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Voitures électriques: autonomie et autres items, les progrès 2013 et les solutions

Les VEB « véhicule électrique à batterie »: Autonomie, les solutions externes de recharge rapide ou les solutions embarquées de prolongateurs d’autonomie (Intérêt à moyen terme des Piles à Combustibles « PAC / FC Fuel Cell » pour ces applications) ; Evolutions en cours des batteries.

1 – Autonomie des VEBs

Le problème de l’autonomie d’un VEB reste encore un vrai problème pour les particuliers, même avec les nouvelles batteries Li/Ion car elle reste toujours trop faible mais des progrès dans ce sens vont exister en 2014 / 2015 sur les nouveaux VEBs: par exemple, la Nissan Leaf modèle 2011 avait 160 kms d’autonomie en cycle EPA et tombait à 100 kms si on utilisait le chauffage ou la climatisation du véhicule mais  la nouvelle Leaf disponible en France en 06/2013 a 200 kms d'autonomie et est moins chère ! Pour réussir le déploiement des véhicules électriques VEB, une des clés importantes de cette réussite est l’augmentation de l’autonomie. Pour l’augmenter et enlever le stress de la panne sèche au conducteur il n’y a que trois solutions (en fait en 03 2014 il n’y en a plus que deux, la troisième a capoté) que nous allons exposer ici:

A - Disposer d’un réseau de postes de recharge pas trop éloignés les uns des autres et couvrant des territoires et des axes routiers le plus fréquentés ; l’aide des pouvoirs publics est nécessaire vu les problèmes d’investissement et de puissance électrique à installer (des MW !!). La recharge rapide se fait, en 30 mn environ pour 80% de charge et le chargeur doit avoir 60 kW ou plus tandis qu’il a besoin seulement de 7 kW pour la recharge normale en 3h. Plusieurs projets importants existent dans ce domaine et on peut en indiquer au moins deux :

A1 - POUR MEMOIRE: The EV Project, : en faillite en 09/2013; il était sponsorisé par le US / DoE et avec un financement fédéral ARRA, est déployé en 2010 / 2013 dans 21 villes et 9 états (mais il serait déjà présent dans 35 états), avec les VEB de Nissan (la Leaf) et de GM (la Volt) dans un premier temps; plus de 15 k stations normales de charge prévues et déjà 8 800 installés fin 11 2012 (reliées en réseau avec les véhicules et avec des logiciels intelligents de charge rapide). ECOtality en est le leader et le prestataire. Les logiciels de charge intelligents et le réseau interconnecté entre les stations de charge et les VE en temps réel permettent de réduire les MW à installer et les investissements résultants. Cette société propose aussi son chargeur rapide Blink : environ 40 déjà installés fin 11 2012. Ce projet a déjà plus de 50 partenaires, privés (Nissan, GM, etc.) et publics (universités, villes, etc.). Il a aussi créé une JV en 2013 avec ChargePoint pour relier leurs 2 réseaux.

A2 - CHAdeMO, consortium crée en 2010 par tous les constructeurs japonais mais qui a déjà fin 2010 au niveau mondial environ 70 membres réguliers (PSA, etc.) environ 70 « supporting members » de toute l’industrie et environ 40 membres observateurs (ambassades et administrations japonaises). Ce consortium fait, entre autres, la promotion d’un connecteur et d’un protocole de communication pour les chargeurs rapides. Les VEB japonais ont tous des connecteurs compatibles CHAdeMO et SAE J 1772.

A3 – Aides et actions pour le développement des VEB et des bornes de recharge dans le monde :

France : aides diverses aux entreprises et aux particuliers : accord entre le gouvernement, Renault, PSA et 13 villes importantes pour le déploiement des VEB et des bornes de recharge. Les VEB « Autolib » de Bolloré ont débuté en région parisienne en 12 / 2011, avec des stations de recharge et ce déploiement semble réussi en 2013 (plus de 1800 véhicules en service fin 2012). Fortes actions du gouvernement et des industriels en 2014.

USA : fortes aides aux entreprises, aux villes pilotes et aux particuliers ; cf. The EV Project et ECOtality (voir + haut) mais faillite en 09/2013 ; heureusement d'autres projets sont aussi soutenus : en Arizona, dans l'est des USA, etc.

Japon : fortes aides aux entreprises, aux villes pilotes et aux particuliers ;

Chine : fortes aides aux entreprises, aux 20 villes pilotes et aux particuliers.

