VERS LA MOBILITÉ ÉLECTRIQUE

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1 VERS LA MOBILITÉ ÉLECTRIQUE Jérôme Perrin DREAM - Direction de la Recherche, des Etudes Avancées, et des Matériaux Directeur des Projets Avancés CO 2, Energie, Environnement

2 LES DÉFIS ENVIRONNEMENTAUX MONDIAUX SONT CEUX DE L INDUSTRIE AUTOMOBILE CHANGEMENT CLIMATIQUE POLLUTION DE L AIR RESSOURCES NATURELLES DÉCHETS ÉMISSIONS CO 2 PRODUCTION FIN DE VIE & & RÉGLEMENTATIONS COMPÉTITIVITÉ

3 EU CAFE CO 2 (g/km) NEDC, TTW * Une combinaison de technologies pour réduire les émissions de CO2 dans un cadre réglementaire POLLUANTS : NOx, HC, CO, PM Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5 Euro 6 Euro 7 Masse, Aéro. & Roulement GMP essence et diesel Electrification ACEA 136.4g CO2 EU Reg. 100% 131.3g cible 130g 95g * TTW = Tank-To-Wheel = du réservoir à la roue

4 g CO 2 /km Une convergence mondiale des objectifs g g US Government initiative g 145g 154g Déclaration du gouvernement Chinois CAFE Europe 130g 107g 105g 95g

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6 Réduction des émissions de CO 2 100% 100% 75% 75% 50% 50% 25% 25% Stop Stop & Go Go Electrification croissante de la propulsion des véhicules Mild Mild HEV HEV PHEV PHEV Range Range Extender Extender BEV BEV Electrique Electrique pur pur Hybrides Hybrides rechargeables rechargeables Pas Pas de de recharge recharge sur sur le le réseau réseau 0% 0% Surcoût ( ) / chaine de traction thermique (batterie comprise)

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8 Milestones of the European Industry Roadmap for Electrification of Road Transport

9 LE PROGRAMME «ZÉRO EMISSION» de RENAULT

10 Stratégie «ZÉRO EMISSION» devenir leader, avec Nissan, dans la mobilité électrique en offrant des véhicules abordables FLUENCE TWIZY KANGOO ZOE LEAF 10

11 KANGOO ZE : Octobre 2011 Identique à la version thermique Volume de charge : 3 à 3,5 m³ (L1) / 4,6 m³ (L2) Mass de chargement : 650 kg Masse vide : 1410 kg Puissance moteur : 44 kw Couple : 226 Nm Vitesse max. : 130 km/h Autonomie (NEDC) : 170 km Recharge standard : 6 à 8 hrs

12 FLUENCE ZE : Novembre 2011 Longueur : m Largeur : m Hauteur : mm Masse à vide : 1543 kg Sièges : 5 Puissance moteur : 70 kw Couple : 226 Nm Vitesse max. : 135 km/h Autonomie (NEDC) : 185 km Recharge standard : 6-8 hrs Technologie Quickdrop : Echange de batterie en 3 minutes Système de navigation intelligente

13 TWIZY : Mars 2012 Longueur : m Largeur : m Hauteur : m Sièges : 2 Puissance moteur : 15 kw Couple : 57 Nm Vitesse max. : 75 km/h (fonction boost) Autonomie (cycle urbain) : 100 km Recharge standard : 3.5 hr

14 ZOE : Septembre 2012 Places : 5 Puissance du moteur : 60 kw Couple : 222 Nm Vitesse max. : 135 km/h Autonomie (NEDC) : 210 km Recharge standard : 6 à 8 hrs Recharge rapide : 0.5 à 1 hr Quck drop : échange de batterie en 3 mn

15 Autonomie du véhicule électrique : faits et chiffres Fluence-ZE Batterie de 24 kwh vitesse Vitesse (km/h) (km/hr) km sur cycle NEDC 182 km sur un trajet Cycle NEDC NEDC = New European Driving Cycle (s) Temps (s) Tel-Aviv Jerusalem Tel-Aviv

16 Une autonomie satisfaisante même en usage réel 210 km 185 km 170 km 150 km Economètre ECO mode + = Pré-conditionnement Eco-conduite Au moins 120 km in real life 100 km Cycle standard NEDC Autres Conditions réelles d usage

