Hy2Car / HyMob
La plateforme hydrogène de Nancy pour expérimenter la mobilité légère décarbonée
Le projet Hybridized Hydrogen Car (HY2CAR) a pour ambition de développer un véhicule dont la puissance est adaptée aux trajets urbains et périurbains. Ce véhicule électrique, moins énergivore que la plupart des modèles actuels, a également vocation à être le plus accessible possible en termes de coût.
L’architecture énergétique du véhicule repose sur une pile à combustible PEM, associée en hybridation directe à des supercondensateurs. Pour un véhicule d’environ une tonne, une puissance maximale totale de 30 kW dont une pile à combustible de 10 kW, est suffisante pour les usages en ville et en proche périphérie.
Le concept a été validé, en laboratoire, pour une source de 15kw de puissance dont 5,6 kW de pile à combustible PEM et 0,5 kWh de supercondensateurs.
Actuellement, nous travaillons avec le Lycée Gustave Eiffel de Talange à installer cette source dans une voiture qui servira de démonstrateur sur roues.
Sur la figure, tracée pour un profil à plat, une puissance positive est une puissance fournie au moteur et une puissance négative est une puissance récupérée lors des phases de freinage et de décélération.
On note que les 30kW/t de véhicule sont nécessaires pour une pointe à 120km/h selon le cycle normalisé NEDC. En réalité, en proche périphérie, la majorité des routes péri-urbaines sont limitées à 70 – 90km/h.
1. Les avantages d’une pile à combustible et organe de stockage
La pile à combustible comme source d’énergie présente des avantages comme :
- assurer l’autonomie du véhicule ;
- fournir le régime moyen ;
- ne rejeter que de l’eau ;
- faire le plein d’Hydrogène en quelques minutes ;
- associée à un organe de stockage, la pile n’est pas surdimensionnée pour les pics de puissance ;
Organe de stockage comme source de puissance, ses avantages sont :
- fournir des transitions de puissances (accélération)
- fournir les pointes de puissance (montée)
- récupérer l’énergie de freinage et de décélération (cette énergie représente 25% de l’énergie utilisée aux déplacements du véhicule)
- associé à une pile à combustible, ne demande plus à être rechargé sur le réseau électrique
2. Avantages / désavantages des supercondansateurs vs batteries
Supercondensateurs :
- dispositif plus durable (pas de métaux précieux ou rares)
- durée de vie plus élevée
- sûreté améliorée
- recharge complète en quelques minutes
Batteries : plus forte densité énergétique d’où un usage plus polyvalent que les supercondensateurs.
3. Les hybridations
a. Hybridation directe
L’hybridation directe permet de supprimer un convertisseur électronique de puissance. Ce choix technologique présente plusieurs avantages :
- une réduction du volume et de la masse du système ;
- une diminution du coût global du véhicule ;
- une réduction du risque de panne ;
- une amélioration du rendement énergétique.
Par ailleurs, la durée de vie de la pile à combustible est prolongée grâce à l’absence d’ondulations électriques à hautes fréquences, ce qui favorise un fonctionnement plus stable et plus lissé.
Cependant, les piles actuellement disponibles sur le marché ne permettent pas d’atteindre des niveaux de tension nominale équivalents à ceux des supercondensateurs. Pour pallier cette contrainte, le projet s’appuie sur une segmentation, consistant à associer plusieurs piles en série.
Un système de soutien au démarrage est également prévu lorsque la tension des supercondensateurs est trop faible à la mise en marche. La solution retenue repose sur un système simple, de type dissipatif.
b. Hybridation indirecte
L’hybridation indirecte permet d’associer pile à combustible et supercondensateurs malgré des niveaux de tension nominale très différents, tout en assurant un contrôle des flux d’énergie.
En revanche, cette architecture présente plusieurs inconvénients :
- la présence d’harmoniques de découpage, susceptibles de réduire la durée de vie de la pile ;
- une augmentation du poids et du volume du système ;
- un coût plus élevé ;
- davantage de risques de panne ;
- des pertes énergétiques accrues.
