F. BADIN - INRETS LTE - Econologie

La voiture hybrideMusée des Arts et Métiers28 Juin 2007F. BADIN - INRETS LTEINRETS LTE VEH 06/2007

Éléments de contexteINRETS LTE VEH 06/2007

Perspectives futures ?Fleet averaged CO2 emissions trends190ADEME 05, EEC 03BMWCO2 emission in g/km180Toyota170ACEAEst. 1200 avg160152150FranceRenaultPSA140ACEA commitment2008Est. 2500 avg130120ACEA 07EVOL CARAC VEHIC110199419961998ACEA commitment2012200020022004Years2006INRETS LTE VEH 06/2007200820102012

Conditions d’utilisationdes motorisations classiquesINRETS LTE VEH 06/2007

Usage du moteur thermiquedans un véhicule conventionnelVEHLIBINRETSRépartition en tempsUrbanRoadS.Braking StopMotoringMotorwayS.B.B.MotoringINRETS LTE VEH 06/2007Motoring

Usage du moteur thermiquedans un véhicule conventionnelVEHLIBINRETSRépartition en orwayStopMotoringINRETS LTE VEH 06/2007BrakingStopMotoring

Usage du moteur thermiquedans un véhicule conventionnelVEHLIBINRETSPlage d’utilisationdu moteur 152151001505222101502753000255040027530040027503 040025040000Simulation-500500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 ngine torque (Nm) vs rpm INRETS LTE VEH 06/2007Engine torque (Nm) vs rpm4500

Architectures hybridesINRETS LTE VEH 06/2007

Principe généralProduits de dégradationTransformateurirréversibleSystème decouplageRéservoird'énergieGrande entuelleRécupération d’énergie au freinagePas émissions locales de polluants possible,INRETS LTE VEH 06/2007

Transmission hybride sérieSchéma de ervoirLiaisons électriquesLiaisons mécaniquesINRETS LTE VEH 06/2007

Transmission hybride parallèleSchéma de �servoirLiaisons électriquesLiaisons mécaniquesINRETS LTE VEH 06/2007

Transmission hybride parallèleà dérivation de puissanceSchéma de elB.V.E1Couplage1MoteurélectriqueB.V.E1Liaisons électriquesLiaisons oirINRETS LTE VEH 06/2007Nissan Tino2000

Transmission hybride parallèleà dérivation de puissanceSchéma de principe achineélectriqueTrain épicycloïdalContrôleMachineVar. vitesseMoteurthermiqueRéservoirLiaisons électriquesLiaisons mécaniquesINRETS LTE VEH 06/2007Toyota Prius1997

Solutions implémentéesHybrides discretsINRETS LTE VEH 06/2007

Hybrides discretsAlterno-démarreur 14 Vgestion optimisée de l’énergie électriqueSolution minimale (micro) :Conservation de l’architecture du GMP(typiquement 2,0 l essence et 1,6 l Diesel)Machine généralement non intégrée 2 à 3 kW, Batterie très proche de l’existante, Gain en consommation urbaine : 5 à 10 %INRETS LTE VEH 06/2007

Alterno-démarreurModes de fonctionnement200REP MT MGCouple en Nm150100Démarragedu MTMoteur thermique500MEMot500ME 1500Gén100020002500300035004000-50Génération de l’énergie optimum-100récup. au freinageRégimeINRETS LTEenVEHTr/mn06/200745005000

RealizationsStop-start systemJapanFranceDensoToyota Crownsince 2001North AmericaGMValeo StarsCitroën C3 (11/04)and C2 (1/06) 10000 ex since 1/2005INRETS LTE VEH 06/2007GM SaturnS/S and more ?

