Hybridization and Electric Vehicles 1/2

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En provenance du cours de École des Ponts ParisTech

Electric Vehicles and Mobility

188 notes

École des Ponts ParisTech

Electric Vehicles and Mobility

188 notes

The purpose of Electric Vehicles and Mobility is to help you, whatever your profile, your training or your country, find your own answers to questions such as: - Will electric vehicles be the last to be allowed in megalopolises in the 21st century? - Does the environmental gain from vehicle electrification justify heavy investment in charging infrastructure? - Are electric vehicles only for wealthy people in developed countries? This course will allow you to acquire elements from engineering science, sociology, environmental science, political science, economics, management science, in order to evaluate, analyze and implement the diffusion of electric vehicles where their use is relevant. This MOOC is the English version of Mobilités et véhicules électriques; in the lecture videos, the teachers speak in French, nevertheless their presentation is in English and English subtitles are available. Groupe Renault and ParisTech schools have been working together for almost 15 years on topics related to sustainable mobility. Together, they created two Master programs (Transport and Sustainable Development in 2004, Mobility and Electric Vehicles in 2010) and the Sustainable Mobility Institute Renault-ParisTech in 2009, to support ongoing changes. Electric Vehicles and Mobility is the result of this shared history and was developed from a course delivered within the Master Mobility and Electric Vehicles, led by Arts et Métiers ParisTech in partnership with Ensta ParisTech, Mines ParisTech and École des Ponts ParisTech.

À partir de la leçon

Chapter 6 - Prospective: The Road to Electrification

<p>In this chapter we will explore how the electric vehicle may be deployed over the course the 21st century. To do this, we will explicitly use a prospective approach aimed at exploring the future rather than predicting it.</p><p>We will begin by decomposing the main instruments to reduce the environmental impacts of transport through the ASIF (Activity Structure Intensity Fuel) approach, then study the crucial issue of the deployment of charging infrastructures. Finally, we will examine the role of hybridization as a transition technology to the electric vehicle.</p><p>The course is followed by an interview of an expert from AVERE-France to broaden our point of view on hybridization and to discover advances in battery life.</p><p>You will find in the following session the graded assessment for both chapter 5 and 6. This evaluation concerns only the videos <em>Lecture</em> and is required to obtain the certificate.</p>

Hybridization and Electric Vehicles 1/27:15

Hybridization and Electric Vehicles 2/29:18

Rencontrer les enseignants

Émeric FORTIN
Head of the Master in Transport and Sustainable Development
Direction of Studies, École des Ponts ParisTech
Virginie BOUTUEIL
Researcher
LVMT (City Mobility Transport Lab), École des Ponts ParisTech

[MUSIQUE]

Nous allons aborder dans cette première partie la problématique de l'électrification des

véhicules et plus particulièrement le cas du véhicule électrique.

On peut aborder d'une manière synthétique la motorisation d'un véhicule en

considérant qu'il nous faut à bord tout d'abord un stockage d'énergie et ensuite,

un transformateur d'énergie qui va nous assurer la production d'énergie mécanique

qui est nécessaire à l'avancement du véhicule.

Si on en revient à considérer maintenant une motorisation conventionnelle,

on aura tout d'abord un réservoir de carburant qui va nous assurer la réserve

en énergie nécessaire à l'avancement pour l'autonomie du véhicule puis,

un moteur thermique qui va assurer la production de l'énergie mécanique qui va

fournir la puissance qui est nécessaire à la dynamique du véhicule.

La recharge d'énergie se fait de manière très simple puisque le système de stockage

est un réservoir ouvert, on va simplement le recharger, le remplir de carburant

pour effectuer la recharge et récupérer donc l'autonomie du véhicule.

Ce système présente l'inconvénient d'avoir des émissions de nuisance locale,

notamment des émissions de polluants à l'échappement et des émissions sonores

liées au fonctionnement du moteur thermique.

Si l'on vient à considérer maintenant le véhicule à motorisation électrique,

selon le même principe, on aura un stockage d'énergie à bord

qui est assuré par une batterie avec la particularité que la batterie va assurer à

la fois le stockage de l'énergie et la fourniture de la puissance.

Elle va donc alimenter une machine électrique qui va elle

fournir l'énergie mécanique nécessaire aux roues.

On notera qu'ici le système est réversible,

c'est à dire que l'on va pouvoir récupérer l'énergie dans les freinages du véhicule.

Ce véhicule a l'avantage de ne pas présenter d'émissions locales de

polluants et des émissions sonores extrêmement faibles en usage urbain.

La recharge du véhicule s'opère de manière différente.

La batterie est un système fermé et on va utiliser un système de recharge

avec un chargeur électrique qui va réinjecter du courant

lors de la recharge à bord de la batterie.

La prise en compte du bilan de ce véhicule va à ce moment-là

nécessiter une approche de cycle de vie global

puisqu'on a une production d'électricité et donc une décentralisation

des émissions de polluants à l'endroit où on va générer l'électricité.

