General Motors lance le boulon électrique à batterie, qui promet de
ont une portée 200-mile et coûtent environ $ 30,000. GM, CC BY

n un effort pour relancer l'adoption des véhicules électriques à pile à combustible, Toyota Motors plus tôt ce mois-ci a fait plus de 5,600 brevets disponible pour les autres constructeurs automobiles. Quelques jours plus tard, General Motors a présenté le boulon électrique, un véhicule électrique conçu pour parcourir des kilomètres 200 sur batteries.

Les constructeurs automobiles, quant à eux, continuent à développer encore d'autres types de véhicules électriques: hybrides rechargeables et électriques hybrides.

Les véhicules électriques sont l'alternative la plus prometteuse aux voitures conventionnelles à essence et diesel. Mais comment chaque technologie est-elle différente? Et quels sont les avantages relatifs et les défis commerciaux pour chacun?

Comment nous en sommes arrivés là

Commençons par les similitudes. Les véhicules électriques à batterie rechargeable (BEV), les véhicules électriques hybrides (HEV), les véhicules électriques hybrides rechargeables (PHEV) et les véhicules électriques à pile à hydrogène (FCEV) sont tous des véhicules électriques. Ils sont tous propulsés par un moteur électrique et ont des batteries pour stocker ou fournir de l'électricité au besoin et absorber l'énergie lors du freinage du véhicule.

Certains de ces véhicules peuvent également produire de l'électricité à bord, soit à l'aide d'un moteur à combustion fonctionnant à l'essence, soit à l'aide d'une pile à combustible fonctionnant à l'hydrogène.

Ils représentent tous une rupture fondamentale par rapport aux véhicules à combustion à essence que nous conduisons aujourd'hui de trois façons: le groupe motopropulseur est électrique plutôt que mécanique; le moteur sous le capot est électrochimique au lieu d'être à base de combustion; et le carburant est l'électricité et l'hydrogène, plutôt que l'essence.

Les forces derrière ces changements technologiques ont commencé à la fin 1980s avec la reconnaissance des fabricants d'automobiles que la disponibilité à long terme du pétrole est limitée et qu'une plate-forme de véhicule alternative et de carburant seraient nécessaires pour assurer un futur modèle commercial viable. L'hydrogène a été choisi comme carburant et une trajectoire 25-année pour la commercialisation des véhicules à pile à combustible a été établie.

Depuis 1990, trois autres forces ont émergé pour affirmer la décision de cibler le véhicule à hydrogène comme le produit de l'avenir, notamment le changement climatique, les politiques favorisant l'indépendance énergétique et la réglementation de la qualité de l'air, notamment en Californie.

Véhicules électriques à batterie (BEV)

Au cours des cinq dernières années, cependant, il y a eu une résurgence de véhicules électriques à batterie, qui dépendent uniquement de la puissance de la batterie. Les exemples incluent la Nissan Leaf, le GM Spark et le Kia Soul. Après les kilomètres 40 à 60, les batteries sont épuisées et doivent être rechargées en les branchant dans un circuit résidentiel ou un chargeur 220-volt, construit sur mesure dans un centre commercial ou un lieu de travail. Le temps de charge dépend de la tension, de la technologie du chargeur et de l'état de charge de la batterie (c.-à-d. Combien la batterie a été épuisée) mais nécessite généralement une à six heures pour charger complètement le véhicule.

Un BEV est attractif car sa gamme satisfait la majorité des trajets pris par le public, la recharge à domicile est pratique, et la conduite est silencieuse et sans vibrations. La taille du véhicule est relativement petite, offrant une bonne maniabilité et un stationnement relativement facile, et il n'y a pas de polluants atmosphériques pendant la conduite. Les BEV ont également le potentiel d'équilibrer le réseau électrique en les chargeant pendant la nuit lorsque les ressources du réseau sont sous-utilisées.

Travailler contre les BEV est le temps nécessaire pour recharger le véhicule et l'anxiété de la gamme - c'est-à-dire, une préoccupation sur une plage de conduite limitée - éprouvée par les conducteurs, ce qui réduit effectivement la portée utile du véhicule. En outre, la tarification peut stresser le réseau électrique et, dans certains cas, il n'y a pas d'infrastructure de recharge disponible, en particulier pour les personnes qui vivent dans des appartements.
Après le mandat de la Californie sur les véhicules à zéro émission, les BEV ont été commercialisés pour la première fois dans les 1990, mais le marché a perdu de son importance dans les 2000. Avec un certain nombre de voitures particulières disponibles à la vente ou à la location, le marché est testé aujourd'hui pour évaluer la demande publique pour ce véhicule à portée limitée, mais pratique. Les progrès de la technologie de la batterie ont le potentiel d'augmenter la portée.

Véhicules électriques hybrides (HEV)

Les véhicules électriques hybrides sont un BEV avec un moteur à combustion à essence à bord pour générer de l'électricité et déplacer la voiture en conjonction avec le moteur électrique. Ils peuvent fournir la même gamme 300-mile que les gens attendent avec un véhicule à essence conventionnel. Et grâce à des commandes logicielles avancées, le moteur à combustion interagit avec les batteries pour atteindre des rendements élevés et une faible émission de polluants.

