Projet CARAPOWER

CARAPOWER, un projet porté par CARA, a pour objectif de créer une plateforme d’expérimentation systémique pour les applications d’électronique de puissance.

Les acteurs du projet CARAPOWER

Porteur du projet

CARA : Association de la région Auvergne-Rhône-Alpes regroupant le pôle de compétitivité transport et mobilité de la région Auvergne Rhône Alpes, le cluster et la représentation de la PFA (Plateforme Française Automobile) en région (ARIA – Agence Régionale de l’Industrie Automobile).

Partenaires

Centum-Adeneo : Ingénierie électronique & électronique de puissance, équipementier

Alphee-Ercteel : Etude et fabrication de bornes de recharge conductives

Gulplug : Fournisseur de solutions de branchement automatique des véhicules électriques et de monitoring électrique

AUSAR Energy : Concepteur, développeur et commercialisateur de projets de production d’énergie renouvelable hybride avec une technologie propre

Partenaires non financés

Transpolis SAS : Transpolis SAS opère deux sites d’expérimentation pour la mobilité du futur situé dans la plaine de l’Ain aux Fromentaux et à la Valbonne. Le projet CARA POWER sera implanté sur le site des Fromentaux.

EFI Automotive : spécialisés dans la conception et la fabrication de capteurs, d’actionneurs et d’actuateurs pour améliorer l’efficacité des groupes motopropulseurs et des transmissions ; ainsi que d’éléments mécatroniques pour l’électromobilité.

Université Gustave Eiffel : née de la fusion de 2 universités, 1 institut de la recherche européenne, 1 école d’architecture, et 3 écoles d’ingénieurs. L’université a pour vocation de développer des collaborations nationales et internationales pour répondre aux enjeux sociétaux majeurs que génèrent les profondes mutations des environnements. L’UGE est propriétaire des plateformes d’expérimentation du site des Fromentaux et hébergera et sera associé à la plateforme CARA POWER.

Le projet CARAPOWER

Visuel projet CARAPOWER

L’objectif du projet CARAPOWER est de créer une plateforme d’expérimentation systémique pour les applications d’électronique de puissance de la production à l’utilisation des énergies électriques pour l’électromobilité en environnement protégé et sécurisé :

  • Systémique dans le sens où, pour tester aujourd’hui un équipement comme, par exemple une borne de recharge portant les dernières innovations, il est en fait nécessaire de disposer :
    • D’une source d’énergie représentative du réseau, mais sécurisée contre tout incident de jeunesse du produit et capable de simuler des modes réseaux représentatifs d’une exploitation (fonctionnement « 4-quadrants »).
    • D’une plateforme d’accueil de la borne en essai, elle aussi sécurisée contre tous les risques liés à la mise au point d’équipement de forte puissance.
    • D’un véhicule « plateforme d’essai » à recharger, mais instrumenté pour monitorer les phénomènes physiques pendant la recharge et dont le fonctionnement est « ouvert » en particulier sur les stratégies de charge (dialogue avec le BMS « Battery Management System »)

Et que souvent les acteurs industriels, en particulier TPE, PME et ETI, ne sont présents avec leur produit que sur un des éléments de ce type de système complet et complexe

  • En environnement protégé et sécurisé, car après des essais fonctionnels unitaires sur banc d’essais d’intégration à un système représentatif de l’exploitation est nécessaire pour s’assurer de la maîtrise des interactions avec les autres éléments de ce système. Ces essais doivent être réalisés dans un environnement protégé et averti plus particulièrement quand il y a beaucoup d’énergie en jeu, avec de la forte puissance, des hautes tensions et des véhicules en mouvement à la clé. La protection concerne aussi les aspects liés à la confidentialité des essais qui vont s’y dérouler. Les équipements qui vont y être testés vont être pour la première fois confrontés à l’environnement systémique, il est important de ne pas surréagir aux dysfonctionnements de jeunesse souvent liés à la complexité des dialogues et protocoles tenant à la sûreté de fonctionnement des équipements mettant en jeu des tensions létales.
  • D’un accès aisé et souple, les sociétés doivent pouvoir aisément organiser des présentations de leur produits en environnement à leurs clients, sans pouvoir toujours le faire avec beaucoup de prévenance ; et malgré tout, dans le respect des règles ci-dessus : sécurité, protection, confidentialité.
  • La plateforme développera aussi des complémentarités avec les autres plateformes préexistantes en Auvergne-Rhône-Alpes, en particulier avec : celle du CEA à Chambéry (INES et LITEN), celle de l’INSA, 3PE du Campus Auto’Mobilité.

