INES | Thierry PRIEM
| PAGE 1 CEA | 10 AVRIL 2012
LA MOBILITE ELECTRIQUE UN MONDE EN MOUVEMENT
Introduction
Les différentes technologies de véhicules électriques
Avantages et inconvénients des différentes technologies Le véhicule électrique aujourd'hui et demain
Conclusions
LA MOBILITE ELECTRIQUE UN MONDE EN MOUVEMENT
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Introduction
Les différentes technologies de véhicules électriques
Avantages et inconvénients des différentes technologies Le véhicule électrique aujourd'hui et demain
Conclusions
La mobilité électrique | 4 avril 2017
LES ÉMISSIONS DE CO 2 PAR SECTEURS D’ACTIVITÉ
Source : AIE 2011
Diagramme « moyen » de mobilité (France)
correspondant à 15 500 km/an
Type de motorisation Type de carburant
Moteur à combustion interne Essence ou diesel (ou Biocarburant) Hybride électrique Essence ou diesel (ou Biocarburant) Hybride électrique plug in Essence ou diesel (ou Biocarburant)
+ Electricité (réseau) Electrique (Batterie lithium) Electricité (réseau) Electrique pile à combustible Hydrogène
Plus de 90% des usagers parcourent moins de 100 km/jour.
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LA MOBILITÉ : DES TECHNOLOGIES ET DES USAGES
La mobilité électrique | 4 avril 2017
LA MOBILITÉ : UN CHANGEMENT DE PARADIGME Changement des mentalités en cours
Accès à la propriété Accès aux services
Possession d’UN véhicule Accès à une mobilité INTERMODALE
LA MOBILITÉ : UN CHANGEMENT DE PARADIGME
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Nombre de voitures possédées par ménage avant et après l’adhésion à un service d’autopartage
Source : www.ademe.fr/sites/default/files/assets/documents/87296_ensynthese.pdf
La mobilité électrique | 4 avril 2017
LA VOITURE ÉLECTRIQUE...
UNE HISTOIRE RÉCENTE ?
1885 ? 1975 ? 2005 ?
LE VÉHICULE ÉLECTRIQUE... UNE HISTOIRE DE PLUS DE 100 ANS
Station de recharge et d’échange des batteries d’accumulateurs de la firme
Krieger (Paris-1898)
En 1900, sur 4 192 véhicules fabriqués aux États-Unis, 1 575 étaient électriques, 936 à essence, et 1 681 à vapeur.
15 Fiacres électriques de la LONDON ELECTRICAL CAB Company en
service à Londres (1897)
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LE VÉHICULE ÉLECTRIQUE... UNE HISTOIRE DE PLUS DE 100 ANS… SANS CESSE RÉCURRENTE
Europe 2016
LA MOBILITE ELECTRIQUE UN MONDE EN MOUVEMENT
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Introduction
Les différentes technologies de véhicules électriques
Avantages et inconvénients des différentes technologies Le véhicule électrique aujourd'hui et demain
Conclusions
La mobilité électrique | 4 avril 2017
LES DIFFÉRENTES TECHNOLOGIES
Batterie
Réservoir Essence/Diesel
Moteur thermique
Moteur électrique
Véhicule hybride
Véhicule
hybride rechargeable
Batterie
Réservoir Essence/Diesel
Moteurthermique
Moteur électrique
Réservoir Essence/Diesel
Moteur thermique
Véhicule
thermique
LE VÉHICULE HYBRIDE PLUG-IN (PHEV)
Architecture de la chaîne de propulsion de la TOYOTA Prius
Exemple de la Toyota Prius
Moteur à combustion interne et moteur électrique
Batterie lithium-ion Borne de recharge
Autonomie (100% électrique) :
20 km
Freinage régénératif : Récupération de l’énergie de freinage
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LES DIFFÉRENTES TECHNOLOGIES
Batterie
Réservoir Essence/Diesel
Moteur thermique
Moteur électrique
Véhicule hybride
Véhicule
hybride rechargeable
Batterie
Réservoir Essence/Diesel
Moteurthermique
Moteur électrique
Batterie Moteur électrique
Véhicule batterie
Réservoir Essence/Diesel
Moteur thermique
Véhicule
thermique
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VÉHICULE ÉLECTRIQUE (BEV)
Exemple de la Renault Zoé
Autonomie :
~ 150 km (22 kWh)
~ 300 km (41 kWh)
Moteur électrique
Freinage régénératif : Récupération de l’énergie de freinage
Batterie lithium-ion
• 22 kWh/41 kWh
• 192 cellules
Cellule
Pack Module
X 16 X 12
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VÉHICULE ÉLECTRIQUE (BEV)
Exemple de la Tesla S
Autonomie : 500 km (modèle 90 D)
Batterie lithium-ion
• 79 kWh (modèle 90 D)
• 7104 cellules
L’INFRASTRUCTURE DE RECHARGE
Borne de recharge AUTOLIB à Paris
Différentes solutions de recharges des véhicules électriques entre 15 mn et 8 h en milieu urbain
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Borne de recharge CITE LIB à Grenoble
min.