Les véhicules hybrides ont été mis en vente aux États-Unis depuis 2000, avec la Prius, présentée pour la première fois par Toyota au Japon dans 1997, un exemple frappant. Dans 2012 et 2013, la Prius était le véhicule le plus vendu en Californie avec plus de sept millions de véhicules vendus, reflétant l'acceptation remarquablement positive du véhicule par les consommateurs.

Véhicules électriques hybrides rechargeables (PHEV)

PHEVs sont un HEV avec une capacité de batterie supplémentaire qui peut fournir une gamme d'entraînement électrique comprise entre dix et 60 miles. La Chevy Volt, par exemple, peut conduire près de 40 miles sur la puissance de la batterie avant un générateur à essence entre en jeu. Cela permet à la commodité de recharger les batteries pendant la nuit à la maison et une gamme électrique quotidienne que la majorité du public américain ne dépasse pas. Et le PHEV offre la gamme 300-mile de laquelle le public est habitué à la conduite. Un Prius plug-in a une plus grande batterie et a un tout-électrique
portée d'environ 10 miles avant de passer en mode hybride. Toyota 

Véhicules électriques à pile à combustible à hydrogène (FCEV)

Les véhicules à pile à combustible sont des véhicules électriques hybrides avec deux différences majeures. Une pile à combustible, un dispositif électrochimique qui prend un carburant, comme l'hydrogène, et l'oxygène de l'air pour produire de l'électricité, remplace le moteur à essence sous le capot. La pile à combustible a un rendement remarquablement élevé (trois fois celui de l'automobile à essence classique) et zéro émission de polluants atmosphériques lors de la conduite. Le produit de la réaction est l'eau, qui est évacuée par le tuyau d'échappement avec de l'azote et de l'oxygène restant de l'air. Et au lieu d'un réservoir d'essence, il y a des réservoirs de stockage d'hydrogène. Le temps de ravitaillement d'un véhicule à pile à combustible est comparable à celui d'une automobile à essence conventionnelle et le carburant peut provenir de l'intérieur du pays.

Certains des défis associés aux véhicules à pile à combustible sont le nombre limité de stations de ravitaillement en hydrogène à l'échelle nationale. La Californie possède le plus grand nombre de stations de ravitaillement en hydrogène aux États-Unis, 51 devant fonctionner à la fin de 2015, 70 à la fin de 2017 et 100 à 2020. Soixante-huit stations sont considérées comme le minimum initial pour soutenir l'acceptation des véhicules à pile à combustible dans l'État.

À l'avenir

Le marché découvre que le BEV est un complément intéressant (et non un remplacement) au véhicule à essence conventionnel. Le VHE et le VHR à essence sont en train d'émerger pour se conformer aux règlements environnementaux tout en maintenant l'expérience de conduite générale de la gamme et de la taille auxquelles le marché est habitué.

Le coût des véhicules et le coût de la conduite des véhicules sont, à toutes fins utiles, compétitifs et convaincants. Selon le coût de l'électricité et le coût de l'essence, le coût par mille peut favoriser l'un ou l'autre. Le VHR fournit au client l'option d'utiliser de l'électricité ou de l'essence.

Le véhicule électrique à pile à combustible émerge comme une évolution naturelle de l'hybride électrique hybride et plug-in. En conséquence, on peut prévoir que le BEV et le FCEV représentent les alternatives de la prochaine génération au véhicule à essence conventionnel et hybride pour répondre aux besoins de transport léger. Le BEV fournit la commodité et la manoeuvrabilité, et le FCEV fournit la gamme, la flexibilité dans la taille de véhicule, et le remplissage rapide. Les deux véhicules atteignent l'indépendance du carburant, une séparation de la géopolitique, et attractive attributs environnementaux.

Le coût d'achat et le coût d'exploitation des véhicules électriques à pile et à pile à combustible sont comparables aujourd'hui. Il est probable que le coût de l'hydrogène diminuera à l'avenir en raison de la concurrence sur le marché et des progrès technologiques, et que le coût de l'électricité augmentera. Cela signifie que le coût par mille du fonctionnement d'un véhicule électrique à pile à combustible, comparé à un véhicule électrique à batterie, diminuera probablement.

Cet article a été publié initialement le The Conversation
Lire article original.

A propos de l'auteur

Scott Samuelsen est professeur de génie mécanique, aérospatial et environnemental à l'Université de Californie à Irvine (UCI). Il est directeur du programme Énergie et Énergie de pointe, du Laboratoire de combustion UCI et du Centre national de recherche sur les piles à combustible du Département américain de l'énergie et de la California Energy Commission. Le professeur Samuelsen copréside la California Stationary Fuel Cell Collaborative, une alliance publique-privée unique qui s'attaque aux obstacles technologiques et commerciaux critiques pour accélérer la commercialisation de systèmes de production d'énergie avancés.