Energy Harvesting : récupération d'énergie : une application, le scooter hybride

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Auteur : David BOUQUAIN, Directeur, France, Département Énergie et Environnement, Université de Technologie Belfort-Montbéliard (UTBM)
Réalisé lors du 4ème Atelier Microtechniques & Innovation de Minnovarc, les 11 et 12 octobre 2012, Ste-Croix, Suisse
Plus d'infos sur www.minnovarc.fr

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Energy Harvesting : récupération d'énergie : une application, le scooter hybride

  1. 1. Atelier Microtechniques & Innovation - MinnovarcRécupération d’énergieapplications transport18 juin 2013 – David Bouquain UTBM
  2. 2. Présentation UTBM
  3. 3.  2 795 étudiants dont 2 526 étudiants en formationd’ingénieurs à la rentrée 2012 8 spécialités d’ingénieurs dont 3 par apprentissage 4 Masters 4 laboratoires de recherche 63 000 m² de locaux 3 sitesChiffres clés 2012
  4. 4. Une recherche orientéetransports terrestres, énergie et société
  5. 5.  FC LAB : Fédération CNRS qui regroupe les compétences et les moyens sur lessystèmes pile à combustible. IRTES : Institut de Recherche sur les Transports, l’Energie et la Société - 4 équipeso SeT : Laboratoire Systèmes et Transportso LERMPS : Laboratoire d’Etudes et de Recherches sur les Matériaux, les Procédés et lesSurfaces.o M3M : Laboratoire Mécatronique – Méthodes, Modèles et Métiers.o RECITS : Laboratoire de Recherche et Etudes sur le Changement Industriel, Technologique etSociétal LMC : Laboratoire Métallurgies et Cultures Femto-ST : Unité mixte de recherche CNRS commune aux 3 établissementsd’enseignement supérieur franc-comtois (UTBM – UFC – ENSMM)Le potentiel de recherche de l’UTBM – 242 EC
  6. 6.  Véhicules électriques et hybrideso Stockage dénergie embarquéo Gestion de lénergieo Compatibilité électromagnétique Smart Grids – Réseaux Électriques Intelligentso Gestion intelligente de lénergieo Architectures de contrôleo Intégration de nouveaux besoins Systèmes Pile à Combustibleo Cœur de pileo Hybridation et gestion dénergieo Gestion de lairLaboratoire IRTES - SeT – équipe CCE
  7. 7. Systèmes de récupération d’énergieapplications transport
  8. 8.  Pourquoi récupérer l’énergie ?o Faire la chasse au gaspillage• Toute l’énergie cinétique des véhicules conventionnels est dissipéeen chaleur au freinage !o Augmentation du coût des énergies conventionnelles• Raréfaction des énergies primaires• Augmentation des populationso Impacts environnementaux Comment ?o Optimiser le rendement global des systèmes énergétiquesafin de valoriser au mieux la source d’énergie initiale• Cogénération (ex : turbines à gaz)• Hybridation (ex : automobile)Systèmes de récupération d’énergie8
  9. 9. Systèmes de récupération d’énergie - transport9 Plusieurs technologies possibles sur des systèmesélectriques et hybrides pour des applications transport Récupération de l’énergie cinétique du véhicule,2 solutionso Choisir une source d’énergie unique mais réversible : véhiculeélectrique, traction ferroviaire par caténaire…o Hybridation : associer un vecteur énergétique « réversible » à lasource d’énergie primaire non réversible• Volants d’inertie• Supercondensateurs• Accumulateurs• … Optimiser la gestion de l’énergie
  10. 10. Systèmes de récupération d’énergie – transport10 Volants d’inertieo Bus de Bâle• Hybridation moteur diesel et moteur électrique• 12 bus équipés, plus de 200 000 heures d’utilisation.• 1200 kg - 5 kWh - 250 kW.o Porsche GT3 hybride• Train arrière thermique – train avant électriqueo Tramway Citadis Alstom - Rotterdam• En test depuis 2005• 1000 kg - 22 000 tr/min – 4 kWh – 330 kW
  11. 11. Systèmes de récupération d’énergie – transport11 Supercondensateurso Honda FCX H2• Assistance à la PàC• Récupération d’énergie au freinageo Toyota TS030 hybride Le Mans• 1 moteur élec par train roulant + ICE• 1 pack de supercondensateurso Tramway Citadis Alstom - SCap• 770kg – 1,6 kWh – 500 kWo Mazda i-ELOOP
  12. 12. Systèmes de récupération d’énergie – transport12 Accumulateurs (batteries)o Toyota Prius• Hybride dérivation de puissance• 1,2 kWh - Ni-Mho Hybrides PSA (3008, 508, DS5 …)• Hybride parallèle• 2 kWh - Ni-Mho Système KERS F1• 60 kW – 6s par tour• Li-Ion - 111 Wh (400 kJ)o Renault Zoé• Véhicule électrique• 65 kW - Li-Ion – 22 kWh• Freinage élec optimisé
