Véhicules électriques Marc Béranger Véhicules électriques Marc Béranger 15 juin 2012 1
Plan de la présentation Histoire de l automobile Puissance et énergie Stockage d énergie Moteur électrique Vehicle-to-grid Moteurs thermiques CO2/km Comparaison électrique - thermique Conclusion Véhicules électriques Marc Béranger 15 juin 2012 2
Début le l automobile Renault Type A Années 1898 1903 Moteur 1 cylindres, 1 CV 3 vitesses Vitesse maxi : 35 km/h Ford T Années 1908 1927 16 482 040 exemplaires Moteur 20 CV 2 vitesses Vitesse maxi : 70 km/h Véhicules électriques Marc Béranger 15 juin 2012 3
Premières voitures électriques Accumulateur au plomb de Gaston Planté (1859) La «Jamais contente» est le premier véhicule automobile à avoir franchi le cap des 100 km/h en 1899. Dynamo de Gramme Edison Electric Car 1905-1908 Abandonné du fait du succès de la Ford T Véhicules électriques Marc Béranger 15 juin 2012 4
Premières tentatives de production Henney Kilowatt (USA) sur base Renault Dauphine 100 produites entre 1959 et 1960 72 volt, 97 km/h; 97 km General Motors EV1 Production 1996-1999 (1,117 units) Body style 2-seat, 2-door coupé 3-phase AC induction motor, 102 kw; 7000 rpm Transmission single-speed Weight 1,319 kg (NiMH batteries) Cx = 0,195, 160 225 km Véhicules électriques Marc Béranger 15 juin 2012 5
Saxo / 106 électrique de 1994 Année 1994, 6400 ex S = 0,31 Moteur CC 11 à 24 kw Masse GMP : 80 kg Vitesse maxi : 90 km/h, autonomie : 80 km. Consommation : 20 kwh/100 km Batterie Saft cadmium-nickel, 280 kg, 1600 cycles pour environ 100 000 km. Poids : 1095 kg ( 805 kg pour une Saxo 1.1i essence) Véhicules électriques Marc Béranger 15 juin 2012 6
Puissance nécessaire Cr r = coefficient de résistance au roulement, entre 0,8 et 1,2 % = densité de l air = 1,3 g / dm 2 = pente de montée m : nécessité de réduire la masse à vide Sf.Cx : nécessité de réduire la traînée aérodynamique V 3 : nécessité de limiter la vitesse maxi Véhicules électriques Marc Béranger 15 juin 2012 7
Trainée, puissance, énergie A 110 km/h en montée, la trainée totale vaut 1000 N et la puissance nécessaire 30 kw (sur le plat, 16 kw «à la roue» sont nécessaires.) Pour une Citroën DS3 électrique qui aurait une autonomie de 150 km à 110 km/h, il faut une batterie de 24 kwh (hors rendement moteur) Véhicules électriques Marc Béranger 15 juin 2012 8
Stockage d énergie Véhicules électriques Marc Béranger 15 juin 2012 9
Que représente 24 kwh? Plomb : 800 kg! courte durée de vie, prix bas, recyclable Lithium : 100 à 200 kg Prix des batteries élevé : 300 à 800 / kwh soit 8400 à 20 000 le pack Pour 1000 cycles : 5,6 à 12,8 / 100 km soit proche de prix de l essence. Il faut ajouter le prix de l énergie électrique (1,60 / 100 km tarif de nuit) Batterie Nissan Leaf Essence : 2 kg pour 24 kwh de chaleur 6 kg pour 22 kwh à la roue, soit 4,7 l/100 km Hydrogène : 0,73 kg + 10 kg de bouteille pour 24 kwh de chaleur ENVIA annonce 125 US$/kWh et 400 Wh/kg Perspectives : baisser le coût des batteries, augmenter leur durée de vie (calendaire et nombre cycles), augmenter la densité d énergie. Véhicules électriques Marc Béranger 15 juin 2012 10
Moteur électrique F = B. I. L et E = B. L. V Puissance = F. V = C. w = E. I N F w Rotor S F Véhicules électriques Marc Béranger 15 juin 2012 11
Moteur - roue Suppression des cardans et du différentiel 2 ou 4 roues motrices Possibilité de contrôle d adhérence Masse non suspendue plus importante Passage des câbles électriques Michelin Active Wheel Suspension active intégrée dans la roue Course de suspension: 180mm Pilotage par moteur électrique Puissance permanente 30 kw, masse 5 kg Frein à disque avec mâchoire intérieure Masse non suspendue: 30 kg General Motors Wheel Hub Motor Vitesse de rotation 1200 tr/mn Couple : 200 Nm, 500 maxi Puissance : 16 kw, 25 kw maxi Dimensions : 390 x 90 mm Rendement : 80 à 87 % Masse : 30 kg Véhicules électriques Marc Béranger 15 juin 2012 12
Rendement d un moteur électrique Rendement excellent sur une très grande plage de fonctionnement Fort couple à basse vitesse et vitesse maxi élevée (sans bruit ni vibration) Contrôle du frein-moteur et récupération au freinage Pas besoin d embrayage ni de boîte à vitesses Véhicules électriques Marc Béranger 15 juin 2012 13
«Vehicle-to-grid» Eolien en 2011 : Energie produite : 480 TWh = 10 000 km/an pour 20 % du parc automobile mondial. Puissance installée : 240 GW = recharge de 6 % du parc automobile mondial. 150 m 2 12 places 135 000 km/an 10 kwh pour 60 km Véhicules électriques Marc Béranger 15 juin 2012 14