Alterno-démarreurPARAVHMILDHYBADEMEVALEOINRETS VALEOEXIDEINRETS GREENPotentiel de gain en consommation16Fuel consumption gain in %PARAVH RES CONS 11412108MotorwayRoadNEDC (warm)UrbanJapan 10-15 modes625 %at stop22 %at stop42Relativetime atstop31 %3.5 %10 %0avg speed : 924813322Vehicle type of useINRETS LTE VEH 06/200723 km/h

Hybrides discretsAlterno-démarreur et récupération : 14 Xgestion optimisée de l’énergie électriqueSolution minimale (micro) :Conservation de l’architecture du GMP(typiquement 4,2 l essence et 3,0 l Diesel)Machine non intégrée 4 à 6 kW, Association batterie et supercondensateur, Gain en consommation urbaine : # 12 %INRETS LTE VEH 06/2007

Hybrides discretsAlterno-démarreur, récupération et boostergestion optimisée de l’énergie électriqueSolution intermédiaire (mild) :Modification minimum de l’architecture du GMP Machine généralement intégrée 10 à 15 kW, Batterie 42 à 150 V, moins de 1 kWh, Gain en consommation urbaine : 20 à 30 %INRETS LTE VEH 06/2007

Alterno-démarreur et boosterModes de fonctionnement300Couple en Nm250Démarragedu MTEffet booster200Associationmoteursthermiqueet électrique150Moteur thermique100Machine trique(générateur)30004000Récupération au freinageGénération de l’énergie optimum-150Régime en tr/mnINRETS LTE VEH 06/20075000

Mise en oeuvreModifier au minimum l’architecture du GMPGrande compacité ( 1cm/kW)InsightHonda IMACivicAccordElectric machineINRETS LTE VEH 06/2007

Hybrides discretsAlterno-démarreur, récupération,booster et mode électriqueSolution complète (full) :Modification profonde de l’architecture du GMP Machine de 30 à 50 kW, Batterie 200 à 300 V, 1 à 2 kWh, Gain en consommation urbaine : 30 à 40 %INRETS LTE VEH 06/2007

Alterno-démarreur, récupération,booster et mode électriqueModes de fonctionnement300Couple en Nm250200Mode toutélectriqueDémarragedu MTEffet boosterAssociationmoteursthermiqueet électrique150Moteur thermique100Machine électrique(moteur)5000-50-1001000Machine n au freinageGénération de l’énergie optimum-150Régime en tr/mnINRETS LTE VEH 06/20075000

Transmission hybride parallèle à dérivation depuissanceUn grand choix de fonctionnalitésMise en place des composants plus délicateGrande complexitéGrande compacitéBatterieMotorisation 1 000 000 exdepuis 1997INRETS LTE VEH 06/2007

Results : Vehicle CO2 emission gain accordingto vehicle useEVALVHADEMEINRETS IFPARMINES GREENComparaison Prius (1997 et 2001) avec desvéhicules conventionnels260IFP/COMP CAT3V.xlsEmission in g/km13 gasoline vehicle (3V catalyst)220Avg180-30%à40%140Prius 97-20%à25%Prius 01-15%-3%1000,51Urban1,522,53NEDCRoadAverage driving speedINRETS LTE VEH 06/20073,54Motorway4,5

Transmission hybride parallèleExemple de réalisation : PSA Hybride HDiINRETS LTE VEH 06/2007

Synthèse des apports pour leshybrides discretsvitessePuissance Mot électriquePuissance Mot thermique5550Modeélectriquekm/h and kW4030Stop&Start20100-100Time in S LTE VEH 06/2007300350400Récupération

Évaluation desperspectivesde gain énergétiqueINRETS LTE VEH 06/2007

Evaluation des perspectives de gainDifficile de déterminer précisément les sources de nv.HybrideINRETS LTE VEH 06/2007HybrideCOMPAR CO2 VEH200Usage UrbainCO2 emission values in g/kmCO2 emission values in g/kmEngineEng. operating areaS/S and regeneration

Hypothèses0-100 km/hBVrobotiséeMot essence83 kWCONV1290 kgAltDém1300 kg150 W BATBVrobotiséeS/SParallèle1340 kgBVrobotiséePM EM18kW42 V NiMH150 W200 WParallèledériv P1360 kgPrius1360 kg#250 W# 250 W12.3 sMot essence83 kWMot essence69 kWSplit type transmission50 kW PM EM, 30 kW PM GEN200 V NiMH ESSSplit type transmission50 kW PM EM, 30 kW PM GEN200 V NiMH ESSINRETS LTE VEH 06/200712.5 s12.3 sMot essence 11.3 s60 kWMot essence11.7 sPrius 56 kW

