Piles à combustible dans les véhicules électriques
La puissance de l'hydrogène dans l'industrie automobile
L'hydrogène est l'élément le plus abondant dans l'univers. Alors que le monde s'efforce de développer davantage de sources d'énergie renouvelables qui émettent moins de pollution, il est également logique de produire des technologies de piles à combustible qui utilisent cet élément hautement disponible. L'un de ces développements est la création de véhicules électriques à pile à combustible (FCEV) qui utilisent l'hydrogène uniquement pour alimenter le moteur.
Comment fonctionnent les véhicules à pile à combustible ?
Bien que les voitures à pile à combustible soient considérées comme des véhicules électriques, l'hydrogène réagit différemment des voitures hybrides rechargeables ou alimentées par batterie. L'hydrogène peut produire l'électricité qui alimente la voiture en réagissant électrochimiquement. L'hydrogène gazeux comprimé est introduit dans une pile à combustible embarquée qui utilise l'énergie chimique pour convertir le combustible en énergie électrique au lieu de simplement brûler le gaz. L'électricité qui en résulte est ensuite utilisée pour alimenter le moteur électrique de la voiture. Étant donné que ce processus ne brûle pas de gaz mais le transforme, le seul déchet qui en résulte est de l'eau, de sorte que les émissions d'échappement sont nulles.
Dans la pile à combustible, l'hydrogène pénètre dans l'anode et atteint un catalyseur qui favorise la séparation de l'hydrogène élémentaire en un proton et un électron. Ces électrons résultants sont collectés par le collecteur de courant conducteur qui alimente les moteurs qui font tourner les roues et la batterie de bord via les circuits haute tension de la voiture.
Composants clés
On peut mieux comprendre le fonctionnement des véhicules électriques à pile à combustible en examinant les composants clés de la voiture :
- Batterie auxiliaire. La batterie basse tension fournit l'électricité nécessaire au démarrage du véhicule avant l'enclenchement de la batterie de traction. Cette batterie alimente également les accessoires du véhicule.
- Batterie. Le freinage régénératif crée de l'énergie qui est stockée par la batterie haute tension. La batterie fournit également de l'énergie au moteur électrique de traction si celui-ci nécessite un complément d'énergie.
- Moteur de traction électrique. Ce moteur alimente les roues du véhicule en utilisant l'énergie de la batterie de traction et de la pile à combustible. Certains véhicules dotés d'une technologie plus avancée sont équipés d'un moteur-générateur qui assure à la fois les fonctions de régénération et d'entraînement.
- Pile à combustible. L'assemblage d'électrodes à membrane qui utilisent de l'oxygène et de l'hydrogène pour produire de l'électricité
- Contrôleur d'électronique de puissance. Ce composant gère le flux d'énergie électrique délivré par la batterie de traction et la pile à combustible pour contrôler la vitesse et le couple du moteur électrique de traction.
- Système de gestion thermique. Ce système de refroidissement maintient la plage de température de fonctionnement appropriée du moteur électrique, de la pile à combustible, de l'électronique et des autres composants.
Avantages des véhicules à hydrogène
Les véhicules à hydrogène présentent de nombreux avantages, comme en témoignent les vastes quantités de temps et de développement qui ont été appliquées à l'industrie.
Premièrement, les véhicules électriques à pile à combustible sont des voitures à zéro émission. Contrairement aux combustibles fossiles utilisés historiquement, les FCEV ne produisent aucune émission nocive. Les seuls sous-produits sont l'eau et la chaleur, faisant de l'hydrogène une source de carburant durable et à zéro émission. Cela réduit le coût associé des véhicules, car ils ne nécessitent pas de manutention et de stockage de matériaux toxiques. D'autres coûts réduits des batteries résident dans le fait qu'elles n'ont pas besoin d'être changées, chargées ou autrement gérées, ce qui réduit les coûts de main-d'œuvre et de temps.
Les FCEV ont également des cotes d'efficacité améliorées par rapport au moteur à combustion interne typique d'une voiture. Les piles à combustible à hydrogène présentent généralement une 40% à 60% d'efficacité énergétique, tandis que le véhicule à essence typique a une efficacité d'environ 25 %.
Non seulement les FCEV sont plus efficaces, mais ils ont également une fiabilité robuste. Il a été prouvé que cette technologie continue de fonctionner dans les conditions les plus difficiles, y compris les environnements glaciaux aussi bas que moins 40 degrés Fahrenheit et les environnements météorologiques difficiles comme les déserts et les ouragans. Même les environnements de travail laborieux et au rythme rapide peuvent bénéficier de la mise en œuvre de véhicules à pile à combustible à hydrogène.
Les véhicules du futur
Il ne fait aucun doute que les véhicules à hydrogène occuperont une part importante du marché à l'avenir. Ils présentent un large éventail d'avantages qui ne feront qu'augmenter à mesure que la technologie se développera.
