Soutenance mémoire
La récente augmentation du nombre de véhicules électriques disponibles à l’achat et la diversité importante des constructeurs automobiles proposant au moins un modèle électrique, illustrent le développement actuel de ce marché. Cette accélération de la production de véhicules électriques s’explique notamment par une combinaison de différents facteurs avec diverses influences selon la sensibilité des analystes. Ces facteurs sont liés, sans ordre d’importance, aux restrictions qui légifèrent les émissions des pollutions locales et globales, à l’augmentation du prix du pétrole ou bien à la prise de conscience écologique. Cependant, le déploiement du marché des véhicules électriques est actuellement freiné par les limitations perçues par les acheteurs comme des contraintes importantes pour leurs usages. Actuellement, ces limitations sont essentiellement causées par les systèmes de stockage électrique, qui impactent directement les performances des véhicules. À ce jour, les batteries lithium-ion (Li-ion) proposent l’une des solutions technico économique les plus compatibles avec cette application, principalement par sa densité énergétique élevée. Les performances des batteries sont par conséquent au centre de nombreuses études ayant pour objectif de résoudre les problématiques liées aux limitations identifiées par les utilisateurs. L’amélioration de la performance des batteries est de première importance pour les constructeurs automobiles qui souhaitent rester compétitifs sur ce segment de marché par rapport à de nouvelles solutions innovantes, telles que les piles à combustible.
Les attentes des acheteurs définissent un cahier des charges de performances automobiles guidé par les caractéristiques des véhicules thermiques. Ces lignes directrices engendrent un développement des batteries mené par des problématiques de coût, de poids, de performance énergétique et de durée de vie. L’amélioration significative de ces verrous auraient très certainement pour conséquence une augmentation très nette des ventes de véhicules électriques qui proposeraient une alternative viable aux véhicules thermiques et hybrides.
Les véhicules électriques – Transports
Essor des véhicules électriques
Les premiers véhicules électriques (VE) sont apparus au milieu du 19ème siècle, lorsque l’électricité était le choix de propulsion privilégié. Depuis quelques années l’impact environnemental et la raréfaction du pétrole implique une augmentation de son coût, ont engendré un regain d’intérêt pour la propulsion électrique. Les VE ont commencés à être réintroduits commercialement, en France, au début des années 1990. Une liste non exhaustive des VE commercialisés lors des dernières années . On peut remarquer la nette amélioration récente des performances estimées des VE, ainsi que la diversité accrue des constructeurs proposant un modèle électrique.
Après un démarrage des ventes lent, les ventes de véhicules électriques (hybrides ou 100 % électriques) connaissent depuis 2012 une nette accélération. Les ventes aux États-Unis ont par exemple été doublées entre 2012 et 2013. Cette tendance semble se poursuivre en 2014 par une augmentation constatée de 66 % des ventes lors des 4 premiers mois par rapport à la même période en 2013 . Il est important de remarquer que les ventes de Battery Electric Vehicle (BEV) ont récemment dépassé celles des véhicules hybrides aux États-Unis, qui représentent désormais 4 % du marché total des véhicules neufs, démontrant la part non négligeable des VE et hybrides dans le marché des ventes automobiles.
Il est également intéressant de remarquer la présence des VE dans l’ensemble des régions majeures à travers le monde . D’autre part, le public séduit par l’achat de ce type de véhicules correspond à toutes les classes de la population et à tous les âges . Ces remarques permettent d’envisager un développement plus important du marché des VE dans les années à venir. De manière raisonnable, certaines études estiment une proportion de véhicules électriques (VE) représentant environ 10 % du marché total des nouveaux véhicules individuels d’ici 2020 , considérant une augmentation annuelle de 35 % des ventes de VE [2]. Il faut noter que les estimations les plus optimistes présentent des ventes croissantes de 70 % tous les ans jusqu’en 2020 [4]. Ces estimations sont confortées par d’autres analyses. Les Nations Unies estiment par exemple que la proportion des personnes vivant dans de grandes villes atteindra 70 % en 2050, ce qui correspond au marché cible des VE. D’autre part, les achats de VE se font majoritairement lors d’un remplacement d’un ancien véhicule . Or, ce marché spécifique est cyclique et la quantité de véhicules remplacés chaque année présente une opportunité intéressante pour les constructeurs de VE. L’actuelle inflation des ventes reste cependant à mettre en relation avec les nombreuses aides dont profitent les VE. Celles-ci n’étant probablement pas destinées à être pérennisées. D’autre part, les constructeurs réduisent considérablement leurs prix de vente de manière à attirer de nouveaux clients. BMW a par exemple annoncé, durant l’année 2013, un prix de vente étonnamment bas pour sa récente BMW i3 de 35 000 €, les analystes estimant auparavant un prix au plus bas de 40 000 €. Plus récemment, Ford a fait de même en réduisant le prix de la Focus EV de 3 000 €, ou encore la Nissan Leaf baissant son prix initial de 4 700 €, ce qui correspond à des véhicules neufs autour de 22000 €. Bien évidement ce sont de bonnes nouvelles pour les utilisateurs, mais cela démontre également un problème d’adéquation entre l’offre et la demande des VE. Le point positif étant néanmoins de démontrer par la pratique qu’il existe bel et bien un marché pour les VE, à un prix de vente adapté aux attentes des acheteurs.
