“Le Sequel est le premier véhicule à pile à combustible offrant le type de performances que le client est en droit d’attendre d’un véhicule classique. Il nous permet de nous rapprocher beaucoup plus du stade de la commercialisation” affirme Byron McCormick, Directeur Exécutif de la branche Fuel Cell Activities de GM.

La pile à combustible et le module de puissance du Sequel ont été conçus et mis au point par les ingénieurs de GM de Honeoye Falls, dans l’état de New York. Le module de puissance de la pile à combustible se révèle significativement plus simple et de meilleur rendement que le module GM qui a servi à établir le record de distance pour véhicules à pile à combustible en 2004. L’engin avait déjà parcouru 9.696 kilomètres en traversant 14 pays d’Europe.

Le module de puissance à pile à combustible est composé de la pile par elle-même, de l’alimentation en hydrogène et en air, du système de refroidissement et du système de distribution du courant électrique à haute tension. Ce module de puissance délivre 73 kW à haute tension pour alimenter les moteurs électriques de traction et qui vont alimenter aussi les auxiliaires, comme le groupe de climatisation/chauffage, l’électronique des commandes électriques et la batterie.

“La conception du système a évolué et les éléments qui le composent sont devenus plus simples, ce qui participe à abaisser les coûts de cette technologie et nous rapproche un peu plus des réalités,” commente Daniel O’Connell, à la tête du Département GM Fuel Cell Product Engineering de Honeoye Falls.

L’hydrogène injecté dans la pile à combustible est désormais directement utilisé sous forme de courant électrique pour alimenter les quatre roues motrices avec une précision encore jamais atteinte. Les deux moteurs arrière intégrés aux moyeux de roue comprennent deux redresseurs. Ils ont été développés par le Centre Advanced Technology de GM à Torrance, en Californie, tout comme le redresseur destiné au moteur électrique entraînant les roues avant. Une batterie haute tension lithium ion fournit une réserve de puissance pour les trois moteurs électriques en phase d’accélération. Elle emmagasine la puissance générée lors des phases de décélération pour augmenter l’autonomie globale du véhicule.

Les ingénieurs travaillant dans l’unité pile à combustible GM de Mayence-Kastel, en Allemagne, ont été chargés d’intégrer le système de propulsion à pile à combustible dans l’environnement du véhicule. Les ingénieurs ont couplé l’unité motrice avec le reste du système pour aboutir à une solution véhicule globale. C’est ce qui a permis d’augmenter le rendement général. Il faut désormais moins d’hydrogène pour produire plus de puissance, au bénéfice des performances et du fonctionnement quotidien.

La nouvelle génération de pile à combustible GM utilise dorénavant un nouveau système d’injection d’air qui se révèle plus efficace, moins bruyant et plus léger que son prédécesseur. L’unité de pile à combustible, ainsi que les réservoirs cylindriques de stockage de l’hydrogène, trouvent leur place dans l’originale structure en “skateboard”. Des radiateurs supplémentaires ont été implantés sous le capot du Sequel, juste derrière les projecteurs et à l’arrière du véhicule, sous les feux arrière. Ces éléments sont nécessaires pour évacuer la chaleur du système de pile à combustible. Ainsi le Sequel peut fonctionner par des températures nettement plus élevées.

“Une pile à combustible offre un rendement nettement supérieur à celui d’un moteur à combustion interne, mais la conversion de l’énergie se fait totalement différemment. Il faut notamment évacuer nettement plus de chaleur par le système de refroidissement,” explique Lothar Matejcek, Directeur de projet chez GM Fuel Cell Activities, à Mayence-Kastel. “Avec ses trois prises d’air à l’avant, la prise d’air supplémentaire destinée à alimenter le module de chauffage/climatisation et deux autres écopes à l’arrière, il est visible que le Sequel a pris en considération l’évacuation de la chaleur. Il devrait ainsi présenter un excellent fonctionnement à des températures extérieures élevées, conditions classiques que l’on peut rencontrer dans le désert.”

Une autonomie plus grande

L’autonomie du Sequel est de 480 kilomètres. Elle résulte des progrès réalisés dans le domaine du stockage de l’hydrogène à haute pression, qui ont permis d’embarquer 8 kg d’hydrogène, soit plus du double de ce que pouvait emporter le prototype à pile à combustible HydroGen3 de GM. Développés en collaboration avec Quantum Technologies (indice Nasdaq : QTWW), implanté à Irvine, en Californie, les trois réservoirs légers fabriqués en fibres de carbone sont capables de stocker l’hydrogène à une pression de 700 bars. Le prédécesseur du Sequel, le Hy-Wire, ne parvenait encore qu’à 350 bars. Les réservoirs plus grands permettent aussi d’avoir un rapport plus favorable entre le poids du réservoir et celui de l’hydrogène embarqué.

Larry Burns, vice president R&D de GM, présente le concept "skateboard"

Les trois réservoirs cylindriques trouvent leur place au sein même du nouveau plancher skateboard. Une solide fibre de carbone, matière fournie par Toray Industries, de Tokyo, au Japon, vient envelopper les réservoirs tout en composite. Cette fibre permet au réservoir de se montrer beaucoup plus léger que son équivalent en métal. Ces réservoirs composite ont été soumis à des tests de validation dans des environnements très sévères qui ont mis en évidence leur haut niveau de sécurité et de qualité.

“Notre concept de châssis skateboard renfermant les trois réservoirs est un excellent choix pour réaliser un véhicule capable d’offrir une autonomie de 480 kilomètres sans empiéter sur l’espace réservé aux passagers ou aux bagages,” affirme Chris Borroni-Bird, Directeur du Groupe Design and Technology Fusion de GM et Directeur du programme Sequel. “La technique de stockage de l’hydrogène va continuer à progresser et au fur et à mesure des avancées, nous la transposerons sous forme d’autonomie plus importante et d’implantations de plus en plus réduites.”

L’architecture électrique du Sequel est composée de trois circuits électriques. Un circuit à haute tension se charge d’alimenter le système d’entraînement des roues motrices, tandis que les commandes électriques sont branchées sur un circuit de 42 volts. Enfin, un circuit 12 volts fournir le courant aux accessoires tels que le système audio ou l’éclairage intérieur. Le système de propulsion du Sequel intègre dans son fonctionnement une batterie haute tension lithium ion. Elle vient épauler le train moteur à certains instants, mais elle sert aussi à accumuler l’énergie produite par le freinage à régénération, ce qui augmente l’autonomie du véhicule. La batterie lithium ion, fournie par Saft à Bagnolet, en France, offre une puissance en crête de 65 kW et pèse 65 kg.

Un travail mené en commun

Le module de puissance et le système de propulsion du Sequel doivent leur technologie au travail de centaines d’ingénieurs et de chercheurs GM, appuyés par près de 200 fournisseurs venus du monde entier.

“Sur le Sequel, nous avons fait un pas de géant sur le plan du rendement et de la faisabilité en série. Rien n’aurait pu être possible sans la contribution de ce vaste réseau de bonnes volontés,” reconnaît Brian McCormick. “Arriver à réunir tous ces grands cerveaux pour une cause aussi importante montre bien la force de l’engagement de GM en faveur de la pile à combustible.”