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LES DIFFÉRENTES TECHNOLOGIES
Batterie
Réservoir Essence/Diesel
Moteur thermique
Moteur électrique
Véhicule hybride
Véhicule
hybride rechargeable
Batterie
Réservoir Essence/Diesel
Moteurthermique
Moteur électrique
Batterie Moteur électrique
Véhicule batterie
Réservoir Essence/Diesel
Moteur thermique
Véhicule thermique
Moteur électrique
Réservoir hydrogène
Système pile à combustible
Véhicule pile à combustible
Batterie
VÉHICULE PILE À COMBUSTIBLE (FCEV)
Principe de fonctionnement
Pile à combustible
Système complet intégré au véhicule
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2 réservoirs d’hydrogène (5,6 kg, 700 bar)
VÉHICULE PILE À COMBUSTIBLE (FCEV)
Autonomie : 600 km
Exemple de la Hyundai ix35
FCEV
Batterie Lithium- polymère
Système pile à combustible
(100 kW)
| PAGE 21 2 réservoirs d’hydrogène
(5 kg, 700 bar)
Système pile à combustible (114 kW) + convertisseur
Autonomie : 500 km
Batterie NiMH
Moteur électrique Electronique de
puissance
VÉHICULE PILE À COMBUSTIBLE (FCEV)
Exemple de la Toyota Mirai
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Exemple de la Clarity Fuel Cell
Batterie lithium-ion
Autonomie : 600 km
Chaine de traction pile à combustible (103 kW)
2 réservoirs d’hydrogène (1 + 5 kg, 700 bar)
VÉHICULE PILE À COMBUSTIBLE (FCEV)
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L’INFRASTRUCTURE DE RECHARGE STATIONS-SERVICES HYDROGÈNE
Metzingen (Allemagne)
Paris
La mobilité électrique | 4 avril 2017
L’INFRASTRUCTURE DE RECHARGE
STATIONS-SERVICES HYDROGÈNE
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LA STRATÉGIE NATIONALE
PLUS DE 40 STATIONS HYDROGÈNE ENTRE 2015 ET 2018 POUR DIFFÉRENTS TYPE DE VÉHICULES
Au delà de 2018: 30 territoires – 100 stations de distribution – 1000 véhicules
• Actuellement :
•
130 véhicules
•
14 stations H2
• Objectifs nationaux :
•
2018-2019:
•
1000 véhicules
•
100 stations H2
•
2030:
•
800 000 véhicules
•
600 stations H2
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LES DIFFÉRENTES TECHNOLOGIES
Moteur électrique
Réservoir hydrogène
Système pile à combustible
Véhicule pile à combustible
Batterie
Moteur électrique
Batterie
Véhicule batterie Prolongateur d’autonomie H
2Réservoir hydrogène Système pile
à combustible Moteur
électrique
Batterie
Véhicule batterie Prolongateur
d’autonomie thermique
Réservoir Essence/Diesel
Moteur thermique Batterie
Moteur électrique
Véhicule
batterie
VÉHICULE BATTERIE
PROLONGATEUR D’AUTONOMIE THERMIQUE (RE-BEV)
Autonomie : 170 km sans REX 340 km avec REX
Exemple de la BMW i3 REX
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Batterie lithium-ion
• 22/33 kWh
• 96 cellules
Moteur bicylindre de 650 cm
3(25 kW)
Moteur électrique Réservoir d’essence
(9 litres)
Alimentation essence
Alimentation électrique
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VÉHICULE BATTERIE
PROLONGATEUR D’AUTONOMIE H 2 (RE-BEV)
Autonomie : 320 km
Exemple de la HyKangoo
Système pile à combustible
(5 kW)
Réservoir d’hydrogène (1,7 kg, 350 bar)
Batterie lithium-ion
LA MOBILITE ELECTRIQUE UN MONDE EN MOUVEMENT
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Introduction
Les différentes technologies de véhicules électriques