Europe : actions en 2014 au niveau européen et des Etats pour le déploiement des stations de recharge et pour la normalisation des prises et connecteurs;  aides aussi aux particuliers dans 14 pays de l’Union mais seulement 7 font un effort important permettant le déploiement des VEB et des stations de recharge : Danemark (bon maillage des stations de charge réussi déjà), UK, Allemagne, Belgique, Irlande, France, Espagne.

Autres Pays: il y en a aussi en Corée du Sud, Australie, Canada, Inde, etc.

A4 – Normes : pour les chargeurs et les bornes de recharge, il y a au moins 3 standards qui sont proposés : le SAE J 1772, le IEC 62196 et le CHAdeMO ; coexistence de ces 3 standards (ou plus j’en ai peur) pendant les 5 prochaines années. En Europe il y a l’EV Plug Alliance qui regroupe 16 industriels européens de l’équipement électrique pour promouvoir les normes IEC et des produits répondant à cette norme déjà disponibles mais des nouvelles normes sont aussi en préparation au niveau des organisations européennes !!

B – Pour Mémoire : Disposer d’un réseau de stations spéciales où on peut échanger sa batterie vide contre une batterie pleine : solution qui semble avoir capoté avec la faillite de Better Place en 05 2013 : là aussi ces garages doivent être peu éloignés les uns des autres et couvrant des territoires et des axes routiers choisis très fréquentés : l’aide des pouvoirs publics est nécessaire vu les problèmes d’investissement et de puissance électrique à installer (des MW !!). Les investissements seraient plus importants que pour la solution « postes de recharge » mais le temps d’immobilisation du véhicule bien plus faible (1mn au lieu de 30mn ou plus). Cette solution était développée par Renault / Nissan par exemple qui y travaillait avec Better Place.

Better Place : faillite en 05/2013; c'était une société israelo-américaine, débuts en 2010 au Japon et en 2011 / 2012 au Danemark, Israël, Hollande, Chine, Am du Nord, Australie, Japon. ; Installations aussi de postes de recharge sur les réseaux urbains et routiers, en plus du projet principal des garages pour échange de batterie ; annonce d’un partenariat avec GE en 2010 (financier et technique avec le chargeur WattStation de GE et son programme Ecomagination), Ce projet a déjà plus de 22 partenaires (Renault/Nissan, GE, Ofer group, banques, etc.). La Renault Fluence ZE est totalement adaptée à un tel échange rapide de batterie et avec ce véhicule on a : en Israël un réseau de quelques stations fonctionne bien; au Danemark, 18 stations d'échange de batterie existent fin 2012; en Hollande 2 stations (1 existe à Schiphol depuis 09 2012, 1 existera en 2013 à Amsterdam) fonctionnent avec 10 taxis Renault. Mais cette société a fait faillite en mai 2013, lâchée par Renault, dit-on.

A ma connaissance, il n’y a pas d’autre société valable dans ce créneau et donc cette solution doit être abandonnée pour l’avenir.

C- Installer un chargeur de batterie « Range Extender » ou « RE » ou « Prolongateur d’autonomie » sur le véhicule. Rappelons que les prolongateurs d’autonomie ou chargeurs de batterie pour VEB donnent au véhicule une configuration d’hybride série.

C1 – Chargeur embarqué du type « petit moteur thermique MCI « Moteur à
Combustion Interne » avec un alternateur » Ceux que les constructeurs proposent aujourd’hui sont du type « petit Moteur à Combustion Interne « MCI » avec un alternateur »,il délivre ainsi de l’électricité pour recharger la batterie. On peut signaler entre autres la Volt de GM qui a un tel prolongateur en série : ce véhicule  a beaucoup de succès et est exporté dans 21 pays sous les noms de Chevrolet Volt, Holden Volt et Opel Ampera (la Cadillac ELR est sortie fin 2013 avec aussi cette solution).On peut dire, malgré tout, que cette solution de RE à petit MCI n’est pas vraiment écologique pour le moyen-terme. La BMW i3 qui sort en 2014 proposera aussi une version à prolongateur d’autonomie à MCI !

C2 - Prolongateurs d’autonomie / RE à solution PAC / FC. C’est une solution écologique qui ne génère pas de pollution, pas de bruit et a un rendement plus du double de la solution avec MCI. On peut utiliser tous les combustibles liquides ou gazeux tels que le biogaz, les biocarburants comme le bio méthanol ou le bioéthanol. Dans le cas de l’H2 il n’y a pas de reformeur à mettre devant la PAC / FC mais pour tous les autres combustibles il en faut un, plus ou moins cher et compliqué suivant le type de PAC / FC. Ces reformeurs existent déjà en série. Signalons aussi le cas de la technologie DMFC (voir ci-dessous) où le méthanol est oxydé sans reformeur.

