L'ELECTRIFICATION DES VEHICULES : PAS SI SIMPLE ! MICHEL FORISSIER - CHIEF TECHNOLOGY AND MARKETING OFFICER VALEO SYSTEMES DE PROPULSION
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? Systèmes de Propulsion
L’ELECTRIFICATION DES VEHICULES : PAS SI SIMPLE !
MICHEL FORISSIER
CHIEF TECHNOLOGY AND MARKETING OFFICER
VALEO SYSTEMES DE PROPULSION
CONFIDENTIAL
UN PEU D’HISTOIRE 2 12 Mars 2019 CONFIDENTIAL
AU XIXE SIECLE, L’ELECTRICITÉ FASCINE
On invente les batteries, les accumulateurs, les lampes.. C’est la modernité !
L’électricité fascine. Nikola Tesla et ses essais sur la foudre ont des relents de magie.
De facto, l’automobile, en naissance, se doit d’être électrique
Nikola Tesla dans son laboratoire de Colorado Springs en 1899
3 12 Mars 2019 CONFIDENTIAL
1ere MONDIALE - 1881
Le premier véhicule électrique jamais réalisé fut le TRICYCLE TROUVE , inventé par le Français
Gustave Trouvé à Paris en 1881
Il était équipé d’un moteur Siemens et a parcouru la rue de Valois à 9 km/h
4 12 Mars 2019 CONFIDENTIAL
PREMIERE VOITURE - 1884
La première voiture électrique à 4 roues vraiment construite le fût par l‘Américain
Thomas Parker en 1884 .
5 12 Mars 2019 CONFIDENTIAL
PREMIER RECORD - 1899
En 1899, le Belge Camille JENATZY bat le record de vitesse des 100 km/h sur la
« JAMAIS CONTENTE » au Champ-de-Mars (Il atteindra en fait 105 km/h).
La voiture était équipée de pneus Michelin. Elle avait la forme d'une torpille
6 12 Mars 2019 CONFIDENTIAL
Au début du XXè siècle, tout
indiquait donc que le véhicule
électrique pouvait se développer.
Alors pourquoi ça n’a pas marché ?
7 12 Mars 2019 CONFIDENTIAL
LES 3 PERSONNES QUI ONT TUÉ LA VOITURE ÉLECTRIQUE 1 Français … C’est le Français Alphonse Eugène Beau de Rochas qui invente le moteur à explosion à 4 temps en 1862. 8 12 Mars 2019 CONFIDENTIAL
LES 3 PERSONNES QUI ONT TUÉ LA VOITURE ÉLECTRIQUE
…et 2 Allemands.
Nikolaus Otto Rudolf Diesel
Il invente le moteur à essence en 1872. Il est Il invente le moteur Diesel en 1893. Il est
présenté pour la première fois à l'exposition présenté pour la première fois à Paris en 1900
universelle de Paris en 1878
9 12 Mars 2019 CONFIDENTIAL
PREMIER ÉCHEC DU VE ~1920
X 50 !!!
Problème de Physique : Il ya 50 fois plus d’énergie dans un kilogramme d’essence que dans un kilogramme
de batteries. C’est une raison qui a poussé les utilisateurs a abandonner la voiture electrique.
10 12 Mars 2019 CONFIDENTIALLES PROGRÈS DU MOTEUR THERMIQUE
Carl Benz, Henry Ford, Enzo Ferrari, Amédée
Gordini, Ferdinand & Ferry Porsche… l’histoire
du 20e siecle est pleine de sorciers qui ont
amélioré de façon incroyable les véhicules
thermiques
CONFIDENTIALLES PROGRÈS DU MOTEUR THERMIQUE
Ford T VW GOLF
Année 1908 2014
Cylindrée 2,9 l. 1,4 l. Divisé par 2
Puissance 20 ch. 140 ch. x 7
Consommation 18 l./100 km 4,7 l./100 km Divisée par 4
Vitesse max 70 km/h 212 km/h x 3
Poids 544 kgs 1270 kgs x 2,5
Autonomie 250 kms 1000 kms x 4
12 12 Mars 2019 CONFIDENTIALLES PROGRÈS DU MOTEUR THERMIQUE
FERRARI F2002 de Michael
Schumacher
V10 3.0 litres 850 ch 600 kgs
80 l./100 0-200 km/h : 4,5 s
360 km/h
207 kW / litre
FERRARI 375F1 1951 de Juan Manuel
Fangio
V12 4,5 litres 380 ch 850 kgs
260 km/h
62 kW / litre
13 12 Mars 2019 CONFIDENTIALPREMIER COMEBACK DU VE ~1990 ET 2ème ÉCHEC.
