Dans sa dernière version de production de semi-remorques à pile à combustible à hydrogène, Toyota ajoute bien plus de quelque chose qui l'aidera à tenir la distance de manière cohérente : les batteries.
La pile à combustible à hydrogène est souvent considérée comme une alternative aux batteries, mais ici, ces dernières améliorent les premières. Toyota a choisi d'installer 200 kWh de cellules de batterie lithium-ion NCA (nickel-cobalt-aluminium) dans l'ensemble spécial Kenworth T680 à pile à combustible à hydrogène qui sera présenté à l'exposition Advanced Clean Transportation (ACT) plus tard ce mois-ci.
C'est une formule qui pourrait servir de modèle pour l'avenir afin de rendre viables les véhicules utilitaires à pile à combustible à hydrogène, et comme les dirigeants de Toyota l'ont souligné la semaine dernière, les batteries sont un élément nécessaire pour créer un semi-remorque à pile à combustible efficace à usage régional.
Semi-remorque à pile à combustible Kenworth-Toyota avec batterie de 200 kWh
Une batterie aussi grosse n’est pas nécessaire la grande majorité du temps, mais elle donne à ce format beaucoup plus de flexibilité. Cet énorme semi-remorque de classe 8 est une évolution des semi-remorques à pile à combustible à hydrogène que Toyota et Kenworth ont testés sous forme de prototype pendant des années avec des missions portuaires et des trajets locaux. Avec ce changement, le semi est désormais adapté aux trajets régionaux : jusqu'à 82 000 livres. de charge utile et un objectif de 300 milles quel que soit le terrain, ou jusqu'à 450 milles sur un terrain plus calme.
Les batteries sont toujours utilisées comme tampon d'énergie avec des piles à combustible, qui prennent un certain temps à monter en puissance et produisent mieux une puissance de sortie constante. Selon Toyota, le fait d'avoir à bord une batterie beaucoup plus grande contribue à augmenter l'efficacité de la pile à combustible de ce semi-remorque, et la batterie permet potentiellement une grande quantité de récupération d'énergie lors de dégradations plus prononcées.
Dans sa dernière version, ce Kenworth T680 spécialement équipé peut confortablement se rendre de Long Beach, en Californie, via la tristement célèbre Interstate 5 Grapevine, à grande vitesse, avec une pleine charge, jusqu'à Barstow et retour (près de 270 miles) sans jamais avoir à se soucier d'être ravitaillé.
Jusqu'à 450 miles d'autonomie avec un plein d'hydrogène
Le dernier prototype produit 415 ch de puissance continue grâce à un système à double moteur de 310 kW, et il renvoie une autonomie officielle allant jusqu'à 450 miles grâce à ses 58,8 kg d'hydrogène. Il devrait être alimenté par un kit modularisé construit sur la pile Gen 2 actuelle utilisée dans la Toyota Mirai. Le module sera assemblé par Toyota dans le Kentucky et proposé à diverses entreprises, même si les piles à combustible elles-mêmes proviendront toujours du Japon.
Semi-prototype de pile à combustible à hydrogène Kenworth-Toyota. – mai 2024
La nouvelle configuration résulte essentiellement de l'écoute par Toyota des clients commerciaux potentiels du camion et de la réponse à leurs besoins directs, a expliqué Scott Friedman, directeur principal du programme chez Toyota Amérique du Nord chargé de l'intégration du groupe motopropulseur du semi-remorque à pile à combustible. Mis à part les batteries et les modules, la disposition des anciens camions portuaires se retrouve en grande partie dans ce nouveau prototype.
Le système à double moteur, la transmission et l'intégration globale sont des responsabilités de Toyota en plus du module de pile à combustible lui-même. Les batteries sont montées sur une selle latérale, montées assez bas sur la cabine, assez près de l'endroit où se trouveraient les réservoirs de carburant, tandis que les grands réservoirs d'hydrogène sont beaucoup plus légers et montés plus haut, occupant ce qui serait autrement la couchette.
Grosse batterie, pas de port de charge
Toyota ne prévoit pas de recharger ce semi-remorque par un autre moyen que la pile à combustible, et il n'y a pas de port de recharge, selon Friedman. La batterie constitue donc un tampon géant qui, semble-t-il, pourrait et sera utilisé intelligemment par les logiciels de gestion de flotte. « Nous ne voulons pas que nos camions soient obligés de s'arrêter à un arrêt de batterie et à un arrêt d'hydrogène », a déclaré Friedman.
« Nous l'avons développé en fonction des cycles d'utilisation et des attentes des clients, et c'est en quelque sorte le champ d'application », a résumé Friedman. « Vous pouvez facilement adapter cela », a-t-il ajouté, après une pause lorsqu'on lui a demandé si un port de recharge pouvait être ajouté pour un client qui, par exemple, souhaitait cette capacité.