Détermination des flux d’énergie dans les nsmissionparallèle àdérivation de puissance(type Prius)95,1Ph MechanicUrban type useINRETS LTE VEH 06/2007Ph récup4,5 Rr,261I.C.engine59,527,6Int 91,5127,8Fuel tankDC/ACPlanetary gearElect.machine8,716,4Aero91,5 Int9,4 Brk

Connaissance des principaux postes de C.thermiqueRécup.engineType d’usage du véhiculeINRETS LTE VEH 06/2007

Répartition des pertes selonl’architecture hybrideUsage de type urbainWh/km900800700CONVAlt-démParallèleEngine lossesDrive train lossesVehicle (motoring)Vehicle (regen)Par dérivPrius 30 %33 %Engine eff18 %20 %600500400300 28 %2001000-100INRETS LTE VEH 06/2007

Répartition des pertes selonl’architecture hybrideUsage de type autoroutierWh/km650550CONVAlt-dém27 %27 %Engine lossesDrive train lossesVehicle (motoring)Vehicle (regen)ParallèlePar dérivPrius 30 % 32 %34 %45035025015050-50INRETS LTE VEH 06/2007

Zone d’utilisation du moteur thermiquesuivant l’ 8%01008028028003260320402040040006060020Usagede typeurbain28032080120280400100280280280320120Alt 005000600032001000INRETS LTE VEH 0 %8090 %80 %6070 %60 %4050 %2040 %30 %020 %10 %-202803208060280280100250028120Par à dériv25014060030%20003000400050006000

Engine operating area as recordedon a THS architectureEVALVHADEMEINRETS IFPARMINES GREENChassis dynoCyl PressurePMF 6000225240240Couple effectif en Nm52310080602352Cycle40 Hyzauto N 35 DI -0.095Ah2250266023552280523Couple effectif en Nm225235100240Extra-urbanUrbanCycle Hyzurb N 33 DI -0.05Ah235240026260403002030030040040060060001000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 50001000 1500 2000 2500 3000 3500 4000Regime en tr/minRegime en tr/minINRETS LTE VEH 06/2007400100 %90 %60080 %70 %60 %50 %4500 500040 %30 %20 %10 %

Solutions futuresHybrides fonctionnelsINRETS LTE VEH 06/2007

Hybrides fonctionnelsHybrides discrets plus des fonctionnalitéscomplémentaires au bénéfice de l’utilisateuret/ou de la collectivité : Mode tout électrique avec autonomie, Recharge de la batterie sur le réseau, Motorisation répartie (4 WD), Alimentation électrique de bord.INRETS LTE VEH 06/2007

Relation véhicule – réseau électriquePas deconnectionTransfertd’énergieMarché del’énergieAlimentationrégulationINRETS LTE VEH 06/2007ChargesustainingPlug-in HEVsChargedepletingConceptV2HV2G

Toyota et l’alimentation ‘réseau’rINRETS LTE VEH 06/2007

Relation véhicule – réseau électriqueEchange d’énergie entre : Le véhicule et l’habitat (V2H) Le véhicule et le réseau électrique (V2G).INRETS LTE VEH 06/2007

Conclusions Les véhicules hybrides permettent d ’atteindre -des consommations très faibles (CO2), Leurs émissions sont très basses (Euro IV), Leurs performances sont bonnes (dynamique, autonomie), Ils peuvent apporter des fonctions supplémentaires. Le gain en consommation est sensible au cycle d ’usage, Ils combinent plusieurs innovations, Leurs coût est encore élevé ( 20 à 30 %, batterie, diesel ?), Questions sur la fiabilité des composants(batterie et électronique de puissance ?), Les VEH s’inscrivent dans un contexte dynamique(moteurs thermiques, transmissions, carburants).INRETS LTE VEH 06/2007

Merci de votre attentionINRETS LTE VEH 06/2007

1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 Years CO2 emission in g/km ADEME 05, EEC 03 ACEA ACEA commitment 2008 ACEA commitment 2012 . Accord Grande compacité ( 1cm/kW) Modifier au minimum l’architecture du GMP . CO Honda 2 emission values in g/km Vehicle COMPAR_CO2_VEH. INRE