Premier comeback de la voiture électrique dans les années 1990 poussées par la
règlementation américaine sur la pollution.
Malheureusement seuls quelques milliers d’exemplaires ont été commercialisés.
Trois problèmes majeurs étaient toujours là :
1. Le prix élevé
2. Une autonomie réduite
3. Pas d’infrastructures de charge
General Motors EV1
14 12 Mars 2019 CONFIDENTIALLes ventes ne
L‘OVNI HYBRIDE ~1997 décollent qu‘en
2005
Premiere Toyota Prius
Pour contourner l’insuccès des véhicules tout
électrique, en 1997 Toyota sort la première
voiture hybride, qui combine a la fois un moteur
thermique et un moteur électrique. Cette voiture
fait quelques kilomètres en ville en tout
électrique et le reste avec le moteur thermique.
15 12 Mars 2019 CONFIDENTIAL2ème OVNI HYBRIDE ~1999
Honda inSight
En 1999 Honda commercialise le premier
hybride dit « mild », version plus simple et plus
économique que la Toyota
Elle ne peut pas faire de roulage électrique mais
garantit simplement une consommation plus
faible (15%)
16 12 Mars 2019 CONFIDENTIALET MAINTENANT ?
L’ELECTRIFICATION
REVIENT.
POURQUOI?
17 12 Mars 2019 CONFIDENTIALLA VOITURE ELECTRIQUE – AUJOURD‘HUI
Electronique de commande (onduleur ,
Chargeur (ACDC, typiquement à base d’iGBTs)
typiquement 3.5
kW 220V AC / 400V
DC) et
convertisseur de
Moteur electrique
tension (DCDC
(Typiquement de 60 a 200
typiquement 400V
kW, asynchrones ou
DC 12V DC)
synchrones à aimants)
Batterie (Typiquement de 60 a 100
kwH, technologies Li-Ion (NMC,
LCA), 400V )
18 12 Mars 2019
POURQUOI?
CONFIDENTIALRaison n°1 = C’est sympa !
ZERO EMISSIONS : Ca n’émet AUCUN
POLLUANT (CO2, CO, NO2, NO3, HC, particules…)
Ca ACCELERE comme une fusée (car le couple d’un
moteur électrique est maximal à v=0)
C’est TRES
SILENCIEUX
… et pourtant ça incite à une CONDUITE APAISEE
19 12 Mars 2019 CONFIDENTIALRaison n°2 = La Règlementation CO2
5.0 l/100 km
4.0 l/100 km 3.9 l/100 km
Il n’est pas possible de passer sous les 4l/100 km sans electrification.