Avantages et inconvénients des différentes technologies Le véhicule électrique aujourd'hui et demain
Conclusions
La mobilité électrique | 4 avril 2017
AVANTAGES ET INCONVÉNIENTS DES DIFFÉRENTES TECHNOLOGIES
Densités d’énergie
massique et volumique
AVANTAGES ET INCONVÉNIENTS DES DIFFÉRENTES TECHNOLOGIES
Densités d’énergie massique et volumique pour parcourir 500 km
L'autonomie d’un véhicule électrique sera toujours inferieure à celle d’un véhicule à moteur à combustion.
Diesel Hydrogène comprimé à 700 bar
6 kg H2= 200 kWh énergie chimique Batterie Lithium-ion 100 kWh énergie chimique
Système Combustible
Système Hydrogène
Système Batteries
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AVANTAGES ET INCONVÉNIENTS DES DIFFÉRENTES TECHNOLOGIES
RE-BEV
Vitesse max, autonomie, temps de remplissage
Moteur à combustion interne
Voiture électrique batterie Voiture hybride rechargeable
Voiture pile à combustible
Vitesse Max, km/h
Autonomie, km
Temps de remplissage, min/hr
Voiture électrique avec prolongateur d’autonomie
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AVANTAGES ET INCONVÉNIENTS DES DIFFÉRENTES TECHNOLOGIES
Impact environnemental
Source : http://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/13005_well_to_wheels_ghg_oil_ldvs.pdf La mobilité électrique | 4 avril 2017
AVANTAGES ET INCONVÉNIENTS DES DIFFÉRENTES TECHNOLOGIES
Impact environnemental
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AVANTAGES ET INCONVÉNIENTS DES DIFFÉRENTES TECHNOLOGIES
Coût complet de possession (TCO) des différentes technologies
Source : www.fch.europa.eu/sites/default/files/Power_trains_for_Europe_0.pdf
La mobilité électrique | 4 avril 2017
AVANTAGES ET INCONVÉNIENTS DES DIFFÉRENTES
TECHNOLOGIES
LA MOBILITE ELECTRIQUE UN MONDE EN MOUVEMENT
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Introduction
Les différentes technologies de véhicules électriques
Avantages et inconvénients des différentes technologies Le véhicule électrique aujourd'hui et demain
Conclusions
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LE VÉHICULE ÉLECTRIQUE AUJOURD’HUI
Quelques chiffes (2016)
• Parc automobile français : 32 millions de véhicules
• Nouvelles immatriculations : 2 millions de véhicules (= 6% du parc)
Véhicule hybride = 2,9% des nouvelles immatriculations
Véhicule électrique = 1,1% des nouvelles immatriculations
En 2016
21 751
véhiculesparticuliers
5 556
véhicules utilitairesEn France
Parc véhicules électriques 2016
• 67 000 véhicules particuliers
• 26 000 véhicules utilitaires
LE VÉHICULE ÉLECTRIQUE AUJOURD’HUI
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www.avere-france.org/Site/Article/?article_id=6847
Parc automobile européen : 370 millions de véhicules
Dont env. 340 000 véhicules électriques
En Europe 12,6% des ventes 2016 1,1% des ventes 2016
www.wec-france.org
www.avere-france.org/Site/Article/?article_id=6377&from_espace_adherent=0
La mobilité électrique | 4 avril 2017
LE VÉHICULE ÉLECTRIQUE AUJOURD’HUI
Parc automobile mondial : 1,2 milliard de véhicules
Dont env. 1 300 000 véhicules électriques
Dans le monde
Evolution du parc mondial de voitures électriques de 2009 à 2016
www.iea.org/publications/freepublications/publication/Global_EV_Outlook_2016.pdf
Evolution du parc mondial de voitures électriques et hybrides de 2010 à 2015
