L automobile de demain 5 fronts à attaquer: les pollutions, la diversité énergétique, la congestion, l amélioration de la sécurité, le confort.

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1 L automobile de demain 5 fronts à attaquer: les pollutions, la diversité énergétique, la congestion, l amélioration de la sécurité, le confort. 1

2 2050 >>1500 millions de véhicules (3 000?) 9 milliards d habitants >70% de la population vit en ville >30% des émissions de CO 2 et >75% de l utilisation du pétrole sont liées au transport Aujourd hui >850 millions de véhicules 6,6 milliards d habitants (2 sur 5 en Chine et Inde) 50% de la population vit en ville 24% des émissions de CO 2 et 60% de l utilisation du pétrole sont liées au transport (dépendant à 97% du pétrole) millions de véhicules 2,5 milliards d habitants 28% de la population vit en ville <10% des émissions de CO 2 et 20% de l utilisation du pétrole sont 2 liées au transport

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4 Disponibilité moyenne en pétrole + gaz par habitant sur la planète : projection jusqu'en 2050 Il est donc indispensable d'augmenter le rendement des motorisations et de diversifier progressivement les sources d'énergie 4

5 Une nouvelle mobilité s installe Des trajets courts dans la mobilité au quotidien 38 km parcouru en moyenne par jour en semaine 70 % des déplacements automobiles font - de 30 km Baisse de l usage quotidien automobile en centre ville 92% de son temps un véhicule est immobilisé De nouveaux comportements de mobilité : auto partage multi modalité / location Des incitations d achats pour un VE Développement des péages urbains Investissements dans les infrastructures de recharge 5

6 R&D focalisées Transports Electriques Générateur Electrique Batteries Piles à combustible Hybridation Solaire &Bâtiment Energie Solaire Solaire PV, CSP,CPV Systèmes électriques Efficacité énergétique Electronique Gde surface Nanomatériaux µ-sources Récupération d énergie Electronique organique Biomasse &Hydrogène Stockage massif Production H2 Stockage H2 Usages 6

7 Le stockage de l électricité au cœur de la stratégie du CEA «l électricité sans émission de gaz à effet de serre» Stockage d électricité «objets nomades» Stockage d électricité «véhicules électriques» Stockage d électricité «stationnaire» (compensation intermittences) Electronique 10 µwh Transport 10 kwh Energie Renouvelable 10 MWh 7

8 ACTIVITES TRANSPORTS INNOVANTS v Batteries Electronique Pile à combustible Gestion de l Energie Capteurs Pot d Échappement Echangeurs Thermiques 8

9 De la chimie aux tests de véhicules Matériaux innovants Synthèse poudre Prototypes batteries Systèmes électriques Gestion des batteries Caractérisation Intégration transport Monitoring Chaîne de traction Amplitude Vs Time T de détection = 48 C- 50 C Test Time = 33,000 sec T d emballement = 67 C- 70 C Test Time =50,000 sec Données GPS Capacités Batteries Traitement des données de monitoring CHARGE DISCHARGE Espace véhicule (pont élévateur à deux colonnes et table élévatrice) Espace test et intervention sur les électroniques de puissance CEA-Grenoble INES-Chambéry CEA-Grenoble 9

10 Specific Power (W/kg) Des batteries pour la filière hybride (HEV) et tout électrique (EV) Pb Ni-Cd Ni-MH Liten-HEV (technologie bipolaire) Li-ion (power) Li-polymer Supercapacitance Li-ion (energy) Liten-EV (matériaux forte capacité) Plomb Specific Energy (Wh/kg) 10

11 Exemple du LFP LiFePO 4 LiCoO 2 Forte densité d énergie Stabilité: mauvaise Prix élevé LiFePO 4 Densité d énergie modérée Stabilité : élevée Prix faible Technologie CEA (procédés de synthèse et de mise en œuvre) Réduction des coûts proche de 30% 11