20 12 Mars 2019 CONFIDENTIALRaison n°3 =Les villes bannissent les moteurs
à explosion
90 Cities
Nov. 30th
Paris, Mexico, Athens & Madrid
Dec. 1st 2016
have planned to ban
Diesel cars by 2025
21 12 Mars 2019 CONFIDENTIAL40%
45%
50%
55%
60%
janv.-14
févr.-14
mars-14
CONFIDENTIAL avr.-14
mai-14
juin-14
juil.-14
août-14
sept.-14
oct.-14
nov.-14
déc.-14
janv.-15
févr.-15
mars-15
avr.-15
mai-15
juin-15
juil.-15
août-15
sept.-15
oct.-15
nov.-15
Raison n°4 = Le Dieselgate
déc.-15
janv.-16
févr.-16
mars-16
avr.-16
mai-16
juin-16
Diesel penetration
juil.-16
août-16
sept.-16
oct.-16
nov.-16
déc.-16
janv.-17
févr.-17
mars-17
avr.-17
mai-17
juin-17
juil.-17
août-17
sept.-17
oct.-17
nov.-17
déc.-17Raison n°5 = La Chine
45,0
40,0 Non BEV
BEV
35,0
30,0
24,2
25,0
20,0 28,8
15,0 28,5 29,4
10,0
15,7
5,0
6,2
0,0 0,9 1,1
2019 2020 2025 2030
La Chine a mis en place des quota obligatoires de VE
23 12 Mars 2019 CONFIDENTIALConsequence : un futur electrifié
M vehicles < 6 Tons
Aujourd’hui
Electric &
Fuel Cell
Plug-in Hybrid
Full Hybrid
48V Mild
Hybrid
Stop-
Start
Conventional
*Low Speed Electric Vehicle
Nous sommes juste au début de l’histoire
24 12 Mars 2019 CONFIDENTIALEST CE SÛR??
LE PROBLEME C’EST LE PRIX
25 12 Mars 2019 CONFIDENTIALLe problème c’est le prix…
Renault « ZOE »
92ch, 300 km d’autonomie reelle,
24000 € (sans les batteries)
~33000 € avec les batteries
Le prix moyen d’un segment B en Europe c’est 18000 euros
VW « GOLF-e »
134ch,300 km d’autonomie,
39000 €
Le prix moyen d’un segment C en Europe c’est 25000 euros
CONFIDENTIALSauf pour les riches…
Tesla « S » : 387Ch,
400 km d’autonomie,
91000 €
BMW « i3 » : 170Ch,
130 km d’autonomie,
39000 €
27 12 Mars 2019 CONFIDENTIAL…et c’est surtout dû aux batteries
$/kWh – Total pack including cells, BMS, cooling, packaging
300
Une batterie de Tesla 100kWh coûte
aujourd’hui pas loin de 17000 $
200 Une batterie de Zoe dans les 8000 $
Same TCO as ICE
100
Same Price as ICE
0
2015 2020 2025 2030
Malheureusement il va falloir reduire le cout des batteries PAR 4
pour arriver à la parité en prix. Ca ne sera pas avant dix ans au moins.
28 12 Mars 2019 CONFIDENTIALIL Y A UN AUTRE PETIT
PROBLEME…
C’est l’autonomie et l’usage
29 12 Mars 2019 CONFIDENTIALL’autonomie reste un vrai sujet… 30 12 Mars 2019 CONFIDENTIAL
Ca reste le probleme n°1 31 12 Mars 2019 CONFIDENTIAL
Autre sujet : la vitesse
Il se trouve que la physique est la
même pour les VE : la puissance
nécessaire à l’avancement est, hélas,
proportionnelle au CUBE de la vitesse.
Donc: plus on va vite, plus on
consomme d’énergie mais ca n’est pas
du tout linéaire.
Voir graphe
32 12 Mars 2019 CONFIDENTIALPas de chance : la physique est la même qu‘en 1920
!
X 30 !!!
Peu de progrès : les batteries Li-Ion sont meilleures mais toujours 20 a 30
fois moins denses energetiquement que l‘essence
33 12 Mars 2019 CONFIDENTIALConsequence : VE ne rime pas avec vitesse…
Vitesse constante en Puissance nécessaire Autonomie avec une Puissance specifique
km/h à tenir cette vitesse batterie de 75 kWh consommée
en kW (km) en kWh/km
50 3 2500 50
100 15 500 150
150 42 150 500
200 95 78 960
250 180 40 1875
L’autonomie dégringole dès que l’on passe au-dessus de 100 km/h à cause du peu de
capacité des batteries.
UN VE N’EST PAS FAIT POUR ALLER VITE !!
