Conférence RWU Bagnolet le 19 septembre 2013

Transcription

1 Conférence RWU Bagnolet le 19 septembre 2013

2 Introduction Solutions LEGRAND pour l efficacité énergétique Objectifs et synthèse du projet Historique, organigramme, projet RWU Normalisation, brevets, résultats Démonstration Perspectives Conclusion

3 INTRODUCTION

4 Positionnement RWU dans la stratégie des pôles EQUIPEMENTS ET PRODUITS ECO EFFICIENTS (industriels, médicaux, grand public ) Sécurité Assistance à l autonomie Gestion de l énergie Multimédia BÂTIMENT INTELLIGENT ET ÉCO EFFICIENT (tertiaire et résidentiel) SANTÉ / AUTONOMIE Sécurité et bien être des personnes Sécurité des équipements Photonique DÉFENSE / SÉCURITÉ Optimiser la gestion des énergies électriques/thermiques SOLUTIONS DE RUPTURE Électroniques Hyperfréquences Numérique SMART GRIDS: réseau électrique performant ENERGIES MARINES RENOUVELABLES BÂTIMENTS INTELLIGENTS Technologies efficaces en énergie (composants, nouveaux systèmes par ondes ) Nouvelles interfaces pour les lieux de vie Modules photovoltaïques organiques (OPV) TÉLÉCOMS ET NUMÉRIQUE Efficacité énergétique Société numérique

5 OBJECTIFS, SYNTHÈSE DU PROJET

6 Objectifs Synthèse du projet Objectifs RWU Supprimer la consommation de veille des appareils télécommandés

7 Objectifs, synthèse du projet Le constat La consommation des équipements en veille augmente plus vite que tous les autres postes Source: Projet SELINA Dans la maison veille=11% de l electricité spécifique veille RWU = 4% de l E.S. Source: Projet REMODECE

8 Objectifs synthèse du projet Contrainte réglementaire RWU Directive EuP (Energy using Products) dite «Ecodesign» appareils «visibles» branchés sur une prise de courant limite 2013 Arrêt (W) 0.5 Veille, appareil sans afficheur (W) 0.5 Veille, appareil avec afficheur (W) 1 RWU vise 1 milliwatt

9 Objectifs, synthèse du projet Les paradoxes du bâtiment intelligent L efficacité énergétique implique de maîtriser la commande de tous les équipements, d où : 1. Multiplication des équipements en veille Éclairage Ouvrants, occultants, portes, trappes Alarmes, HVAC, contrôle d accès 2. Beaucoup de veille, peu d actions 3. Des appareils, des systèmes «invisibles» pour l exploitant et pour la règlementation (intégrés au bâti)

10 Objectifs, synthèse du projet Comment? En apportant sans qu il y ait contact une énergie qui fasse basculer l interrupteur Pour un interrupteur électromécanique de qualité, l énergie du doigt est de l ordre de la dizaine de milli Joule. Pour RWU, la transmission de l énergie se fera par radio fréquence 2,45 GHz. L énergie nécessaire (au récepteur) est de l ordre du nano Joule.

11 Objectifs, synthèse du projet La solution technique Cahier des Charges : Portée > 5 m dans la pièce Emetteur et récepteur compacts (intégrable dans les hébergements existants) Compatible avec les normes existantes

12 Objectifs, synthèse du projet Détail des travaux d études Etude du circuit d amplification, estimation autonomie batterie Etude d une antenne Utilisation d une «directive» antenne de type patch Estimation bilan de liaison, détermination portée Etude d une structure de rectification

13 Objectifs, synthèse du projet Résultats Techniques : Temps de réveil : < 200 ms Portée jusqu à 25 m durée de vie batterie émetteur > 10 ans directivité ajustable en émission et réception consommation en veille < 1 mw Normatifs : conforme norme ISM: «Alimentation à distance d un récepteur» Fixe la fréquence (2,45GHz) conforme normes sanitaires : 61 V/m (public) a fortiori 137 V/m (travailleurs)