Les étapes du projet CARAPOWER

Le projet CARAPOWER est structuré en étroite collaboration avec le projet Grid4Mobility. Grid4Mobility est un projet Smartgrid qui a candidaté au CPER. La décision de financement sera décidée à l’automne 2021 et sera le réel point de départ pour l’installation de la plateforme :

  1. Octobre 2021 : Définition de la plateforme
  2. Janvier 2022 : Etude et préparation du bâtiment et du terrain
  3. Avril 2022 : Installation des premiers équipements
  4. Juin 2022 : 1ers essais.
  5. Octobre 2021- Octobre 2023 : CARA se charge de mettre en place le business model de la plateforme sur les 2 premières années
  6. Octobre 2023 : La gestion est transmise à Transpolis.
  7. Octobre 2024 : La plateforme est pleinement opérationnelle.

Le projet CARAPOWER : pour quoi faire ?

La filière concernée est la composante des acteurs de l’électronique de puissance de la filière «électromobilité» de la région Auvergne-Rhône-Alpes, comprenant la production d’énergie électrique, la distribution d’énergie électrique, le stockage d’énergie électrique, le transfert de l’énergie électrique à bord des véhicules, l’utilisation de l’énergie électrique à bord des véhicules.

Puisque l’électronique de puissance occupe une part importante dans plusieurs chaines de valeur impliquées dans le mix énergétique de demain, on peut donc affirmer qu’elle a un rôle majeur sur ce mix énergétique. En effet, elle est présente :

  • Dans les réseaux
    • Infrastructures de recharge
    • Smartgrid : énergies intermittentes (solaire) vs énergies continues (nucléaire), Vehicule to Grid
    •  Alimentation d’électrolyseur
  • Dans les véhicules
    • Hybrides
    • Electriques à batterie
    • Electriques à pile à combustible En effet, la pile à combustible -alimentée en hydrogène- est une source d’énergie électrique qui nécessite des convertisseurs, et souvent un stockage tampon, pour être utilisée sur le véhicule

L’objectif de la plateforme est de proposer des approches différentes et innovantes de la recharge des véhicules :

  • Recharge plus rapide : afin de compléter rapidement son « plein » et poursuivre son trajet quand on a une distance à parcourir supérieure à l’autonomie du véhicule.
  • Recharge plus conviviale : la manipulation des câbles et prises de raccordement électrique peut être vécue par certains comme une contrainte à la longue, voir générer des inquiétudes quand il pleut et que l’on sait qu’il y a de la haute tension en jeu… La connexion automatique ou l’induction peuvent répondre à cette demande.
  • Recharge « manageable » : la commande numérique, la capacité à être opérée à distance, à être planifiée et organisée dans une logique aussi de vision globale d’une flotte et potentiellement d’une vision globale des flux d’énergie dans le temps avec des approches de recharge des véhicules, mais aussi de restitution d’énergie vers le réseau, le V2G (Véhicule to Grid) que permettent les chargeurs réversibles et les SmartGrid.
  • Recharge dynamique : cette approche permettrait de réduire le poids de batterie à transporter au quotidien et l’impact écologique lié, mais il nécessite une infrastructure dédiée… l’Allemagne réfléchie ainsi à une autoroute électrique pour camion basée sur un concept proche de celui des trolleybus que nous croisons notamment dans Lyon. D’autres concepts font appels à des technologies d’alimentation par le sol comme celle expérimentée pour la première fois sur le tramway de Bordeaux ou des technologies d’induction dynamique (La route 4.0) plus futuriste…

Une telle plateforme n’existe pas à l’heure actuelle avec la complétude visée et la modularité d’accès souhaitée.

  • Les particularités de la plateforme tiennent aux points suivants : Elle est constituée d’équipements réels (à l’état de démonstrateurs) et non de simulateur ;
  • La plateforme d’essais « puissance » est récupérative et basée sur une approche modulaire : toutes les énergies qui peuvent être récupérées lors des essais sont réinjectées dans le système via les modules SmartGrid et stockées dans des batteries pour être réutilisées.
  • Par la nature d’apports mutualisés, elle permet le fonctionnement en interopérabilité d’équipements ce qui est un des problèmes de la disparité de l’offre actuelle ;
  • Elle est évolutive et pourra, à termes, intégrer par exemple des outils pour effectuer des tests de sécurité électriques par génération de défauts / injection de pannes sur les équipements en mode contrôlés.