Le principal challenge actuel des constructeurs automobiles correspond au prix des batteries qui demeurent trop chers pour le marché automobile. La réduction les coûts des batteries, pour les mêmes caractéristiques techniques placerait les VE dans un contexte favorable et les constructeurs ne seraient plus obligés de baisser leurs prix, la batterie représentant près de la moitié du coût total d’un VE.
L’évolution des recherches et des technologies permettent actuellement une réduction partielle des coûts de fabrication des batteries. Les améliorations récentes sont tout de même loin des objectifs à terme nécessaires pour séduire une large partie du public. Ceux-ci oscillant pour le U.S. Advanced Battery Consortium d’un coût de 150 $ par kWh, à un coût de 300 $ par kWh pour le Electric Vehicles Initiative (IEA). L’atteinte d’un tel coût des batteries permettrait aux VE d’être financièrement plus rentables que les véhicules thermiques, quelque soit l’intensité d’utilisation, ce qui peut développer les ventes à une grande échelle. Il faut néanmoins noter que certains analystes estiment qu’une diminution rapide des prix des batteries, et donc par conséquent des VE, peut également avoir un effet néfaste sur leurs ventes. D’après cette hypothèse, avec des prix en baisse constante, des consommateurs prêts à acheter pourraient continuer à attendre de nouvelles réductions importantes dans le futur [5]. De plus, les prix actuels étant artificiellement abaissés pour créer un marché, il sera très difficile d’augmenter à nouveau les prix, ce qui rendra la rentabilité plus difficile à atteindre pour les constructeurs. Tant que les coûts des batteries descendront progressivement, les fabricants pourront difficilement de faire du profit sur les VE, en particulier sachant que les consommateurs ne se lanceront dans ce marché que pour un prix cohérent avec le marché global des véhicules.
|
Table des matières
Introduction générale
1 Contexte et problématique
1.1 Les véhicules électriques – Transports
1.1.1 Essor des véhicules électriques
1.1.2 Limitations des véhicules électriques
1.2 Les batteries lithium-ion
1.2.1 Présentation et fonctionnement
1.2.2 Données caractéristiques d’une batterie
1.2.3 Phénomènes de vieillissement
1.2.4 Facteurs globaux de vieillissement
1.3 Estimation du vieillissement
1.3.1 Indicateurs de vieillissement
1.3.2 Modélisation des phénomènes de vieillissement
1.3.3 Bilan de l’estimation des phénomènes de vieillissement
1.4 Conclusion des problématiques liées à l’estimation du vieillissement d’une batterie
1.4.1 Point de vue utilisateur sur le vieillissement
1.4.2 Bilan des solutions existantes
1.4.3 Orientation des travaux
2 Analyse hors ligne des données de batterie
2.1 Objectifs et problématiques
2.2 Présentation des données
2.2.1 Expérimentation ForeWheel
2.2.2 Expérimentation AX – SAXO
2.2.3 Synthèse des expérimentations
2.2.4 Données descriptives
2.3 Analyse des causes de vieillissement
2.3.1 Méthodologie d’analyse des données
2.3.2 Application aux données ForeWheel
2.3.3 Conclusion de l’analyse des données
2.4 Vers un estimateur du niveau de dégradation
2.4.1 Modèle statistique
2.4.2 Résultats et interprétations
2.5 Déduction du temps de vie restant d’une batterie
2.5.1 Méthodologie
2.5.2 Application et résultats
2.6 Conclusions – Discussions
3 Analyse en ligne des données d’une batterie
3.1 Problématique de l’analyse en ligne
3.2 Étude de signaux issus de mesures embarquées
3.2.1 Analyse des signaux
3.2.2 Extraction de motifs
3.2.3 Interprétation visuelle
3.3 Approche de classification de l’état de santé d’une batterie
3.3.1 Choix d’une méthodologie de comparaison des signaux adaptée
3.3.2 Méthodes de classification
3.3.3 Résultats des méthodes de classification
3.4 Vers une estimation continue de l’état de santé d’une batterie
3.4.1 Méthodologie
3.4.2 Résultats
3.5 Déduction du temps de vie restant d’une batterie
3.5.1 Méthodologie
3.5.2 Application et résultats
3.6 Conclusion – Discussion
Conclusion générale