Moteur thermique Comme la plage de vitesse de rotation d un moteur thermique est réduite, une boite à vitesses et un embrayage sont nécessaires. La transmission adapte la vitesse de rotation du moteur à celle des roues. Masse GMP thermique 1.5 dci 200 kg Véhicules électriques Marc Béranger 15 juin 2012 15
Rendement d un véhicule thermique Meilleur rendement 197 g/kwh = 40 % 110 km/h stabilisé (18 kw) : 260 g/kwh = 30 % Véhicules électriques Marc Béranger 15 juin 2012 16
CO2 / km Fabrication du véhicule : 5,4 t CO 2 soit + 27 g/km pour une duré de vie de 200 000 km Rendement des centrales électriques Réacteurs EPR : 36 % Centrales fuel ou charbon : 40 % Distribution : 92 % Consommation en usage urbain Renault Fluence 1.5 dci : Renault Fluence ZE : 17 kwh/100 km = 17 12 x 0,85 x 0,40 x 0,92 = 5,3 l/100 km = 4,5 l/100km Véhicules électriques Marc Béranger 15 juin 2012 17
Sportive électrique Porsche 911 Turbo Cabriolet 386 kw; 0 à 100 km/h en 3,7 s 1660 kg Efficacité de la transmission 44 % 11,6 l/100 km Moteur 6 cylindres à plat, 3800 cm3, >> 200 kg Tesla Roadster Sport 225 kw; 0 à 100 km/h en 3,7 s 1235 kg dont 450 kg de batteries Efficacité de la transmission : 57 % «plug-to-wheel» 17,4 kwh/100 km GMP : 32 kg + 45 kg Véhicules électriques Marc Béranger 15 juin 2012 18
Une solution court terme? Plus léger (efficace en ville) Meilleur Cx (efficace sur route) Autonomie volontairement limitée (coût des batteries) Batterie 8 kwh 32 à 67 kg; 2400 Moteur 15 kw Vitesse maxi 150 km/h Autonomie 160 km à 100 km/h Daihatsu UFE III hybride 3 places Cx = 0,168 S = 1,4 m2 Masse = 440 kg Véhicules électriques Marc Béranger 15 juin 2012 19
Solution moyen terme Solution moteur thermique Masse GMP 66 kw = 200 kg Masse carburant = 20 kg Autonomie = 420 km Solution moteur électrique Masse GMP 50 kw = 20 kg Masse batterie = 200 kg Autonomie = 420 km Annexes : commande embrayage et vitesses, circuit carburant, lubrification, turbo, intercooler, circuit de refroidissement, échappement, catalyseur, filtre à particules, circuits additifs (NO 2 et nettoyage FAP), batterie, calculateur, suspension moteur, insonorisant) Prix du carburant en hausse Normes de pollution plus contraignantes (Euro 6 fin 2014; 95 g CO2/km en 2020 ) Annexes : pack batterie, BMS, calculateur, contrôleur moteur, chargeur Prix des batteries en baisse Durée de vie des batteries en hausse Densité d énergie en hausse Véhicules électriques Marc Béranger 15 juin 2012 20
Autres véhicules électriques Apollo 17, 1972 Batterie 36 V zinc-argent non rechargeable Cricri électrique, juin 2011 17 kw, 283 km/h (6 kwh/100 km) S.Cx 0,045 Batterie Kokam Lithium-Polymère 3 kwh, 25 kg Véhicules électriques Marc Béranger 15 juin 2012 21
A retenir Le prix et le poids des batteries conduisent à limiter l autonomie des véhicules électriques. Le coût/km d un véhicule électrique est comparable à celui d un véhicule thermique. La masse et le S.Cx d un véhicule déterminent sa consommation et la puissance nécessaire. Un moteur électrique est compact, léger, silencieux et présente un excellent rendement. Un GMP thermique est très lourd et présente un mauvais rendement. Quelle que soit la façon de produire l énergie électrique, le bilan CO2 d un véhicule électrique est favorable. Une gestion intelligente de la recharge des véhicules électriques peut atténuer les «défauts» des énergies intermittentes. Le chauffe-eau d une famille de 4 personnes consomme autant qu un véhicule électrique qui parcourt 60 km par jour. 87 % des trajets en Europe n'excèdent pas 60 km/jour. Agrément de conduite d un véhicule électrique est incomparable et absence de pollution sonore et olfactive Véhicules électriques Marc Béranger 15 juin 2012 22
Merci Véhicules électriques Marc Béranger 15 juin 2012 23
Offre actuelle Renault Fluence 21 300 + 79 /mois 185 km Renault Twizy Z.E 5.400 + 45 115 km Kangoo Z.E. 15.000 HT + 72 170 km ZOE 15.700 + 79 200 km Peugeot ion, Citroën C-Zéro, Mitsubishi i-miev 30.350 150 km Nissan Leaf 30.990 160 km Smart Fortwo ED 30.000 135 km Tesla Roadster 95.000 400 km Homologation quadricycles lourds Mia electric 15.920 90 km Microcar M.Go electric 21.350 140 km Mega lithium 20.760 100 km REVA i 10.900 80 km SimplyCity SC4P 12.990 80 km Tazzari Zero 21.900 140 km Bonus écologique de 5000 déduit Véhicules électriques Marc Béranger 15 juin 2012 24