L hybridation : du concept à la philosophie

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1 Séminaire ASPROM : VOITURE ELECTRIQUE Quelles technologies? Pour quels usages? Pour quand? L hybridation : du concept à la philosophie Rochdi TRIGUI Laboratoire Transport et Environnement Réseau MEGEVH

2 Le point de départ carburant Moteur thermique TM Vehicule thermique: - pollution - Faible rendement SSE PE Machine électrique Vehicule Electrique: - recharge lente - Faible autonomie

3 Le véhicule hybride SSE Carburant PE Moteur thermique Machine électrique TM Avantages des deux technologies - Efficacité énergétique - Moins de pollution en ville - Autonomie - Possibilité de mode ZEV - Possibilité de recharge (VHR) Inconvénients : - Coût additionnel - Commande complexe Nécessité d optimiser le fonctionnement

4 L idée n est pas récente En 1898 en Autriche Ferdinand Porsche réalise les premiers véhicules hybrides électriques (architecture série)

5 La Prius de Toyota la reference incontournable Depuis 1997, «Full hybrid» 4 modèles : - Prius 1997, 2001 (I) - Prius 2003 (II) - Prius 2008 (III) - Prius rechargeable (2012) en essai à Strasbourg Motorisation hybride série-parallèle (à dérivation de puissance) * Moteur essence à haut rendement * Batterie NiMh (~ 1kWh) * 2 moteurs électriques (SPM) 5

6 Depuis, la liste s allonge Audi Q5 Hybrid Quattro Toyota Auris Honda Insight Honda Civic Hybrid Honda CR-Z Hybrid Lexus RX450H Lexus GS450H Lexus LS600H Lexus CT200H Mercedes S 400 Hybrid BMW ActiveHybrid 7 BMW ActiveHybrid X6 Cadillac Escalade Hybrid Infiniti M35 Hybrid Porsche Cayenne S Hybrid Volkswagen Touareg Hybr Source : Les françaises : Les e-hdi Le 3008 Hybrid4 6

7 Bus et Poids lourds hybrides déjà en exploitation Hybride GRUAU À Laval /actu/article1094.html Hybride MAN À Paris Hybride Solaris A Strasbourg Hybride Heuliez À Poitiers Volvo Renault Trucks Camion Urbain - livraison - BOM 7 /en-gb/trucks/new-trucks/pages/volvo-fe-hybrid.aspx hybrides-de-norbert-dentressangle-livres-par-renault.html

8 Les véhicules hybrides topologies Batterie EP M E Boîte vit DIFF Auxiliaires MT Emb BV Batterie Batterie EP2 EP1 Transformation + Transmission DIFF DIFF MT ME2 ME1 MT Batterie EP1 EP2 ME1 ME2 Boîte vit DIFF MT Emb BV

9 Niveaux d hybridations Micro-hybrid : Le moteur électrique sert à démarrer le moteur thermique après chaque arrêt (fonction stop & start).il peut aussi faire de la récupération au freinage. PSA Audi BMW Mercedes Toyota Honda Insight 101 gco2/km Mild-hybrid : En plus des fonctions précédentes, le moteur électrique assiste le moteur thermique dans des phases d accélération (fonction boost) Full-hybrid : Le moteur électrique est également capable d assurer seul la propulsion du véhicule (mode tout électrique ou ZEV). ZEV = Zero Emission Vehicle Toyota Prius III 90 g CO2/km

10 Le freinage électrique Transformation de l énergie cinétique en énergie électrique Fonctionnement moteur 1 2 Fonctionnement alternateur 2 Ec mv Un véhicule 1tonne à 83 km/h dispose de 75 Wh

11 Energie en Wh/km Répartition des énergies mises en jeux 200 (VP 1600 kg) Inertie Aérodynamique Roulement HURB3 HURB1 HURB C FUDS NEDC HROU1 HROU E93 HROU2 FHDS HAUTO1 HAUTO Cycles d'usage

12 Emission CO2 en g/km Emission de CO2 selon l usage. Positionnement de la Prius selon sa version EVALVH ADEME INRETS IFP ARMINES GREEN véhicules essence (catalyse 3V) IFP/COMP_CAT3V.xls 220 Avg Prius J 100 Prius I Prius II Prius III Urbain NEDC Route Autoroute Annonce Toyota pour la Prius rechargeable : 60g CO2/km

13 CO 2 emission in g/km Emission comparative de CO Gasoline Diesel Prius 1 From Ademe data EC cycle Prius 2 Civic Prius Insight Drivetrain power in kw

14 Taux d hybridation et gains de CO2 Emission de CO2 en utilisation 5 % VHR 10 % 10 % 20 % 30 % 40 % Coût croissant TH VTH Micro Hyb. Mild Hyb. Full Hyb. Prolong. autonomie VE

15 Ventes des véhicules hybrides dans le monde Sources :

16 Ventes des VHs en 2010 selon les pays Overall Car Sales (est.) Hybrid Car Sales (est.) Hybrid % of Overall USA 11,640, , % Japan 4,472, ,000 11% Europe 15,715, , % Other 12,870,000 90, % TOTAL Worldwide 44,700, , % sources :

17 Evolution des ventes selon le pays Sources :

18 Prochaine étape : le véhicule hybride rechargeable carburant SSE MT ME EP Machine électrique VE à prolongateur D autonomie -SSE haute énergie (>10 kwh) +GE pour autonomie - Hybride série - usage plutôt urbain SSE Carburant PE Moteur Thermique MT Machine électrique VHR : -SSE moyenne énergie (< 5 kwh ~ 20 km) -VHP + chargeur - Usage mixte

19 Prévision des ventes dans le monde à long terme

20 Conclusion : philosophie d hybridation 1+1>2 : tirer la meilleure partie de chaque constituant Sobriété + autonomie = voiture polyvalente Hybridation avec d autre type de carburant (GNV, Biocarburant ) Les véhicules à PAC seront aussi hybrides Hybridation du système de stockage pour le VE - Battery (energy) - Supercondensateur (puissance) 20

21 Les défis restants à relever Amélioration du bilan économique Amélioration et fiabilisation des composants, spécialement les éléments de stockage Gestion de l énergie multi-sources et multi-critères : utilisation des NTIC Dimensionnement optimal tenant compte des contraintes sur les éléments de stockage (durée de vie) Etude plus globale du bilan écologique (ACV)

22 Merci pour votre attention

23 Consommation en l/100 km Méthode de calcul de la consommation de carburant à Ah constant EVALVH ADEME INRETS IFP ARMINES GREEN 3,5 3,4 Régression linéaire : 3.04 l/100 km 3,3 3,2 3,1 Mesures 3 2,9 2,8-0,4-0,3-0,2-0,1 0 0,1 0,2 Variation des Ah de la batterie