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

1. Atelier Microtechniques & Innovation - Minnovarc
Récupération d’énergie
applications transport
18 juin 2013 – David Bouquain UTBM

2. Présentation UTBM

3.  2 795 étudiants dont 2 526 étudiants en formation
d’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 sites
Chiffres clés 2012

4. Une recherche orientée
transports terrestres, énergie et société

5.  FC LAB : Fédération CNRS qui regroupe les compétences et les moyens sur les
systèmes pile à combustible.
 IRTES : Institut de Recherche sur les Transports, l’Energie et la Société - 4 équipes
o SeT : Laboratoire Systèmes et Transports
o LERMPS : Laboratoire d’Etudes et de Recherches sur les Matériaux, les Procédés et les
Surfaces.
o M3M : Laboratoire Mécatronique – Méthodes, Modèles et Métiers.
o RECITS : Laboratoire de Recherche et Etudes sur le Changement Industriel, Technologique et
Sociétal
 LMC : Laboratoire Métallurgies et Cultures
 Femto-ST : Unité mixte de recherche CNRS commune aux 3 établissements
d’enseignement supérieur franc-comtois (UTBM – UFC – ENSMM)
Le potentiel de recherche de l’UTBM – 242 EC

6.  Véhicules électriques et hybrides
o Stockage d'énergie embarqué
o Gestion de l'énergie
o Compatibilité électromagnétique
 Smart Grids – Réseaux Électriques Intelligents
o Gestion intelligente de l'énergie
o Architectures de contrôle
o Intégration de nouveaux besoins
 Systèmes Pile à Combustible
o Cœur de pile
o Hybridation et gestion d'énergie
o Gestion de l'air
Laboratoire IRTES - SeT – équipe CCE

7. Systèmes de récupération d’énergie
applications transport

8.  Pourquoi récupérer l’énergie ?
o Faire la chasse au gaspillage
• Toute l’énergie cinétique des véhicules conventionnels est dissipée
en chaleur au freinage !
o Augmentation du coût des énergies conventionnelles
• Raréfaction des énergies primaires
• Augmentation des populations
o Impacts environnementaux
 Comment ?
o Optimiser le rendement global des systèmes énergétiques
afin de valoriser au mieux la source d’énergie initiale
• Cogénération (ex : turbines à gaz)
• Hybridation (ex : automobile)
Systèmes de récupération d’énergie
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9. Systèmes de récupération d’énergie - transport
9
 Plusieurs technologies possibles sur des systèmes
électriques et hybrides pour des applications transport
 Récupération de l’énergie cinétique du véhicule,
2 solutions
o Choisir une source d’énergie unique mais réversible : véhicule
électrique, traction ferroviaire par caténaire…
o Hybridation : associer un vecteur énergétique « réversible » à la
source d’énergie primaire non réversible
• Volants d’inertie
• Supercondensateurs
• Accumulateurs
• …
 Optimiser la gestion de l’énergie

10. Systèmes de récupération d’énergie – transport
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 Volants d’inertie
o 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 électrique
o Tramway Citadis Alstom - Rotterdam
• En test depuis 2005
• 1000 kg - 22 000 tr/min – 4 kWh – 330 kW

11. Systèmes de récupération d’énergie – transport
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 Supercondensateurs
o Honda FCX H2
• Assistance à la PàC
• Récupération d’énergie au freinage
o Toyota TS030 hybride Le Mans
• 1 moteur élec par train roulant + ICE
• 1 pack de supercondensateurs
o Tramway Citadis Alstom - SCap
• 770kg – 1,6 kWh – 500 kW
o Mazda i-ELOOP

12. Systèmes de récupération d’énergie – transport
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 Accumulateurs (batteries)
o Toyota Prius
• Hybride dérivation de puissance
• 1,2 kWh - Ni-Mh
o Hybrides PSA (3008, 508, DS5 …)
• Hybride parallèle
• 2 kWh - Ni-Mh
o 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. Projet scooter hybride

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 villes
o Enjeux environnementaux majeurs
• faible poids et faible encombrement,
• mais énergivores et donc polluants.
– Scooter 400 CC
– Environ 160 kg
– Conso urbaine jusqu'à 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 freinage
Scooter hybride
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15.  Partenariat industriel : Mazziota Motors  3 projets
o 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 à
un 400 cc)
Scooter hybride
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16.  Partenariat industriel : Mazziota Motors  3 projets
o 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 jusqu'à X km/h, mise en route du
moteur thermique, freinage régénératif, batterie rechargeable amovible…….
• Même dynamique qu'un 125CC classique « ni plus, ni moins »
• Plus de 45 % d'économie d'essence par rapport à un scooter thermique équivalent
Scooter hybride
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17.  Partenariat industriel : Mazziota Motors  3 projets
o Scooter électrique (équivalent 50 cc)  en développement
• Moteur roue brushless
• Double moyen de stockage d'énergie
– batterie Li-Ion  fournie l'énergie en débit « stabilisé »
– Pack de supercondensateur  absorbe les pics de puissance en propulsion ou
en freinage régénératif
• Avantages : système beaucoup plus efficace que la plupart des chaînes de
tractions pour scooters électriques (+ 15 à 30 % autonomie en simulation)
• Brevet déposé
Scooter hybride
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18. Perspectives sur la récupération d’énergie

19.  Marge de progression importante
o Aujourd’hui on ne récupère pas encore tout !
Perspectives
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20.  Marge de progression importante
o Aujourd’hui on ne récupère pas encore tout !
• Problème de stabilité véhicule au freinage
Perspectives
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Transmission
Moteur
électrique
Convertisseur
de puissance
Batterie

21.  Marge de progression importante
o Aujourd’hui on ne récupère pas encore tout !
• Problème de stabilité véhicule au freinage  solution !
Perspectives
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22.  Marge de progression importante
o 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 roue
arrière en électrique !
Perspectives
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23.  Marge de progression importante
o 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 roue
arrière en électrique !
• Solution ajouter un moteur dans la roue avant le plus compact possible
Perspectives
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24.  Marge de progression importante
o Optimisation optimale de la chaîne de traction globale
• Scooter hybride série rechargeable
Perspectives
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25. Meilleurpointde fonctionnement
Rendementcumulé > 30 %
 Marge de progression importante
o Optimisation optimale de la chaîne de traction globale
• Scooter hybride série rechargeable
Perspectives
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Moteur 125 Génératrice Chargeur Onduleur 1Batterie Li-Io Moteur1 Frein 1
Prise
230 V
Onduleur 2 Moteur2 Frein 2

26. Atelier Microtechniques & Innovation - Minnovarc
Récupération d’énergie
applications transport
18 juin 2013 – David Bouquain UTBM