34 12 Mars 2019 CONFIDENTIALAutre sujet : la charge
Charge “lente” Charge “Rapide”
A la maison Au travail Au Supermarché Au parking
Route et autoroutes
En usage quotidien, des charges lentes En usage routier c’est une autre
de 3,5 a 7 kW, voire 11, suffisent : affaire: il faut des chargeurs rapides a
Un déplacement quotidien moyen 120 kw, voire 250kW (15 a 30 minutes
< 50 km,Encore le probleme de la vitesse
Charge “lente” Charge “Rapide”
A la maison Au travail Au Supermarché Au parking
Route et autoroutes
3,5 kW = 16A 250 kw sous 800V = 300A
7 kW = 32 A 10 postes = 2,5 MW = Probleme de
11 kW = 48A, besoin de triphasé reseau = Transformateurs specifiques
FACILE TRES COMPLIQUE
36 12 Mars 2019 CONFIDENTIALEt le réseau dans tout ca ?
Une étude de la CRE ( Commission à la Régulation de l’Energie) a estimé en 2018 que :
• 15 millions de VE sur les routes de France en 2035 consommeraient 30 TWh
• Rapportés au 480 TWh du parc de centrales actuel, l’accroissement est marginal (6 %)
En Théorie, le passage au VE est donc indolore…. MAIS
• La difficulté c’est le moment où l’on charge : Une grande partie des charges pourraient avoir lieu
lors des pics de charge de 18h.
• La CRE a estimé le besoin lié aux VE a +10 GW…. Il faudrait 11 centrales nucléaires en plus !!
• Si on décale la charge a partir de 21h, le besoin chute a 1,6 GW (2 centrales quand même )
• L’idée-force du moment c’est le V2G (Vehicle to Grid) : ce sont les batteries des voitures qui
feraient le tampon, fourniraient le courant au réseau a 18h et se rechargeraient la nuit…Dans ce
cas zéro centrales nécessaires
Le VE est partie intégrante de l’ecosystème d’énergie électrique
37 12 Mars 2019 CONFIDENTIALPourquoi ca marcherait alors
aujourd’hui ?
Y a-t-il une solution ?
38 12 Mars 2019 CONFIDENTIALEn fait il y a DES solutionS 39 12 Mars 2019 CONFIDENTIAL
Le besoin de mobilité n’est pas le même partout
Trajets moyens ~20 kms 50 kms > 200 kms
Vitesse < 40 km/h 80 km/hLe mauvais paradigme du VE
35 à 90 k€
1.2 tonne véhicule de base Avec les incitations
+
500 kgs batteries 25 à 80 k€
100 kW moteur
Tension 400V
Specifications
usuelles: 4
places, 600 km
d’autonomie
Seulement pour les riches
41 12 Mars 2019 CONFIDENTIALUn autre paradigme de VE
12 à 15 k€
0.7 tonne véhicule de base
+ Avec les incitations
150 kgs batteries 8 à 12 k€
moteur 20 kW
Tension 48V
Mobilité
légère:
2 places,
150 km
Pour tous
42 12 Mars 2019 CONFIDENTIALLa mobilité urbaine
requiert un autre
paradigme
43 12 Mars 2019 CONFIDENTIALC’EST ESSENTIELLEMENT
LEGER
PEU PUISSANT
PAS CHER
…ET TRES VARIE
44 12 Mars 2019 CONFIDENTIALExemple de VE simples et pas chers
Autour de
9000 euros
15 à 25 Kw, 650Kgs, 100km/h, 150 kms d’autonomie
45 12 Mars 2019 CONFIDENTIALExemple de mobilité électrique en Inde
Autour de
1500 euros
8 kW, une vitesse, batteries échangeables : 25km/h, 100 kms d’autonomie
46 12 Mars 2019 CONFIDENTIALExemple d’Hybride rechargeable pour la ville
Autour de
4000 euros
de surcout
Avril 2018 : la Traversée de Paris en mode 100% electrique avec une configuration hybride
rechargeable 15 kW
47 12 Mars 2019 CONFIDENTIALExemple de mobilité urbaine avec des robotaxis
Navette autonome NAVYA 6-places, 15 Kw, 50 km/h
48 12 Mars 2019 CONFIDENTIALExemple de livraison urbaine dernier