17 Compatible avec des usages journaliers en Europe font moins de 60 km / jour 87% des trajets 13% > 60 km / jour 32% des véhicules du segment B ne font JAMAIS plus de 150 km 68% souvent / parfois

18 Une vraie solution à la réduction des émissions de CO2 Emissions de CO 2 «du puits à la roue» = well to wheel» Comparaison de véhicules Renault du segment C sur le cycle de conduite européen NEDC Fluence Essence v 176 Fluence Diesel 1.5 dci 133 Fluence-E Electricité EU mix 62 Fluence-E Electricité FR mix 12 Fluence-E Electricité charbon EU 128 Fluence-E Electricité éolienne du puits au réservoir well to tank du réservoir à la roue tank to wheel Emissions de CO 2 (g/km) Sources : JRC-EUCAR-CONCAWE study «Well-to-Wheels Analysis of Future Automotive Fuels and Powertrains In the European Context»,, v3 Nov : - energy consumption and CO2 emissions from homologation data on European driving cycle NEDC 18

19 Une stratégie industrielle Maubeuge (France) Kangoo ZE usine batteries usine véhicule Flins (France) ZOE Valladolid (Espagne) Twizy Bursa (Turquie) Fluence ZE Busan (Corée) SM3 EV

20 Énergéticiens : ex Des partenariats plus de 150 dans le monde Fournisseurs d infrastructure : ex Centres de R&D: ex Gestionnaires d infrastructure (centres commerciaux, parkings, hôtels) : ex Etats, villes, régions : ex Georgia

21 Marché de masse des VE à coût abordable Production en gde série en usine Achat = Kangoo Z.E. Kangoo diesel Stratégie de location de batterie Usage Coût d usage compétitif dès ~40-50 km par jour Incitations gouvernementales

22 Une infrastructure de recharge nécessaire Recharge standard - maison - travail - lieux publiocs 4 à 8 h Station Quick Drop - Une nouvelle batterie en 3mn Recharge rapide - station de recharge 30mn Un système de navigation intelligent 22

23 INNOVATION TECHNOLOGIQUE EN MÉCATRONIQUE

24 1 ère Génération < 2011 FLUENCE Z.E. Vers de nouvelles générations de Véhicules Electriques 2 ème Génération 2012 ZOE Z.E. 3 ème Génération ? KANGOO Z.E. Versions électrifiées de modèles thermiques TWIZY Z.E. FLUENCE 2011 VE spécifiques avec des technologies 2008 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 24

25 GMP électrique Concept de machine Chargeur et onduleur Intégration mécatronique Architecture E/E Gestion thermique Gestion d énergie à bord Consommation des auxiliaires Climatisation / chauffage Récupération d énergie Eco-conduite Domaines d innovation technologique pour les VE Extension d autonomie Grpe électrogène embarqué Pile à combustible à H2 Hybrides rechargeables Batteries Energie spécifique Durée de vie Sécurité, SdF Contrôle électronique (BMS) Réutilisation & Recyclage 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 NORMES ET STANDARDS

26 Le Véhicule électrique dans son écosystème Nouvelle offre de mobilité Location de batterie Seconde vie des batteries Solutions de recharge filaire AC ou DC Recyclage batteries & VE Recharge ss fil par induction Stations quick drop Recharge intelligente Réseau intelligent V2H / V2G Services à l Energie, Mobilité & Multimodalité, Gestion du cycle de vie

27 Objectif Véhicule électrique avec chargeur intégré Puissance 43 kw 400 V triphasé, 63 A VELCRI : Véhicule ELectrique à Charge Rapide Intégrée 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 Consortium - -

28 VEGA - THOP : Véhicule Electrique à Grande Autonomie : développement d un système de gestion THermique à efficacité OPtimisée du confort habitacle et de la chaîne de traction 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% Consortium Développements techniques Pompe à chaleur isolation radiative de l habitacle efficacité boucle thermodynamique

29 CINELI & WIC2IT Chargeur par Induction Electrique & Wireless Inductive Charging to Inter-operation Testing

30 VEL-ROUE : Véhicule ELectrique à moteurs ROUEs Objectif : un VE hybride rechargeable bi-mode - 1 moteur essence/e85 sur train avant - 2 moteurs électriques près des roues sur train arrière - 40 gco 2 /km sur cycle homologué Développements techniques Architecture véhicule et système Moteur électrique Système de crabotage Transition de mode Liaison au sol Freinage Consortium