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VENTES DE FCEV AUX ETATS-UNIS
Source : http://iphe.net/docs/Meetings/SC26/Item%203%20Country%20Update%20-%20USA.pdf
La mobilité électrique | 4 avril 2017
DEMAIN… UNE VOITURE POUR CHAQUE USAGE
Batteries Hybrides
Pile à
combustible
Arrêts/démarrage Continu
Véhicules légers Véhicules
lourds
Moteur à
combustion interne
Ville Banlieue Interurbain Autoroute
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LE FUTUR DES VÉHICULES ÉLECTRIQUES ET HYBRIDES
La mobilité électrique | 4 avril 2017
Evolution du marché des véhicules légers électriques et hybrides électriques
Voiture pile à combustible Voiture électrique
Voiture hybride rechargeable Voiture hybride
Voiture GNC/GPL Voiture diesel Voiture essence
V en te d e v o itu res (mi ll io n s)
www.iea.org/publications/freepublications/publication/EV_PHEV_Roadmap.pdf
LE FUTUR DES VÉHICULES ÉLECTRIQUES ET HYBRIDES
Evolution du parc de véhicules légers par type de technologie
France (scénario ANCRE)
(France, Italy, Germany, UK)
http://itese.cea.fr/downloads.php?file=/fr/Publications/LettreIt ese/Lettre_itese_30/files/1_Lettre_itese_printemps_2017___Ec lairage_Scenario_loi_de_transition_energetique_pour_la_croiss ance_verte.pdf
LA MOBILITE ELECTRIQUE UN MONDE EN MOUVEMENT
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Introduction
Les différentes technologies de véhicules électriques
Avantages et inconvénients des différentes technologies Le véhicule électrique aujourd'hui et demain
Conclusions
La mobilité électrique | 4 avril 2017
POURQUOI PEU DE VOITURES ÉLECTRIQUES SUR LA ROUTE ?
Prix d’achat véhicule encore trop élevé
Premiers déploiements : flottes captives, auto partage
Autonomie encore trop faible
En particulier, pour le véhicule batterie lithium
Infrastructure de recharge peu développée Temps de recharge trop long
En particulier, pour le véhicule batterie lithium
Réglementation encore trop contraignante
En particulier, pour la filière hydrogène
Perception d’un risque « potentiellement » élevé (H & Li)
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DONC… UN BESOIN DE RECHERCHE
Augmenter les performances des composants et systèmes
Augmenter les densités de puissance (PAC) et d’énergie (batteries) Augmenter la durée de vie
Réduire le coût des composants et systèmes
Matériaux innovants, simplification des systèmes…
Recyclage
Assurer la sécurité des systèmes embarqués
Technologies « sures » pour les batteries Li Réservoirs Hydrogène à sécurité intégrée Gestion des situations accidentelles
Réglementation encore trop contraignante
Participation aux groupes de travail normalisation, réglementation
La mobilité électrique | 4 avril 2017
Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives DRT
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Merci de votre attention
VÉHICULE ÉLECTRIQUE (BEV)
Exemple de la Renault Zoé
Freinage régénératif : Récupération de l’énergie de freinage Moteur électrique
Batterie lithium-ion
• 22 kWh/41 kWh
• 192 cellules
Autonomie : 120 – 150 km (22 kWh)
~ 300 km (41 kWh)
X 16 X 12
275 Wh/L 160 Wh/kg
Cellule
36 Ah 0.86 kg
Pack
95 Wh/kg
26 kWh280 kg
202 Wh/L 131 Wh/kg
Module
16,4 kg
| PAGE 49 La mobilité électrique | 17 février 2017