Les retombées économiques attendues du projet CARAPOWER seront multiples et rapides :

  • Tout d’abord, il y a un enjeu de représentation et de matérialisation de la filière industrielle d’Electronique de puissance en Auvergne-Rhône-Alpes : au-delà du site d’expérimentation, le côté vitrine est majeur dans le projet ; plus particulièrement pour épauler les entreprises dans leur démarche à l’export.
  • Il comprend aussi des retombées en termes d’emplois :
    • Des emplois directs sur le site de Transpolis : L’activité autour d’une plateforme d’expérimentation des « produits de conversion d’énergie à la convergence des bâtiments, de la route et des véhicules » pourraient représenter à termes une dizaine d’emplois entre les activités de modélisation et les activités de support aux essais sur la plateforme. CARA POWER est ainsi l’incubateur d’une nouvelle activité à valeur ajoutée de la plateforme.
    • Des emplois chez les partenaires contributeurs/utilisateurs liées à leurs activités produits et leurs R&D ; et également pour les autres entreprises utilisatrices de la région, les plus intéressées pour des raisons de proximité et de simplicité d’accès aux moyens systémiques. La localisation de la plateforme dans la plaine de l’Ain en fin un lieu central de notre grand département, avec des accès aisés par les infrastructures autoroutières. Une telle plateforme va permettre de consolider les 100 emplois identifiés en électronique de puissance chez les partenaires, et de créer à terme une trentaine d’emplois supplémentaires.
    • Des emplois pour les centres de formation et recherche de la région qui pourront aussi utiliser les moyens de la plateforme pour dispenser des formations et développer leur recherche.
    • Des emplois indirects aussi pour héberger, nourrir, transporter les acteurs internationaux et leurs produits, attirés par les moyens uniques disponibles sur le site et permettant, au-delà d’expérimentations électriques et systémiques, de compléter les essais sur d’autres plans avec une position centrale en Europe et des conditions climatiques relativement tempérées par rapport à certains sites (AstaZero à Göteborg, Idiada à Tarragone).
    • Et aussi, sans qu’il soit possible d’en mesurer la réalité de l’impact et la quantification en termes d’emplois, la présence en région de ce type d’outil et d’un écosystème compétent qui a investi avec le support de la région dedans, peut être de nature à inciter de grands donneurs d’ordres à capitaux étrangers à conserver en région des effectifs de R&D liés à l’électromobilité sur leur site. Pour cela, il faut en assurer la promotion et la visibilité à tous les niveaux (Renault Trucks, CNHI, JTEKT, …).

Au-delà des chiffres, la région est riche en acteurs, certains sont parmi les leaders mondiaux de leur technologie, sur toute la chaîne de valeur de l’électronique de puissance et de l’électromobilité. Nous pouvons citer : ABB, AMPERE Lab.,CEA, IFPEN, IVECO Bus, Renault Trucks-Groupe Volvo, Schneider Electric, SOITEC, STMicroelectronics, Symbio, Valeo, Université Gustave Eiffel

Les moyens mis en œuvre

Les partenaires ont prévu des investissements complémentaires pour la création de la plateforme :

CARA – Auvergne Rhône Alpes

CARA est intervenu dans la structuration, le pilotage et l’animation du dépôt du projet CARAPOWER à l’AAP Booster Filière AURA.

Fort de sa connaissance de l’écosystème régional, national et européen, CARA Auvergne Rhône-Alpes assurera la promotion, la communication et la valorisation du projet vers les acteurs de la filière afin d’agglomérer les besoins en essais en particulier venant de TPE/PME/ETI, compléter la définition de la plateforme et aider à assurer la complétude du business plan de la plateforme sur le moyen terme.

Centum-Adeneo

Savoir-faire en organisation et agencement de plateforme d’essai puissance seront les contributions de Centum-Adeneo. Toutefois, des moyens humains seront aussi mis à disposition pour la constitution de la plateforme : Ingénierie pour le pilotage technique et l’organisation des aspects plateforme d’essai puissance indoor, raccordement photovoltaïque, connexion au réseau, Sécurité des personnes.

Des modules sources et charges réversibles pour le banc d’essai « in-door » récupératif.

Chargeur induction 30kW prototype avec accès aux données intermédiaires

Alphee-Ercteel

Mise à disposition de solution de charge DC mobiles ou fixes pour véhicule électrique automobile et industriel dans le cadre du développement de la gamme de station de charge ALPHEE ERCTEEL.

Gulplug

Mise à disposition ponctuelle de prototypes de systèmes de branchement automatique et exploitation possible de leur portefeuille de brevets de prises magnétiques et de capteurs de courant.