Eco-design of a mobility system including battery electric vehicles and a charging infrastructure network
Éco-conception d'un système de mobilité comprenant véhicules tout-électriques et réseau de recharge
Abstract
Electric mobility is growing accordingly to the climate change and urban pollution mitigation objectives. Indeed, vehicle electrification could reduce greenhouse gas and other pollutant emissions.
However, battery electric vehicles are still a tiny share of vehicle sales despite this potential because social, technological, and economic barriers limit the adoption rate. This study deals with one of them: long-distance mobility. The objective is to analyse a mobility system including vehicles, charging infrastructures, and users on a territory to develop global insights of the stakes linked to the range, charging speed, and infrastructure network density.
This work was divided into three steps. A workshop with 17 participant has been organised to define the issues of long-distance mobility and the research axis for the study. Then, the current situation of electric mobility has been examined by a literature review. Finally, a simulator has been developed to simulate the vehicle fleets on a highway and compare the system performances in different use cases and diverse evolution scenarios.
At the end of the project, some methodological contributions have been identified, such as considering the vehicle and behaviour diversity and assessing the environmental impacts of long-distance mobility. Furthermore, the conclusion of this study details outlooks for battery and infrastructure network dimensioning, recommendations of good practices for users, and broader suggestions about mobility.
The main conclusions are the following. First, there are significant performance gaps for long-distance trips between conventional vehicles and BEVs of different ranges. BEVs also depend on charging infrastructures that are still in development. Because technological perspectives are promising but uncertain, it is essential to care about the usage of BEVs, so they become more adopted. On the one hand, reducing driving speed on the highways would reduce performances gaps. It would favour BEVs and slow down the race for high-performance batteries, but the measure's acceptance is uncertain. On the other hand, encouraging good practices during the usage and charges is an important lever to maximise the system performance. Developing intermodality and exploring the potential of systems such as dynamic charging or battery extenders are essential alternatives to developing sober and relevant BEVs, with capacities of batteries adapted to the average needs.
La mobilité électrique est en plein développement et répond notamment aux objectifs contre le changement climatique et contre les pollutions urbaines. Effectivement, l’électrification des véhicules permet sous condition de réduire les émissions de polluants et les nuisances sonores.
En outre, malgré ce potentiel clairement identifié, les ventes de véhicules tout-électriques restent encore minoritaires car leur adoption à plus grande échelle est limitée par des verrous sociaux, technologiques et économiques. Cette étude s’intéresse à l’un deux : la mobilité longue distance des véhicules tout-électriques. Son objectif est de s’intéresser au système de mobilité qui inclut véhicules, infrastructures de recharge et usagers sur un territoire pour développer une réflexion globale permettant de saisir les enjeux liés aux contraintes d’autonomie, de vitesse de recharge et de densité du réseau de recharge.
La méthode appliquée pour effectuer ce travail se décompose en trois étapes. Un atelier avec 17 participants a permis de définir les problématiques et les axes de recherche liés au sujet d’étude. Puis, une analyse de la littérature a été réalisée pour décrire la situation actuelle de la mobilité électrique. Ensuite, un simulateur a été développé pour simuler des flottes de véhicules sur un axe autoroutier et pour comparer les performances du système dans différentes cas d’usage et différents scénarios d’évolution.
Au terme de ce projet, plusieurs apports méthodologiques ont été identifiés grâce à la prise en compte de la diversité de véhicules et de comportement et à la mise en œuvre d’une évaluation environnementale. De plus, la conclusion de cette étude détaille des recommandations et des perspectives pour dimensionner les batteries et les réseaux de recharges, des préconisations de bonnes pratiques pour les usagers et des suggestions d’éclairages plus généraux sur la mobilité.
Les conclusions principales sont les suivantes. Tout d’abord, les BEV disposent de performances pour la mobilité longue distance qui sont contraignantes par rapport aux véhicules thermiques et qui dépendent d’infrastructures encore peu développées. De plus, il y a des caractéristiques très variables au sein des différentes gammes de BEV, notamment pour les batteries. Comme les perspectives d’évolutions technologiques à l’horizon 2030 sont prometteuses mais incertaines, il est important de s’intéresser aux usages des BEV pour qu’ils soient adoptés à plus large échelle. D’une part, réduire la vitesse de circulation sur autoroute permettrait de réduire les écarts de performance entre les différents types de véhicules. Cela favoriserait les BEV et ralentirait la course aux batteries à haute capacité même si l’acceptabilité de la mesure est incertaine. D’autre part, favoriser les bonnes pratiques lors de l’usage et de la recharge est un levier important pour maximiser les performances du système. En parallèle, développer l’intermodalité et explorer le potentiel de systèmes tels que la recharge dynamique ou les prolongateurs d’autonomie sont des alternatives importantes pour pouvoir développer des BEV sobres et pertinents, avec des capacités de batterie adaptées aux besoins moyens.
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