14 HISTORIQUE PROJET RWU

15 Historique de RWU Février 2008 : premières discussions suite au projet CAPTHOM Juillet 2008 : verrous et premiers essais Septembre 2008 :présentation nouveaux partenaires et mise en place des objectifs Novembre 2008 : dépôt FUI 7 Février 2009 : réunion avec la DGCIS Mai 2009 : finalisation de l annexe technique Octobre 2009 : réunion de lancement du projet 5 décembre 2012 : revue finale du projet 1er proto ampli 4W portée 20cm

16 Organisation du projet WP0 Coordination WP1 Cdc fonctionnel WP2a Dimensionnement du système WP2b Coordination Energie-Données dans le système WP3 Cdc technique WP4a antennes émettrice WP4b circuit emetteur WP4c antennes de réception WP4d circuit récepteur WP4a 1 antennes émettrice WP4a 2 Design antennes communication WP4b 1 Design circuit de puissance WP4b 2 Design circuit de communication WP4b 3 Conception et validation WP4c 1 rectenna WP4c 2 antenne réception communication WP4d 1 circuit de puissance WP4d 2 circuit de communication WP4d 3 Conception et validation WP5 Tests système complet WP7a démonstrateur discret WP6 Opurtunité d intégration Présentation du projet Remote WP7bWake Up LEGRAND BAGNOLET jeudi 19 septembre 2013 tests de compatibilité WP7c valorisation

17 Tour de table Legrand Legrand est chef de file du projet et se positionne comme un «utilisateur final» dans RWU : Legrand est leader des WP «cdc fonctionnel» et «valorisation» Le projet s inscrit dans une stratégie de valorisation du point de commande. Legrand est leader mondial de l interrupteur (de l installation électrique), le déploiement de solutions domotiques peut être pénalisé par la multiplication des veilles. Les activités principales de Legrand dans RWU sont les spécifications amont et l évaluation finale des résultats obtenus.

18 Tour de table Université d Orléans Pôle Capteurs Automatismes Coordination du projet Accord de consortium Livrables

19 Tour de table Xlim Dimensionnement et expertise au niveau antennes Prendre en compte l environnement des antennes (émission et réception) pour les différents scénarios Dimensionner les solutions antennes pour maximiser les bilans de liaison Interagir avec les différents partenaires et proposer des solutions antennes pour minimiser les contraintes sur le système Réalisation et mesures de prototypes Dimensionnement du système Antennes émettrices Antennes réception communication

20 Tour de table Ampère rédaction du CdC Technique approche système, dimensionnement conception du circuit de rectification RF/DC simulation électromagnétique globale circuit de puissance fermeture de l interrupteur de puissance Conception du circuit de démodulation en technologie intégrée Silicium Réalisations et tests de prototypes

21 Tour de table Sorec coordination énergie / données circuit de communication circuit émetteur circuit récepteur démonstrateur(s) discret(s) Conception et réalisation des systèmes électroniques embarqués faibles consommations. Intégration des solutions développées pour la réalisation d un ou plusieurs démonstrateurs.

22 Tour de table ST Microelectronics ST Microelectronics intervient en tant qu intégrateur et fondeur de l application finale définie par l ensemble du consortium. Mise à disposition du consortium du savoir faire de ST en terme de conception, simulation électrique ou électromagnétique et intégration dans les technologies disponibles sur le site de Tours. Fourniture des circuits intégrés passifs (IPD) de types antennes, transformateurs, adaptation d impédance

23 Tour de table Cisteme En support d XLIM au niveau du dimensionnement, de la réalisation et de la caractérisation des antennes Réalisation des premiers prototypes pour valider les concepts antennaires Mise en œuvre des démonstrateurs Test du système complet et tests de compatibilité Campagnes sur LIMOGES de validation des éléments discrets Test du système complet et mise en place d un banc de mesure de compatibilité

24 Tour de table ADETEL Début de l automne 2011 > fermeture de la société ADETEL sur le site de Limoges. Les conséquences sur le projet sont multiples : ADETEL devait concevoir l alimentation du système ADETEL avait pour objectif le marché automobile Nous avons négocié avec ADETEL la mise à disposition d un système d alimentation (non optimal) qui pourra nous permettre de faire fonctionner notre dispositif une fois intégré.