31 Kangoo ZE + prolongateur d autonomie H2- PàC 1 er prototype : Kangoo ZE courte (L1) Projet financé par le Conseil Général des Yvelines Pile à combustible de 5 à 7 kw réservoir Air Liquide / Dynetek H2 350 bars

32 FEUILLE DE ROUTE POUR LA MÉCATRONIQUE AUTOMOBILE

33 L électronique dans l automobile

34 Des applications faible puissance Pompe à carburant Contrôle d admission d air Transmission Alternateur Freinage Direction Turbo chargeur

35 Jusqu à la forte puissance pour la traction!!! Pack Batterie Onduleur Module de puissance Machines électriques

36 Des changements d architecture E/E Source : Oliver Wydman : Etude de la filière électronique pour le Fonds de Modernisation des Equipementiers Automobiles, Renault et PSA

37 Macro-modules des Véhicules électriques et hybrides Source : Oliver Wydman, ibid.

38 Substitution de composants mécaniques par des composants électroniques Source : Oliver Wydman, ibid.

39 De lourds efforts de R&D Coût Séparés Joints 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 Inclus Fusionnés 2 objets 1 objet Maturité, volume

40 Objectifs et défis 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 Machines électriques Supprimer les terres rares Introduire de nouvelles topologies 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 Electronique de puissance Introduire des nouveaux matériaux (GaN, SiC ) Généraliser des systèmes de refroidissement diphasique

41 Au-delà du silicium Le silicium atteint ses limites pour les composants de puissance Deux technologies concurrentes pour aller au-delà : GaN ou SiC

42 Avantages du GaN/Si $$$ substrat 200mm «bas coût» compatibilité avec la filière Si SiC Si Coût système GaN sur Si 2017 > 2020 SiC GaN sur Si Si Coût composant Année / volume Potentiel de coût du GaN/Si >>> SiC

43 Scénario technologique Coût, rendement? Si Techno GaN Moyenne puissance Faible risque Puces horizontales normalement ouvertes Techno GaN Haute puissance Haut risque Puces verticales normalement fermées t

44 Construction d une filière techno pour plusieurs secteurs industriels Laboratoires Industriels Utilisateurs Modules puissance Plaquette/puce Wafer Chip (switch) Packaging Driver G2ELab, Armines Ampère SATIE Projet MEGaN Griset Loupot Serma Tronico xxx? xxx?

45 MOVEO ET VEDECOM

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49 Institut du Véhicule Décarboné et Communicant et de sa Mobilité

50 Enjeu : l efficacité énergétique dans les transports individuels 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

51 Une Vision et une Mission Prendre le problème de la mobilité dans son ensemble Le Véhicule L éco-mobilité Electrification des Véhicules Délégation de conduite Connectivité Zéro émission en zone urbaine La fluidité sans accident en zone urbaine La mobilité et l énergie partagées Infrastructure et Services pour les nouveaux usages Amener les ruptures attendues pour l efficacité énergétique : ouvrir de nouvelles perspectives pour la mobilité individuelle, en priorité dans les villes et les périphéries urbaines compatibles avec les énergies décarbonée et renouvelables.

52 Programme électrification des véhicules Trois grands thèmes d action les machines électriques et leur mécanique associée la mécatronique 3D, avec en particulier la mécatronique de puissance les systèmes thermiques de contrôle et de redistribution de chaleur Soutenus par deux compétences transverses modélisation et simulation pour concevoir de façon sure et rapide robustesse et fiabilité des nouvelles technologies. Introduction massive de la traction décarbonée sur toutes les variantes de véhicules adaptés à la nouvelle mobilité

53 Programme connectivité et délégation de conduite Nouveaux modes de déplacement individuel Délégation de conduite (assistée, automatique) Connectivité et sécurité coopérative Intermodalité

54 Programme infrastructures et services

55 Un partenariat inédit La Filière Automobile entière représentée à tous les niveaux La Filière de l Eco-mobilité AREP COFIROUTE EDF ATOS Les décideurs et acteurs des territoires Communauté d Agglo St Quentin, et Versailles Grand Parc, EPPS CADLM La Recherche Académique et Formation à son plus haut niveau UVSQ PARISTECH (Mines, Telecom, ENSAM, ENSTA, HEC, X,..),SUPMECA, STRATE College

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

57 MERCI