Si l'on compare la motorisation thermique et la motorisation électrique en

termes d'énergie embarquée, on a sur ce diagramme synthétique tout d'abord un

véhicule thermique conventionnel avec un réservoir de 45 litres et on peut

constater que ce véhicule va pouvoir nous garantir une autonomie de l'ordre de

1 000 kilomètres et un facteur tout à fait intéressant qui est un temps de recharge

extrêmement court puisque le tuyau de la pompe à essence représente une puissance

qui est de l'ordre du mégawatt et vous voyez qu'en quelques minutes, deux,

quatre minutes, on peut recharger intégralement un véhicule conventionnel.

Pour les deux véhicules électriques qui sont représentés à droite, vous voyez que

les masses de stockage sont plus importantes, néanmoins les autonomies vont

être beaucoup plus faibles, et un facteur aggravant, le temps de recharge va être

beaucoup plus long puisque il est lié à la puissance dont on dispose sur le réseau.

On voit qu'on peut augmenter cette puissance,

mais on va à ce moment-là ajouter de nombreux problèmes sur

le réseau électrique et sur le coût de cette recharge.

On voit donc que les recharges de véhicules électriques vont plutot être de

l'ordre de grandeur de l'heure que de la minute comme un véhicule thermique.

Si on vient à regarder plus en détail un exemple de véhicule électrique, vous avez

ici la Renault Zoé qui est produite par Renault, avec la particularité d'être un

véhicule qui a été entièrement conçu à la base pour être un véhicule électrique,

avec une batterie qui est logée d'une manière très intégrée dans la

caisse du véhicule, une machine électrique qui a été conçue et produite par Renault,

et un assemblage de la batterie qui a été également réalisé par Renault.

Il est intéressant de noter que les performances de ce véhicule sont sans

arrêt en amélioration, vous voyez que d'une année à l'autre, l'énergie qui est

contenue dans la batterie a été augmentée, ce qui permet d'augmenter l'autonomie,

on en est maintenant à 300 km en usage réel avec des perspectives après 2020

pour des autonomies qui pourront atteindre et dépasser les 400 km en autonomie.

Ce véhicule est à l'heure actuelle le véhicule le plus vendu en France

et en Europe, comme on peut le constater ici.

Un point important qui est à noter, c'est que pour un véhicule électrique,

l'autonomie et la consommation d'énergie, qui sont directement liées

vont être tout à fait liées à l'usage qui est fait du véhicule.

On a sur ce diagramme différents cycles d'usages qui sont classés en fonction de

leur vitesse moyenne, croissante, et on constate que la consommation d'énergie,

donc l'autonomie vont présenter un optimum pour des vitesses de l'ordre de 20 à 30 km

à l'heure,

et puis ça se dégrade assez rapidement aux grandes vitesses puisqu'on a beaucoup

de perte d'aérodynamique notamment, ça se dégrade également aux petites vitesses

puisqu'on a des pertes dans la transmission par tous les auxiliaires.

Un deuxième point qui est à noter c'est la consommation de ces auxiliaires qui

doivent pour un véhicule électrique assurer notamment la production de chaleur

pour le chauffage et la production de froid pour la climatisation.

On voit sur ce diagramme qui reproduit les mêmes axes que précédemment,

l'importance de la puissance absorbée par ce réseau de bord qui peut nous amener des

chutes d'autonomie d'entre 15 et 40 % en urbain, ce qui est tout à fait conséquent.

Si on l'en vient maintenant à une particularité importante

de la motorisation électrique, c'est la récupération au freinage.

Vous avez vu sur ce diagramme la répartition des énergies

correspondant aux forces qui s'appliquent à un véhicule qui roule sur plat

et vous avez notamment deux forces dissipatives liées

à l'aérodynamique et au roulement et une force qui est une

force de potentiel qui est celle que l'on va tenter de récupérer au freinage,

et vous voyez que dans les usages de type urbain, l'énergie correspondante

représente plus de la moitié de l'énergie nécessaire à l'avancement.

Ce n'est pas du tout le cas dans les usages de type autoroutier,

où les pertes aérodynamiques sont prépondérantes et on a donc un potentiel

de récupération qui vient à tendre, assez négligeable, dans l'ordre de 15 %.

Lorsque l'on regarde l'influence de cette récupération d'énergie au freinage,

toujours en fonction des types d'usages que l'on a ici à droite,

on voit que elle est tout à fait importante en usage urbain avec des gains

qui peuvent atteindre 30 à 50 % du fait de la récupération d'énergie au freinage

et que comme on l'a dit précédemment, son incidence va être plus faible

pour les cycles qui sont plutôt de type routier ou autoroutier.

Donc la problématique du véhicule électrique que l'on vient de voir est

essentiellement liée à la taille de la batterie que l'on va devoir mettre à bord

pour assurer l'autonomie qui reste néanmoins faible

et qui nous amène à des coûts de batterie qui peuvent être importants.

On va voir dans la suite les motorisations hybrides que l'on va présenter comme

étant une solution permettant de conserver au véhicule toutes ses capacités

tout en éliminant ou en évitant autant que possible le problème de la batterie

et du coût qui est lié à la batterie embarquée au bord du véhicule.

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