Mais la plupart des PAC / FC en présérie ou en développement utilisent de l’H2 : les coûts d'infrastructure pour le déploiement de stations de distribution d'H2 (voir mon article sur ce sujet) sont aussi très importants et vont peser beaucoup aussi dans la réussite de cette solution.

NB – Les sigles pour les PAC / FC sont : PEMFC « proton exchange membrane fuel cell », SOFC « solid oxide fuel cell » et DMFC « direct méthanol fuel cell »

C21 - Prototypes ou démonstrateurs de prolongateur d'autonomie à "PAC" pour VEB : Axane, groupe Air Liquide, (Fr) propose depuis 2008 un bloc Auxipac de 1 à 5 kW en technologie PEMFC avec de l’H2 comprimé. On peut signaler aussi des prototypes à PAC chez Nissan, PSA, Proton Motor Fuel Cell (RFA), Intelligent Energy (UK), Protonex (USA), Serenergy (Dk), Powercell (Suède), etc.

Au Mondial 2012, des prototypes industriels de Renault Kangoo avec un RE sont proposés par le groupe Solvay et par la société Symbio F Cell: une PEMFC de 5 kW avec 1,5 kg d'H2 permet une autonomie de 320 kms ! Bravo à ces réalisations qui ont reçu la collaboration de RENAULT

C22 – Réalisations pour les petits VEB et les 2 et 3 roues: SFC Energy, (RFA) vend en série, (en plus de ses chargeurs embarqués pour VMCI, camping – cars en particulier, voir Annexe), depuis plus de 3 ans des prolongateurs en technologie DMFC à partir d’une cartouche de solution de méthanol/eau, sur des petits VEB et sur le « Velo Taxi » par exemple en RFA. On peut signaler aussi Oorja Protonics (USA), NDC Power (USA), Antig (Taiwan), Neah Power Systems (USA), IRD (Dk),

C3 – Conclusion pour la solution du « chargeur embarqué » à PAC / FC.

En résumé, en cumul 2000 / 2013 il y a, en série, prototypes et démonstrateurs plus de 20 000 unités installées aux USA, en Europe et ailleurs comme chargeurs de batterie embarqués / APU dans des véhicules spéciaux à MCI (camping-cars par exemple mais aussi des utilitaires spéciaux), ou prolongateurs d'autonomie / RE de VEB, ou principal (ou seul) générateur électrique de petits VEB à 2, 3 et 4 roues, ou principal (ou seul) générateur électrique de chariots électriques de tous types. Ces dispositifs sont soit en technologie PEMFC avec de l'hydrogène (comprimé ou en hydrure) ou du diesel et reformeur soit en DMFC soit en SOFC avec des combustibles liquides ou gazeux, biocarburants ou carburants fossiles ; ils seront à des prix compétitifs vers 2018.  

2 - Energie massique de la batterie :

21 – batteries au Lithium / sel métallique : les progrès continuent aussi bien en Li-Ion qu’en Li-Polymère (Bolloré par exemple) et permettent d’augmenter fortement l’autonomie. En Li-Ion il y a plus de 20 sociétés performantes dans ce créneau de la forte puissance et énergie ; signalons les 10 premières, d’après un consultant US, dans un ordre décroissant de leadership : LG Chem (Corée, fournisseur de Tesla et Volt), JCI (Europe et USA, fournisseur mondial de batteries  au Pb et Li), AESC (Japon, JV de Nisan et NEC, fournisseur de la Leaf), Panasonic (Japon), Samsung SDI (Corée), SK Continental E-Motion (RFA et Corée, JV de SK innovation et Continental, début en 1/2013), Hitachi (Japon), Toshiba (Japon), GS Yuasa (Japon), BYD (Chine), A123 Systems (USA)

22 – Autres couples : il y a des espoirs avec d’autres couples électrochimiques : signalons surtout le : Al / Air qui est développé par Alcoa et une société israélienne et  Li / Air développé par VW ; ces couples donneraient des autonomies dépassant les 1 000 kms mais ils ne seront au stade industriel que vers 2020 / 2025.

3 - Parc total mondial des VEB à fin 2013 :

On doit arriver à environ 350 à 400 000 unités à fin 2013, VP, VUL et Bus inclus mais hors chariots électriques et véhicules de golf et assimilés.

31 - l’Alliance Renault / Nissan. Entre décembre 2010 (lancement de Nissan LEAF) et décembre 2013, les ventes de véhicules zéro-émission de l’Alliance Renault / Nissan ont atteint 134 383 véhicules au niveau mondial, soit plus que les véhicules électriques de tous les principaux constructeurs automobiles confondus.