12 Les principaux fournisseurs de batteries avancées U.S. EU ASIA KOKAM BOLLORE- BATSCAP AESC Research advances Commercialization ENAX 1975 Nickel Metal Hydrides A. Percheron (French) (France) J.H. Van Vucht (Netherlands) 1973 Plasticized Electrolytes M. Feuillade (French) (France) 1979 Dry-Polymer Electrolytes M. Armand (French) (France) 1988 Japan (Toshiba) 1988 USA (Bellcore) 1988 Canada (Hydro-Quebec) 1980 Li-Ion Batteries M. Armand (French) (France) B. Scrosati (Italy) 1984 Layered LiCoO 2 J.B. Goodenough(UK) Aujourd'hui l'asie domine en nombre 1990 Japan (Sony) 12

13 Autonomie pour 150 kg de batteries Doubler l autonomie en 5 ans 350 Silicium nano Véhicule électrique Li ion 2015 (300km) Véhicule utilitaire faible autonomie Véhicule électrique années 1990 LiFePO 4 nano 100 Li ion 2010 (150 km) 50 0 Plomb (30 km) NiMH ( 70 km) NiCd ( 45 km) années 13

14 Accord de licence avec la société PRAYON Site isérois des «Roches de Condrieux» 14

15 Une start-up dédiée aux batteries de spécialités 48% 48% * Via CEA Investissement CEA LITEN Institut de Recherches Technologiques PME française Hautes technologies (défense, aéronautique, énergie et santé). (énergies renouvelables et nanomatériaux) Applications Industrielles Médical : Implantable, portable Industriel : Stockage de l énergie (ex. solaire photovoltaïque, éclairage publique, Espace : Avion, robots, satellites, drones Outillage professionnel Véhicules : Electrique et hybride de démonstration (automobile, deux roues, bus, ferroviaire 15

16 Contrôle du vieillissement et diagnostic Amélioration de la gestion de l énergie Ouverture des batteries et analyses 16

17 Plate-forme véhicule électrique - monitoring Espace test et intervention sur les électroniques de puissance Traitement des données de monitoring Batterie NiCd Technologie SAFT (1990) Batterie LiFePO 4 Technologie A123 17

18 Un déploiement en plusieurs phases Plate-forme STEEVE (50 Véhicules/mois) Savoir-faire et moyens acquis en fond propre (10 Véhicules/an) Laboratoire commun Renault et CEA 18

19 «Entre 2 et 4 millions de véhicules électriques devraient être mis en circulation en France d'ici à 2020, soit environ 5%-10% du parc national» «Entre 5 et 10 GWc de systèmes PV seront installés en France d'ici à 2020, soit 1% à 2% de la production d énergie nationale» 5-10 TWh/an* 5-10 TWh/an** 12 m² / place de parking 50 km /jour 3000 Wc / habitat 1600 Wc / place de PV 25 km /jour /place * Hypothèses : km/an 180 Wh/km ** Hypothèse : 1000 Wh/Wc/an 19

20 Puissance (W) Plate-forme mobilité solaire 80 % des transports du personnel concernent des trajets domicile travail pour une distance de moins de 60 km - Adéquation en production et consommation - Limitation de la pointe - Impact minimal sur le réseau 20

21 Projet Grenelle «démonstrateurs» REX techno innovantes Li ion sur : - Différents profils d emploi (VE, VHE, recharge solaire) - Différentes tailles de batteries (équilibrage, thermique, ) - Différentes batteries (NiMH, Lion filières française et japonaise) - Différents systèmes (constructeurs) ELliSup VE et VHE série / 50 kwh - Pack Li ion commercial. - Recharge rapide en bout de ligne. - Borne 200KW, réglable en tension, à impact minimisé sur réseau. DHRT2 VHE parallèle / 5 kwh - Pack Li ion NiMH et Li ion (techno Toyota). - Réseau de charge et recharge solaire. HYDOLE VHE parallèle / 5 kwh - Pack Li ion commercial puis - Pack et composants «PROLION» innovants FOREWHEEL VE / 15 kwh Pack Li ion commercial puis Pack et composants «PROLION» innovants VELECTA VE / 10 kwh - Monitoring conditions d usage industriel et particulier, REX. - Optimisation véhicules «Pb» - Intégration système 1 ére génération Li ion commerciale 21