Semi-prototype de pile à combustible à hydrogène Kenworth-Toyota. – mai 2024
Toyota a probablement déjà envisagé les possibilités. Elle dispose d'un banc d'essai robuste dans son centre de développement de l'hydrogène (H2HQ) à Gardena, comprenant un banc d'essai d'une puissance de 1,2 mégawatt pour garder à l'esprit les types d'applications qu'elle pourrait préparer à l'avenir.
Lors d'une visite au siège social la semaine dernière, les dirigeants de Toyota ont laissé entendre que le groupe travaillait sur des camionnettes à pile à combustible à hydrogène. Il possède même un prototype Tundra à pile à combustible fonctionnel au Japon qu'il utilise pour remorquer sa voiture de course à moteur à combustion d'hydrogène. Et cela s'ajoute à un prototype de pick-up à pile à hydrogène Hilux au Royaume-Uni.
Prototype de pile à combustible à hydrogène Toyota Hilux
Toyota a présenté une raison étonnamment simple pour contourner les chargeurs dans les véhicules de tourisme : l’ajout d’une borne de recharge décourage le développement du réseau d’hydrogène.
S'adressant à Green Car Reports fin 2019, l'ingénieur en chef de Mirai, Yoshikazu Tanaka, nous a déclaré que pour développer l'infrastructure de l'hydrogène, il fallait la consommer ; Si les clients commençaient à recharger à domicile, ils ne consommeraient pas (et n'en dépendraient pas) l'hydrogène.
Mais c'est différent pour les camions, a soutenu Jay Sackett, l'ancien ingénieur en chef du Toyota Tundra qui travaille désormais directement avec les piles à combustible en tant qu'ingénieur en chef pour la mobilité avancée. Tout comme Toyota augmente la taille de la batterie de son semi-remorque à pile à combustible mais n'ajoute pas de port de charge, Toyota ne voit pas beaucoup d'utilité pour le port de charge d'un pick-up.
Prototype de pile à combustible à hydrogène Toyota Hilux
Si Toyota fabrique un camion à pile à combustible, a suggéré Sackett à Green Car Reports, il serait destiné à ceux qui remorquent fréquemment ou utilisent réellement les capacités du camion – et la recharge et le remorquage ne fonctionnent tout simplement pas ensemble, a-t-il déclaré. Et ses clients Tundra remorquent fréquemment.
En bref, a résumé Sackett, c'est une question de temps, de cohérence et de densité d'énergie. Vous pouvez faire le plein d’hydrogène en 20 minutes, ce qui est utile pour parcourir des centaines de kilomètres, même en remorquage. Mais charger le type de batterie nécessaire pour ce type d’autonomie reste aujourd’hui un obstacle de taille.
Répondant à plusieurs demandes sur la façon dont cela pourrait être utilisé dans le monde réel, Sackett n'a pas confirmé que la capacité de plug-in était quelque chose que l'entreprise envisageait sérieusement. Pourtant, Sackett a souligné le projet de semi-remorque et sa plus grande réserve de batterie comme modèle de ce qui fonctionne dans une situation commerciale ou de flotte prévisible, où des stations-service sont établies.
Il s’agirait peut-être d’un des pôles de l’hydrogène qui devrait être financé par le gouvernement fédéral à hauteur de 8 milliards de dollars.
Ravitaillement en hydrogène chez Toyota H2HQ
Toujours les mêmes défis en matière de ravitaillement en hydrogène
Cela correspond également plus étroitement à d'autres formules utilisées dans l'industrie, comme celle du Nikola Tre, qui contient 200 kW de modules d'alimentation à pile à combustible avec 164 kWh d'énergie de batterie. Nikola a annoncé cette semaine sa deuxième station-service HYLA en Californie, près du port de Long Beach. Il est prévu de créer 60 stations à hydrogène d'ici 2026, avec l'aide d'incitations.
Le port lui-même abrite l'installation Tri-Gen de Toyota, qui met hors réseau le plus grand port américain de Toyota, générant quotidiennement 2,3 mégawatts d'électricité à partir de gaz naturel renouvelable grâce à des crédits via le méthane généré à Orange County Sanitation. Il génère également jusqu'à 1 200 kg d'hydrogène par jour, destinés à alimenter les véhicules à hydrogène, ainsi que 1 400 gallons d'eau par jour, qui peuvent être utilisés pour laver les véhicules arrivant au port.
Même si la partie carbone du calcul nécessite une litanie d'hypothèses et de hypothèses, ce qui ressort ou non de telles solutions à pile à combustible, comme les semi-remorques ou les camionnettes, est beaucoup plus simple. S'il s'agit de solutions qui ne fonctionnent pas encore pratiquement avec les batteries seules, avec une solution qui élimine les émissions et les particules génératrices de smog des gaz d'échappement diesel, pourquoi pas ?
