Mémento de l Hydrogène FICHE 9.1.9 LES VEHICULES A PILE A COMBUSTIBLE EN COREE DU SUD Sommaire 1. Généralités 2. Le programme Daewoo 3. Le programme Hyundai Motor Company 4. Le programme bus 1. Généralités Les travaux sur l hydrogène, en tant que vecteur d énergie pour les véhicules, aussi bien à moteur thermique qu à pile à combustible, ont débuté au début des années 90, essentiellement au KIER (Korean Institute of Energy Research 1 ). En 1992, un premier prototype de véhicule à moteur thermique a été réalisé, en collaboration avec le constructeur Kia Motors et l Université de Sungkyunkwan. En 1997, un deuxième prototype à moteur thermique a été conçu avec le constructeur Hyundai (voir ci-dessous). Cette filière thermique à hydrogène a ensuite été abandonnée pour concentrer les efforts sur le véhicule à pile à combustible. 2. Le programme Daewoo A la mi-2000, c est avec ce constructeur qu une première démonstration a été réalisée dans le cadre du programme KIER. Le prototype, baptisé DFCV-1 (figure 1), comportait une pile PEM de 10 kw. L ensemble du système à hydrogène occupait tout l arrière du véhicule. La pile, couplée à une batterie, était constituée de deux modules de 5 kw (53 et 56 cellules) et contenait une charge de platine de 0,4 mg/cm², pour une surface unitaire de cellule de 300 cm². En octobre 2002, General Motors prend le contrôle de Daewoo (41%) pour avoir une base commerciale vers l Asie et Daewoo devient GM Daewoo. En novembre 2005, GM Daewoo annonce son intention de développer les véhicules à pile à combustible en Corée du Sud et utilise le prototype Hydrogen3 de GM comme base de démonstration. Depuis cette date, Daewoo n a plus de programme propre sur le véhicule à pile à combustible et ne fait plus que le relais du programme de General Motors (voir fiche 9.1.2) 1 http://www.kier.re.kr 1/9
Figure 1 Le prototype Daewoo DFCV-1 (2000) 3. Le programme Hyundai Motor Company 2 Ce constructeur s était d abord intéressé à l hydrogène comme combustible d un moteur thermique. C est ainsi qu il a conçu un prototype baptisé Tiburon, qui utilisait un réservoir d hydrogène stocké dans un hydrure (Mishmetal) donnant une autonomie de 100 km et qui alimentait, par injection directe, un moteur 4 cylindres de 2 litres de cylindrée. En 1998, Hyundai achète 51% du capital de Kia Motors pour former Hyundai Kia Automotive Group, premier constructeur automobile coréen. En 1999, Hyundai passe un contrat de 400 000$ avec Ballard 3 pour l achat de piles PEM dans le cadre d un programme public coréen. En janvier 2000, Hyundai et sa filiale Kia Motors décident 4 d investir un budget de 9 millions de dollars/an sur les véhicules à pile à combustible, aidés par les industriels coréens SK Corp. et LG- Caltex Oil pour le développement de composants et de reformeurs de combustible. En juin 2000, Hyundai informe qu il a signé un accord avec l américain IFC (International Fuel Cells devenu UTC Fuel Cells). En novembre 2000, les américains Enova Systems of Torrance (USA), UTC Fuel Cells et IMPCO Technologies Inc. (fabricants de réservoirs d hydrogène) annoncent, avec Hyundai, l arrivée du prototype Santa Fé FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) (figure 2). Il sera présenté en deux versions intégrées au même châssis : l une avec un reformeur méthanol et une pile «maison» de 25 kwe et l autre en version hydrogène hybride (PAC + batterie) équipée d une pile américaine IFC de 75 kwe alimentée par un réservoir d hydrogène sous 350 bars. 2 http://worldwide.hyundai.com/ww/main/index.html 3 Ballard Power Systems, Press Release, 13 décembre 1999 4 HyWeb, 17 mars 2000 2/9
Figure 2 Le prototype Santa Fé FCEV (2000) Le 13 mars 2001, le prototype Santa Fé version hydrogène - est présenté et intégré à la flotte du CaFCP (California Fuel Cell Partnership). Ce prototype est équipé d une pile UTC de 75 kwe fonctionnant à pression ambiante. Son réservoir d hydrogène (350 bars) lui assure une autonomie de 160 km. La même année, deux SUV (Sport Utility Vehicle) Hyundai sont intégrés 5 à la flotte du CaFCP : il semble que l un était équipé d une pile de 25 kwe couplée à une batterie et à un reformeur méthanol et que l autre était équipé de l ensemble précédent : pile UTC de 75 kwe et réservoir d hydrogène sous pression. En juin 2003, Hyundai et UTC Fuel Cells annoncent un accord de collaboration pour le développement d un véhicule de 2 ème génération capable de fonctionner à des températures inférieures à 0 C. En 2004 : - En mars, Dynetek annonce la livraison de réservoirs 350 bars à Hyundai. - Le 7 avril, Hyundai présente son nouveau prototype baptisé Tucson FCEV (nom de code FJM). Il s agit d un modèle hybride comportant une batterie Li-ion, d une pile UTC avec un gestionnaire d énergie Enova Systems et d un réservoir Dynetek de 152 litres (voir figure 3). Dans le même temps, Hyundai annonce le lancement de la fabrication d une petite série de 32 véhicules. - sont présentés deux nouveaux prototypes très voisins, l un sous la marque Hyundai (Tucson) et l autre sous la marque Kia (Sportage). Ils étaient tous deux équipés d une pile UTC de 80 kwe toujours alimentée à partir d un réservoir sous 350 bars. 5 source: www.fuelcells.org 3/9