kilomètre avec des droïdes électriques
Exemple : Droïde STARSHIP TECHNOLOGIES 3 km d’autonomie
49 12 Mars 2019 CONFIDENTIALLa mobilité routière
est plus compliquée
à électrifier
50 12 Mars 2019 CONFIDENTIALLA MEILLEURE SOLUTION
A L’USAGE
C’EST L’HYBRIDATION
51 12 Mars 2019 CONFIDENTIALHybridation = 2 moteurs
ELECTRIQUE THERMIQUE
Petit Mild Hybrid (MHEV)
Moyen Full Hybrid (FHEV)
Hybride
Gros rechargeable
(PHEV)
52 12 Mars 2019 CONFIDENTIALPour les rouleurs moyens, des hybrides légers
Exemple :
Kia Sportage
Mild Hybrid
Autour de +
1000 euros
Vs. essence
Typiquement un petit moteur essence assisté d’une hybridation légère pour baisser la consommation
53 12 Mars 2019 CONFIDENTIAL… OU DES HYBRIDES FORTS
Exemple :
Toyota PRIUS
Autour de +
3000 euros
Vs. essence
Avec une boite de vitesse hybridee a 2 moteurs (« Derivation de Puissance »)
54 12 Mars 2019 CONFIDENTIALPour les gros rouleurs, des hybrides
rechargeables Exemple :
Typiquement un gros moteur Diesel à l’avant pour l’autoroute Volvo XC60/90
T8 PHEV
Un cable pour charger
la batterie
Cela reste
des vehicules
chers.
Plus un moteur électrique à l‘arrière et des batteries pour traverser les villes en zéro émission
55 12 Mars 2019 CONFIDENTIALEt donc ?
…Ca n’est pas si simple
56 12 Mars 2019 CONFIDENTIALCa n’est pas si simple
La règlementation l’impose, la société en veut , le VE est propre et agréable à conduire… MAIS
Il coûte très cher et a une autonomie limitée et n’est pas la solution magique à tous les usages.
L’hybridation essence a encore pour un bon moment un bien meilleur rapport prestations/coût.
5 points sont essentiels a rendre le VE viable et ne pas faire un nième flop
Latechnologie des batteries. Il faut au moins multiplier par 4 le rapport énergie/ volume pour rentrer en
compétition avec l’essence. Ca n’est pas gagné. A ce jour on entrevoit un doublement seulement
Les infrastructures de recharge. Pour ne pas créer d’anxiété liée à la panne, il faut que les opérateurs
aient implanté un réseau maillé, serré, de bornes de recharge. C’est en cours, reste à démontrer la praticité
(compatibilité des prises, paiement, intermodalité..)
Une offre adaptée à l’usage, et notamment à la mobilité urbaine et partagée avec des véhicules beaucoup
plus légers et moins chers.
Une énergie électrique décarbonée et disponible..en plus, ou alors un écosystème V2G qui fonctionne
Le prix du pétrole. Tant que le pétrole reste abondant et peu cher (cad en dessous de 80-100 $/ baril),
l’essence restera le vecteur le plus compétitif et le plus pratique et le consommateur préfèrera d’acheter des
véhicules essence (cf les USA)
57 12 Mars 2019 CONFIDENTIALMAIS 2020 VA ETRE UNE ANNEE D‘EXPLOSION DE L‘OFFRE
Audi e-Tron GT VW e-Buggy
Citroên Ami One
Seat Minimo Honda e
VW NEO
Peugeot e-208
CONFIDENTIALET DONC
LES 2-3 PROCHAINES ANNEES
VONT COMPLETEMENT
REDESSINER LE FUTUR
AUTOMOBILE
59 12 Mars 2019 CONFIDENTIALUN POSSIBLE FUTUR DE LA VOITURE DE NOS ENFANTS
Cellule rotative
Conduite autonome
Marche AV/AR
Moteurs electriques
indifférenciée
dans les roues
Batteries sous le
Concept Car Nissan PIVO – 2005- chassis
60 12 Mars 2019 Charge inductive
CONFIDENTIALMERCI !!!! 61 12 Mars 2019 CONFIDENTIAL
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