22 Projets Grenelle «démonstrateurs» REX techno innovantes Li ion sur : - Différents profils d emploi (VE, VHE, recharge solaire) - Différentes tailles de batteries (équilibrage, thermique, ) - Différentes batteries (Lion filières française, US et japonaise) - Différents systèmes (constructeurs) Zen E-Drive - Parkings solaires innovants - Démonstration sur 20 véhicules VE / 10 kwh /15 kw MODULO 2 Bus Hybride avec remorque / 30 kwh /150 kw - Benchmark technologie phosphate de fer commerciale pour réalisation Pack VELCRI VE / 20 kwh / kw (recharge rapide) - Développement et démonstration de véhicules bi-directionnels, notamment en recharge rapide - Démonstration solaire (parking et habitat) 22

23 Le problème du chauffage climatisation Le refroidissement magnétique (RM) repose sur l'action d'un champ magnétique appliqué à un matériau magnétothermique Un liquide caloporteur (eau + antigel) assure les échanges thermiques entre la PACM et les échangeurs thermiques du véhicule Entropy Entropy Thermal Magnetic Champ magnétique > 1 Les spins sont alignés. La temperature augmente. DT ad Thermal Magnetic Champ magnétique = 0 Les spins sont désalignés. La temperature diminue. Temperatures caloporteur: -27 C C Span de 42 K, [50 K] COP Cooling : 2 to 22 Champs magnétiques Intensité : 0.8 to 2 Teslas 23

24 Les marchés du transport autour de 2 composants Hybrid vehicles Plug-In hybrid Electric vehicles / Batteries Li-ion batteries Electric vehicles Range extender / FC Electric vehicles / FC PEM Fuel cells 24

25 De l Atome d hydrogène au prototype conversion haute et base température production d'hydrogène biologique Algues / hydrogénase Sécurité Ruptures technologiques Production Massive Stockage Pour des marchés de niche Production délocalisée / Energies renouvellables Transport 25

26 Une stratégie de niches pour les piles Applications Transport Bateaux de plaisance Industriel et collectivités Motrices ferroviaires Tracteurs Engins de chantier Drones Avions Groupes de secours Intégrateur modules et systèmes Stationnaire, couplage ENR CEA technologies Module et Système 26

27 Intégration d un système PEMFC de 35 kw électrique associé à un moteur électrique secondaire dans un voilier RM1200 StoH 2 Moteur Electronique PAC Ana lyseurs Intégration du système PEMFC de 35 kw 27

28 Autonomie pour 150 kg de batteries «FYSIPAC» Intégration système automobile de la technologie «GENEPAC» 995g d H2 / 100 kms atteints!! Soit 400 kms d autonomie PaC Li-ion années 28

29 Notre partenariat avec Michelin 29

30 Vision TOYOTA Vitesse HV PHV 領 域 FCHV 領 域 大 型 トラック HVs Express trains Regular trains EV 領 域 近 距 離 コミューター 乗 用 車 TOYOTA PHV TOYOTA FCHV-adv FCHV-BUS Light-rail transport パーソナル モビリティ EVs 宅 配 トラック 路 線 バス Winglet i-real 小 型 宅 配 車 両 Distance Fuel Electricité Essence, diesel, biocarburants, GNC, les carburants synthétiques, etc Hydrogène EV: courte distance de banlieue, HV ou PHV: Automobiles, FCHVs: Utilisation à longue distance 30

31 Projet MINI E. La MINI E est un projet d apprentissage important en vue du Megacity Vehicle. Mise en œuvre d énergies renouvelables. Potentiel commercial. Scénarios variables. Comportement des utilisateurs. Acceptation. Exigences à remplir par l einfrastructure. Points forts et points faibles. MINI E BMW Concept ActiveE Megacity Vehicle 31

32 Au-delà des ruptures incrémentales sur le moteur thermique, des évolutions plus importantes MCE5 32

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35 Le mot de la fin Un avenir court terme multi-technologies Une compétence industrielle à acquérir (batterie, moteur, électronique de puissance ) / au standard qualité de l automobile. L émergence de la mobilité électrique sur des marchés de niche, en deuxième véhicule mais aussi pour l adaptation des véhicules à des modes de vie de plus en plus urbains. Un modèle incitatif favorable au développement du VE (Grenelle, CGI) Un nouveau comportement à apprendre : biberonner 35