25 Organisation Suivi du projet Réunion physique chaque trimestre, entrecoupée d une ou plusieurs réunions téléphoniques. 27 octobre 2009 lancement 20 novembre 2009 (tél.) 15 décembre janvier 2010 (tél.) 4 mars avril 2010 (tél.) 4 juin juillet 2010 (tél) 20 septembre novembre 2010 confcall 15 novembre 2010 réunion Limoges 29 novembre 2010 conf call 15 décembre 2010 conf call 11 janvier 2011 conf call 27 janvier 2011 réunion Limoges 9 mars 2011 conf call 5 avril 2011 réunion Paris 23 mai 2011 confcall 16 juin 2011 confcall 05 juillet 2011 réunion Bourges 05 septembre 2011 conf call 06 octobre 2011 conf call 24 novembre 2011 revue de projet à Limoges 21 janvier 2012 confcall 7 mars 2012 confcall 3 avril 2012 réunion Paris 14 mai 2012 confcall 20 juin 2012 réunion Limoges 29 août 2012 confcall 1 er octobre 2012 réunion technique (Legrand, Cistème, Pôle Capteurs) 2 octobre 2012 conf call 10 octobre 2012 conf call 23 octobre 2012 conf call 26 octobre 2012 réunion présentielle avec ST Italie Paris 15 novembre 2012 confcall 5 décembre 2012 revue de projet 34 réunions pendant le projet, 15 réunions après la fin du projet, 5 réunions pour monter le projet

26 Soutiens Financiers Budget du projet : 1,9 M Ressources : 18 pers.an

27 CHOIX TECHNIQUES NORMALISATION BREVETS RÉSULTATS

28 Description Prise secteur Interrupteur avec système d auto maintient Rectenna Antenne de champ électrique CdC : mode veille à consommation nulle! Portée > 5 m dans la pièce Emetteur et récepteur compacts Compatibles avec les normes sanitaires

29 Principe Circuit de réception : Réception du signal de puissance Réveil de l étage de démodulation Alimentation de la charge par l intermédiaire de l interrupteur à auto maintien

30 Normalisation La puissance de l émetteur RF impacte directement la portée du système. (atténuation quadratique) L émetteur RWU combine énergie (réveil) et signal (adressage) qui sont régis par 2 réglementations différentes. Le concept RWU étant nouveau, quelle règle appliquer?

31 Normalisation L arrimage aux équipements ISM (Industriel Scientifique Médical) ou au monde TELECOM est déclaratif. Après consultation de l ONF (Organisme Notifié Français) CEM, l ETSI, EMITECH et considérant que : 1. La fonction principale est le transfert d énergie, l adressage est temporellement dissocié 2. RWU est très proche d un système RFID 3. les temps d émission sont très faibles

32 Normalisation Les produits embarquant la technologie RWU feront l objet d une déclaration constructeur les rattachant aux équipements ISM. Par conséquent, le terme «télécommande» est à proscrire, on préférera une sémantique énergie type «alimentation à distance d un récepteur"

33 Brevet Déclaration d invention en octobre 2011, dépôt brevet en 2012 AMPERE XLIM Prise secteur Antenne émettrice Onde µonde électromagnétique Interrupteur avec système d auto maintient Source μ ondes Rectenna Télécommande Antenne de champ électrique

34 Conception du système Circuit émetteur Carte émettrice fabriquée La taille finale de la carte est 82x42 mm L électronique intégrant l alimentation et la partie RF occupe la moitié du substrat (40x42mm), l autre moitié (42x42mm) est occupée par l antenne

35 Conception du système Circuit récepteur Prototype du récepteur industrialisé (sans antenne de réception) Dimensions de la carte électronique : 75 x 65mm Carte intégrant : parties analogique et RF du labo Ampère (rectenna, amplificateur, auto maintien) partie numérique pour le décodage des données de réveil de Sorec (µc et logiciel)

36 Conception du système Antennes d émission et de réception Antennes fabriquées pour le labo XLIM Antenne émettrice RWU Antenne réceptrice RWU avec rectenna Antenne réceptrice plafonnier avec rectenna Antenne émettrice 15 éléments