  13. 13. Projet scooter hybride
  14. 14.  Pourquoi travailler sur le scooter ?o Véhicule plus en plus présent dans les centres urbains• 10% de croissance annuelle en moyenne dans les grandes villeso Enjeux environnementaux majeurs• faible poids et faible encombrement,• mais énergivores et donc polluants.– Scooter 400 CC– Environ 160 kg– Conso urbaine jusquà 6,5 litres d’essence pour 100 km (idem voiture)o Les progrès à réaliser dans ce domaine sont encore considérables.Les trois facteurs clés de la faible consommation sont :• Amélioration de la motorisation (faible consommation spécifique),• Réduction de la masse ,• Récupération d’énergie au freinageScooter hybride14
  15. 15.  Partenariat industriel : Mazziota Motors  3 projetso Scooter hybride non rechargeable avec supercondensateurs• Moteur thermique 125 cc classique• Moteur roue brushless 5 kW – 180 Nm• 80 cellules de 350 F  87.5 kJ• Système freinage hydraulique /électrique combiné breveté  point essentiel• À iso performances : économie de carburant entre 10 et 25 % suivant les cycles(cycles région parisienne)• À iso consommation : augmentation des performances – accélérations identiques àun 400 cc)Scooter hybride15
  16. 16.  Partenariat industriel : Mazziota Motors  3 projetso Scooter hybride rechargeable avec batterie Li-Ion – Projet Niponnia• Moteur thermique 125 cc• Moteur roue brushless 5 kW – 180 Nm• Accumulateurs amovibles : LiFePO4 – 1,2 kWh  développement BMS• Système freinage hydraulique – électrique combiné breveté• Stop and Start, démarrage en mode électrique jusquà X km/h, mise en route dumoteur thermique, freinage régénératif, batterie rechargeable amovible…….• Même dynamique quun 125CC classique « ni plus, ni moins »• Plus de 45 % déconomie dessence par rapport à un scooter thermique équivalentScooter hybride16
  17. 17.  Partenariat industriel : Mazziota Motors  3 projetso Scooter électrique (équivalent 50 cc)  en développement• Moteur roue brushless• Double moyen de stockage dénergie– batterie Li-Ion  fournie lénergie en débit « stabilisé »– Pack de supercondensateur  absorbe les pics de puissance en propulsion ouen freinage régénératif• Avantages : système beaucoup plus efficace que la plupart des chaînes detractions pour scooters électriques (+ 15 à 30 % autonomie en simulation)• Brevet déposéScooter hybride17
  18. 18. Perspectives sur la récupération d’énergie
  19. 19.  Marge de progression importanteo Aujourd’hui on ne récupère pas encore tout !Perspectives19
  20. 20.  Marge de progression importanteo Aujourd’hui on ne récupère pas encore tout !• Problème de stabilité véhicule au freinagePerspectives20TransmissionMoteurélectriqueConvertisseurde puissanceBatterie
  21. 21.  Marge de progression importanteo Aujourd’hui on ne récupère pas encore tout !• Problème de stabilité véhicule au freinage  solution !Perspectives21
  22. 22.  Marge de progression importanteo Aujourd’hui on ne récupère pas encore tout !• Problème de stabilité véhicule au freinage• Idem aussi les scooters développés à l’UTBM, on ne freine que la rouearrière en électrique !Perspectives22
  23. 23.  Marge de progression importanteo Aujourd’hui on ne récupère pas encore tout !• Problème de stabilité véhicule au freinage• Idem aussi les scooters développés à l’UTBM, on ne freine que la rouearrière en électrique !• Solution ajouter un moteur dans la roue avant le plus compact possiblePerspectives23
  24. 24.  Marge de progression importanteo Optimisation optimale de la chaîne de traction globale• Scooter hybride série rechargeablePerspectives24
  25. 25. Meilleurpointde fonctionnementRendementcumulé > 30 % Marge de progression importanteo Optimisation optimale de la chaîne de traction globale• Scooter hybride série rechargeablePerspectives25Moteur 125 Génératrice Chargeur Onduleur 1Batterie Li-Io Moteur1 Frein 1Prise230 VOnduleur 2 Moteur2 Frein 2
  26. 26. Atelier Microtechniques & Innovation - MinnovarcRécupération d’énergieapplications transport18 juin 2013 – David Bouquain UTBM

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