IV Etudes de cas C Véhicules du futur. Jacques Gangloff

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1 IV Etudes de cas C Véhicules du futur Jacques Gangloff

2 C.1 Introduction (1) Modèle énergétique tout électrique : - Production : photovoltaïque, éolien - Consommation : Sédentaire : besoins domestiques, industriels Nomades : appareils portatifs, transport (véhicules terrestres, navires, avions) Statistiques nationales 29/03/2010 Jacques.Gangloff@unistra.fr 2

3 C.1 Introduction (2) Consommations d énergie fossile et électrique par mode en France en 2008 : 29/03/2010 Jacques.Gangloff@unistra.fr 3

4 C.2 Stockage de l énergie Freins principaux au développement du transport électrique : - Stockage difficile de l électricité - Stockage très facile du carburant liquide - Lobbies pétroliers Energie massique des carburants liquides : Essence : 3000 Wh/kg (énergie massique utile en tenant compte du rendement du moteur thermique ~25%) Energie massique des batteries : Lithium-ion : 150 Wh/kg (en tenant compte du rendement de la chaine de conversion ~90%) 29/03/2010 Jacques.Gangloff@unistra.fr 4

5 C.2 Stockage de l énergie C.2.1 Stockage de l énergie électrique (1) 29/03/2010 Jacques.Gangloff@unistra.fr 5

6 C.2 Stockage de l énergie C.2.1 Stockage de l énergie électrique (2) Pistes de recherche : - Batteries à base de nanomatériau. Ex : LiFePO4 nanostructuré. Division du temps de charge par Batteries au Lithium-Nickel : 29/03/2010 Jacques.Gangloff@unistra.fr 6

7 C.2 Stockage de l énergie C.2.2 Autres moyens de stockage - Air comprimé : très mauvais rendement énergétique (ensemble compresseur et moteur à air comprimé). - Pile à combustible : technologie prometteuse. Problèmes de sécurité en cas d accident. - Super-condensateurs : intermédiaire entre les condensateurs classiques et les batteries. Peu d énergie stockée. - Volants d inertie : pb d effet gyroscopique. Sécurité. - Stockage par aimant supraconducteur : pas réaliste. 29/03/2010 Jacques.Gangloff@unistra.fr 7

8 Actuellement 3 catégories : - Micro-hybride : la puissance de la motorisation électrique représente moins de la moitié de la puissance de la motorisation thermique. - Hybride : les puissances de la motorisation électrique et de la motorisation thermique sont à peu près égales. - Electriques : toute la puissance est fournie par un moteur électrique. 29/03/2010 Jacques.Gangloff@unistra.fr 8

9 C.3.1 Véhicules micro-hybrides (1) Principe de fonctionnement : - La transmission du véhicule n a pas été repensée mais uniquement adaptée. - En général, un moto-générateur de faible puissance (<15 kw) est couplé à l arbre du moteur thermique. Il assure le démarrage du moteur thermique et la récupération d une partie de l énergie de freinage. Schéma de principe de la transmission d une Honda Insight 29/03/2010 Jacques.Gangloff@unistra.fr 9

10 C.3.1 Véhicules micro-hybrides (2) Ex : Honda Insight : - Puissance du moteur thermique : 50 kw (68ch) - Puissance du moteur électrique : 10 kw (13,6ch) 29/03/2010 Jacques.Gangloff@unistra.fr 10

11 C.3.2 Véhicules hybrides (1) Principales caractéristiques : Puissance électrique et thermique équivalente. Les vitesses de rotation du moteur thermique et celle du moteur électrique sont indépendantes. La transmission a entièrement été repensée et redimensionnée. Schéma de principe de la transmission d une Toyota Prius 29/03/2010 Jacques.Gangloff@unistra.fr 11

12 C.3.2 Véhicules hybrides (2) Toyota Prius : principe de fonctionnement. 29/03/2010 Jacques.Gangloff@unistra.fr 12

13 C.3.2 Véhicules hybrides (3) Toyota Prius : caractéristiques. Puissance moteur électrique : 50 kw. Couple maximum du moteur électrique : 400 Nm. Plage de vitesse du moteur électrique : tr/min. Puissance machine de variation : 33 kw. Puissance du moteur thermique : 52 kw. Couple maximum du moteur thermique : 111 Nm. Caractéristiques de la batterie : V, 6.5 Ah, 20 kw. Autonomie en mode électrique : quelques kilomètres. Consommation en mode mixte : 4.7 l/100km. Accélération : km/h en moins de 11s. 29/03/2010 Jacques.Gangloff@unistra.fr 13

14 C.3.2 Véhicules hybrides (4) Toyota Prius : la batterie - Technologie NiMH - Mise en série et en parallèle de cellules de 1,2V - Environ 50kg, 6% du prix du véhicule 29/03/2010 Jacques.Gangloff@unistra.fr 14

15 C.3.2 Véhicules hybrides (5) Toyota Prius : schéma électrique Schéma de puissance de l alimentantation de la machine de variation 29/03/2010 Jacques.Gangloff@unistra.fr 15

16 C.3.2 Véhicules hybrides (6) Toyota Prius : les converstisseurs : Interrupteurs de puissance : IGBT Composants refroidis par eau 29/03/2010 Jacques.Gangloff@unistra.fr 16

17 C.3.2 Véhicules hybrides (7) Toyota Prius : la motorisation électrique : Moteurs synchrones triphasés à aimants permanents (NeFeB) 27cm Rotor de la machine de variation Moteur principal 29/03/2010 Jacques.Gangloff@unistra.fr 17

18 C.3.2 Véhicules hybrides (8) Toyota Prius : la transmission : 29/03/2010 Jacques.Gangloff@unistra.fr 18

19 C.3.2 Véhicules hybrides (9) Toyota Prius : la transmission : 29/03/2010 Jacques.Gangloff@unistra.fr 19

20 C.3.2 Véhicules hybrides (10) Toyota Prius : modes de fonctionnement 29/03/2010 Jacques.Gangloff@unistra.fr 20

21 C.3.2 Véhicules hybrides (11) Toyota Prius : modes de fonctionnement 29/03/2010 Jacques.Gangloff@unistra.fr 21

22 C.3.3 Véhicules électriques (1) Actuellement 2 catégories : - Flotte d entreprise ou de ville : véhicules peu performants avec une autonomie limitée mais adaptés à un usage urbain. - Véhicules de luxe : véhicules haut de gamme de type «roadster». Exemple : tesla roadster, ~100000$. Bientôt une version familiale haut de gamme : tesla modèle S (~50000$). 29/03/2010 Jacques.Gangloff@unistra.fr 22

23 C.3.3 Véhicules électriques (2) Caractéristiques du roadster tesla : 0 96,54 (60mph) en 3,7s (version sport) Autonomie : 377km Motorisation : Asynchrone triphasé, 275V, refroidissement à air. Couple maxi : 400 Nm Plage de vitesse : t/min Puissance max : 215 kw (288ch) Batteries : 450kg, 53 kwh, 6831 cellules Li-ion. Temps de charge complète : 3h30. Durée de vie : km Prix : 12000$ 29/03/2010 Jacques.Gangloff@unistra.fr 23

24 C.3.3 Véhicules électriques (3) 29/03/