37 Résultats Niveau rectenna Tests de sensibilité : Distance de commutation pour différents niveaux de puissance Sensibilité angle d incidence, polarisation Tests de compatibilité avec l environnement. >15 mètres Test 4W EIRP Ge=7,5dB Gr=6,7dB

38 DÉMONSTRATIONS

39 PERSPECTIVES

40 Perspectives techniques Amélioration de l existant : *Optimisation des concepts : augmentation des portées pour améliorer l ergonomie d utilisation Vers une Electronique toute intégrée (baisse des niveaux et du coût) Ingénierie de co conception Antenne Récepteur visant à l amélioration des sensibilités Déclinaison de nouveaux domaines applicatifs : *Réseaux de capteurs autonomes Miniaturisation Déclinaison vers d autres gammes de fréquences Hybridation (fonctions complémentaires d autres systèmes)

41 Perspectives techniques Valorisation des compétences développées : vers de nouveaux axes de R&D *Harvesting des ondes EM : Collecte du spectre multi fréquences, multi polarisations et omnidirectionnelle Recherche d architectures dédiées Convertir, adapter l énergie et la stocker : o Convertisseur DC DC : très faible puissance (µw) avec élévation de tension o Problème de start up (auto alimentation) o Stockage : super capacité versus accumulateur (batterie) Prix FIEEC

42 Marché Contexte économique Marché de masse : Résidentiel : va & vient sans fil, volets roulants, portails, portes de garage, sonnettes Electronique grand public : télévisions, box, enregistreurs DVD Tertiaire : commande d éclairage, climatisation, vidéo projecteurs, Industrie : capteurs isolés, réseau de capteurs Emetteur_1 récepteur Emetteur_2

43 Marché Contexte économique Marché de niche : Récepteur non raccordé au réseau électrique Sur batteries (recharge par EnR) Fenêtres de toit photovoltaïques Capteurs de structures d ouvrages d art Sur piles Signal Compteurs eaux et gaz communicants acoustique Signalétique pour malvoyants Application Dubouchet RWU

44 Opportunités d intégration Analyse et opportunité d intégration dans des technologies utilisées sur le site de Tours (IPD RF) Deux fonctions ont été identifiées comme étant candidates à une intégration dans la technologie IPD RF Tours (Integrated Passive Device) : 1 transformateur avec adaptation d impédance (Balun + matching) pour le transceiver TI CC circuit d adaptation d impédance pour l amplificateur de puissance RFMD RF5602. Les puces correspondants à ces deux fonctions ont été réalisées, validées électriquement et fonctionnellement avant livraison au consortium.

45 Opportunités d intégration IPD dans RWU : BAL80J742P5G Balun+ matching TI CC2500 Vue de détail de la partie «transformateur + adaptation d impédance» du circuit TI CC2500 Vue de la puce IPD réalisant une fonction identique 10mm Vue d ensemble de la partie RF de l émetteur Solution composants discrets CMS : 12mm² Composant IPD : 1.2mm² > Surface circuit imprimé occupé divisée par 10

46 Opportunités d intégration IPD dans RWU : RF5602PA matching RFMD5602 Vue la puce IPD réalisant une fonction identique Vue de détail de la partie adaptation d impedance du circuit RFMD RF mm Vue d ensemble de la partie RF de l émetteur Solution composants discrets CMS : 28mm² Composant IPD : 1.4mm² > Surface circuit imprimé occupé divisée par 20

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48 CONCLUSION

49 Concours EDF «Energie intelligente» Dépôt de la candidature le 26 juin 2013 Candidature retenue pour audition finale Audition finale prévue sur Lyon le 26 septembre 2013

50 Perspectives industrielles Développements de RWU Projet en cours dans le domaine tertiaire pour l éclairage de bâtiments de bureaux prenant en compte l efficience énergétique Licence concédée par Lyon Science Transfert à SOREC pour projet GRILLON (société DUBOUCHET) Déploiement du projet GRILLON en vraie grandeur pour DUBOUCHET. Celui ci fera suite à la réalisation des premiers démonstrateurs.

51 Marché Contexte économique Marché de niche : Récepteur sur pile Signalétique pour malvoyants Récepteurs hors réseau Société Dubouchet Signal acoustique RWU

52 RWU Supprimer la consommation de veille des appareils télécommandés