Figure 3 Le véhicule Tucson FCEV (2004) En février 2006, Hyundai a commencé la livraison de 10 véhicules qui sont testés aux USA par AC Transit s Emeryville Bus Division dans le cadre d un programme de 5 ans cofinancé par US DoE. En septembre 2007, Hyundai présente, au Frankfurt Auto Show, la i-blue (voir figure 4), premier hybride non issu d un SUV de série à moteur thermique. L hydrogène y est stocké à 700 bars (une quantité de 4,62 kg) et alimente une pile à combustible de 100 kwe. L autonomie annoncée est de 600 km. Figure 4 Le prototype i-blue (2007) En 2008, est présentée à Los Angeles la Kia Borrego (figure 5). Elle possède une pile de 115 kwe et un réservoir 700 bars qui lui donnent une autonomie de 685 km. La pile est hybridée avec une supercapacité (450 V 100 kwe). A partir de cette époque les véhicules FCV seront présentés sous la marque Hyundai-Kia. Dans la période 2006-2009, une trentaine de véhicules à pile à combustible sont fabriqués, et roulent en Corée. Ils sont alimentés par 7 stations-service hydrogène. 4/9
Figure 5 Le prototype Kia Borrego (2008) En mars 2010, c est au tour de la Tucson ix35 (figures 6 et 7) d être présentée au Geneva Motor Show. Elle est pourvue d une pile de 100 kwe et d un réservoir 700 bars (contenant 5,6 kg d hydrogène) pour une autonomie de 650 km. Plusieurs innovations la caractérisent: - une pile à combustible équipée de plaques bipolaires métalliques, réduisant le volume et le coût. - les ingénieurs de Eco-Tech Research et du Development Center à Mabuk, en Corée, ont amélioré la modularité du système et des composants. Cela conduit à une réduction du temps d assemblage, donc du coût. - une batterie Lithium Polymère LiPoly de 21 kwe. - l adoption d un moteur électrique alternatif à induction, en remplacement du moteur à aimant permanent plus onéreux. Figure 6 Prototype Tucson ix35 (2010) 5/9
Figure 7 Vue éclatée de la Tucson ix35 En mars 2011, au Salon de Séoul, est présenté le concept Blue2 (figure 8) équipé d une pile de 90 kwe. Figure 9 Prototype Blue2 (2011) En septembre 2011, le groupe Hyundai-Kia précise la répartition de ses actions : Kia se concentre sur les véhicules électriques à batteries et Hyundai sur les véhicules hybrides «plug-in» et sur les véhicules à pile à combustible. Il est aussi annoncé, en octobre 2011, qu un véhicule FCEV ix35 a été loué par le programme européen FCH-JU, à Bruxelles. Il est à la disposition des membres du Parlement européen, des Commissaires européens et des officiels de l UE. En juin 2012, Hyundai annonce qu il va fabriquer 1 000 exemplaires de son modèle ix35 par an entre 2012 et 2014 et 15 000 par an les années suivantes. La plupart devraient être mis en service en Europe. Le mode de diffusion prévu est la location. En décembre 2012, Hyundai Motor Co précise que l ix35 a été développé dans son centre de R&D de Mabuk, qu il a coûté plusieurs centaines de millions d euros et qu il a été testé sur plus de 3 millions de km en conditions réelles, en Corée, en Europe et aux USA. Il annonce par ailleurs qu il démarre la production de l ix35 (figure 10) dans son usine d Ulsan avec l objectif, revu à la baisse, de 1000 6/9
exemplaires d ici 2015. Le premier véhicule est sorti de chaîne le 26 février 2013. Les premières commandes concernent des collectivités municipales au Danemark et en Suède. Figure 10 L ix35 modèle 2012 Les caractéristiques de cet ix35 sont les suivantes: Longueur Largeur Hauteur Autonomie Rendement énergétique Vitesse max. Accélération, 0 to 100 km/h 4,410 mm 1,820 mm 1,655 mm 588 km 0.96 kgh 2 /100km 160 km/h 12.5 secondes Puissance pile à combustible 100 kwe Pile PEM «maison» Température mini démarrage -20 C Batterie hybride Combustible Li- polymère 24 kwe Hydrogène (700 bars - 5,6 kg) Le 2 juin 2013, les 15 premiers exemplaires sont livrés à la ville de Copenhague (Danemark) qui les intégre à sa flotte municipale. Le 28 juin 2013, 2 exemplaires sont livrés à la Région Skåne (Suède). 7/9
Figure 11 Sous le capot de l ix35 4. Le programme bus Parallèlement au développement (2004-2009) d une technologie de pile gamme 80 kwe pour les véhicules légers, Hyundai-Kia a développé une pile de la gamme 200 kwe adaptée aux bus. En 2006, est présenté à Berlin un premier prototype (27 passagers) équipé d une pile de 160 kwe et de réservoirs 350 bars pour une autonomie de 300 km. En avril 2009, est présenté le FC-Bus 2ème génération Hyundai-Kia (figure 12) 28 passagerséquipé d une pile de 200 kwe hybridée avec des super-capacités et d un réservoir contenant 27,3 kg d hydrogène sous 350 bars pour une autonomie de 360 km. En 2012, Hyundai a mis à la disposition du club de football colombien «los Millonarios», pour leur saison 2012, un exemplaire de ce bus. En mai 2012, deux exemplaires (figure 13) ont été mis à la disposition des organisateurs de l International Exposition Yeosu Korea 2012. 8/9
Figure 12 FC-Bus 2 ème génération (2009) Figure 13 Les cars FC-Bus et l ix35 à l Expo Int. de Yeosu 2012 9/9