La Nissan LEAF (voir photo)


s’est vendue au total à 96 847 unités durant cette période. Le 20 janvier 2014, Nissan a fêté la vente de son 100 000e véhicule électrique, une LEAF, à un client du Royaume- Uni.

 Entre octobre 2011 (lancement de Kangoo Z.E.) et décembre 2013, Renault a vendu 37 536 véhicules zéro-émission.

32 – GM Volt. Voir photo: Au niveau mondial avec les différentes  appellations de ce VE à prolongateur, on a un total à fin 2013, depuis sa sortie en 2010 et en ajoutant les petites quantités de la Cadillac du même type, d’environ 70 k unités vendues.  

33 – Tesla. Voir photo: Son VE haut de gamme et cher (59 000 euros pour la S berline 7 places avec batterie 60 kWh et +) mais avec une grande autonomie (370 kms avec la batterie 60 kWh et 480 kms pour la 85 kWh) a beaucoup de succès et il va lancer une grande usine aux USA pour faire ses différents modèles. Son total de ventes 2011à 2013 dépasse les 50 k unités

34 – Autres constructeurs. Signalons Mitsubishi avec environ 33 k total mondial, Ford, Fiat, Smart, etc. En 2014 / 2016 on aura aussi des quantités  importantes venant d’Allemagne (BMW i3 en particulier), de Fiat / Chrysler, etc.

4 - Avenir des VEB :

-       Prix de ces véhicules : à court-terme il dépend aussi fortement du prix de ces véhicules mais il y a d’une part des aides importantes à l’achat,  d’autre part la batterie peut  être louée au lieu d’être achetée et enfin les prix baissent en 2013 et continueront de baisser en 2014/2015.

-       Le problème de l’autonomie et du stress de la batterie vide me semble néanmoins plus crucial. Les années 2014 / 2015 vont être déterminantes pour l’expansion des VEB et leur place réelle dans le marché automobile. Le succès de la Tesla modèle S, très chère mais avec une très grande autonomie est une affaire à suivre de près !!  Il faudra voir, dès 2014, vis-à-vis des promesses et des engagements, la réalité de l’offre et des ventes des constructeurs de berlines en VEB de grande série en Europe, Am du Nord, Chine, Japon et Corée (exemple : Nissan a aussi des usines de production  aux USA et en UK en 2013 pour la nouvelle version Leaf) mais aussi celle des investissements en installations pour les solutions de type A, de la part des pouvoirs publics et des industriels de toute la chaine depuis l’amont jusqu'à l’aval et enfin celle de l’offre des industriels de solution de type C en chargeur embarqué à PAC de grande série à prix compétitif.  La solution A des postes de recharge est nécessaire dans les villes mais son extension sur tous les réseaux routiers importants demande des investissements importants. La solution C de chargeur embarqué à MCI puis à PAC est très satisfaisante mais reporte un surcoût sur le véhicule. Ce surcoût pourrait être faible ou nul si on réduit la taille de la batterie Li/Ion et en utilisant un peu plus souvent la PAC (dont le coût va baisser vers 2018/2020). Les offres de Solvay et Symbio F Cell au Mondial 2012 de RE à FC sont très prometteuses (voir plus haut pour des détails). De nombreux constructeurs tels que Renault / Nissan participent aux 2 solutions concurrentes A et C.

En conclusion, le mélange des solutions A « bornes de recharge rapide » et C « chargeur embarqué (à moteur thermique puis à PAC / FC ») serait un bon compromis, même à terme. Ce mélange serait très utile dans certains trajets assez longs ou dans des pays pas assez équipés en solution A de bornes de recharge rapide. La répartition de la taille de la PAC / FC et de la batterie pourrait aussi évoluer dans les années à venir suivant les progrès en technologie et en prix total d'usage des deux sources d’énergie électrique

5 - Dernières nouvelles des constructeurs japonais et coréens :

Toyota vient d’annoncer qu’il ne sortirait pas de nouvelle voiture électrique (et la eQ restera en série limitée à quelques centaines d’unités) car le marché ne le demande pas mais qu’il sortirait 21 modèles d’hybrides jusqu’à fin 2015 et lancerait en petite série un véhicule à pile à combustible « FCEV » vers 2015/2016.

Hyundai se dit déçu par les VEB mais va lancer en série un FCEV fin 2015 et Kia va faire de même pour un FCEV.

Honda va sortir 3 modèles d’hybrides et va aussi lancer en série un FCEV en 2016 ; il garde les VEB pour les mini / micro voitures (et il a déjà la Fit EV).

Mis sur le blog le 31 03 2014 et modifié le 05 04 2014 et le 18 02 2015