LES VÉHICULES À PILE À COMBUSTIBLE EN CORÉE DU SUD 9.1.9... · Figure 9 – Prototype Blue2 (2011) En septembre 2011, le groupe Hyundai-Kia précise la répartition de ses actions

Fiche 9.1.9 Révision : juin 2020

Source : AFHYPAC – Th.Alleau

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MM Mémento de l’Hydrogène

FICHE 9.1.9

LES VÉHICULES À PILE À COMBUSTIBLE EN CORÉE DU SUD

Sommaire

1. Rappel historique 2. Le programme Daewoo 3. Le programme Hyundai Motor Company 4. Le programme bus 5. Le programme poids lourds 6. Autres programmes

1. Rappel historique Les travaux sur l’hydrogène en Corée du Sud, 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 Research1). En 1992, un premier prototype de véhicule à moteur thermique alimenté en hydrogène 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



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Figure 1 – Le prototype Daewoo DFCV-1 (2000)

3. Le programme Hyundai Motor Company2 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 et débute des travaux de R&D sur la pile à combustible. En 1999, Hyundai passe un contrat de 400 000$ avec Ballard3 pour l’achat de piles PEM dans le cadre d’un programme public coréen. En janvier 2000, Hyundai et sa filiale Kia Motors décident4 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) dans le cadre d’un projet commun dénommé « Mercury ». 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 hybride5 (PAC + batterie) équipée d’une pile américaine IFC de 75 kWe alimentée par un réservoir d’hydrogène sous 350 bars. 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 intégrés6 à la flotte du CaFCP : l’un était équipé d’une pile de 25 kWe couplée à une batterie et à un reformeur méthanol et l’autre était équipé de l’ensemble précédent : pile UTC de 75 kWe et réservoir d’hydrogène sous pression.

2 http://worldwide.hyundai.com/WW/Main/index.html 3 Ballard Power Systems, Press Release, 13 décembre 1999 4 HyWeb, 17 mars 2000 5 PAC et batterie en montage parallèle et non série comme c'est le cas avec un prolongateur d'autonomie 6 source: www.fuelcells.org



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Figure 2 – Le prototype Santa Fé FCEV (2000)

En juin 2003, Hyundai et UTC Fuel Cells annoncent un accord de collaboration pour le développement d’un véhicule de 2ème génération capable de fonctionner à des températures inférieures à 0°C. En 2004 :

- En mars, Dynetek annonce la livraison à Hyundai de réservoirs d'hydrogène à 350 bars. - 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 d'hydrogène à 350 bars.

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.



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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 super-capacité (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.

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:



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- 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)

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.



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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 (figures 10 et 11) dans son usine d’Ulsan avec l’objectif, revu à la baisse, de 1000 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



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Les caractéristiques de cet ix35 sont les suivantes :

Longueur 4,410 mm

Largeur 1,820 mm

Hauteur 1,655 mm

Autonomie 588 km

Rendement énergétique 0.96 kgH2/100km

Vitesse max. 160 km/h

Accélération, 0 to 100 km/h 12.5 secondes

Puissance pile à combustible 100 kWe – Pile PEM « maison »

Température mini démarrage -20°C

Batterie hybride Li- polymère 24 kWe

Combustible Hydrogène (700 bars - 5,6 kg)

Le 2 juin 2013, les 15 premiers exemplaires sont livrés à la ville de Copenhague (Danemark) qui les intègre à sa flotte municipale.

Le 28 juin 2013, 2 exemplaires sont livrés à la Région Skåne (Suède).

Le 18 juillet 2013, 5 exemplaires sont annoncés à Londres dans le cadre du London Hydrogen Network Expansion (LNHE).

En novembre 2013, la filiale américaine, qui diffuse l'ix35 sous la marque Tucson, annonce qu'il sera disponible au printemps 2014 sous la forme d'une location de 499$/mois (contrat de 36 mois) avec un dépôt initial de 2 999 $, cette somme incluant une assurance automobile ("Hyundai Assurance program"), les services de maintenance, et le plein en hydrogène gratuit et illimité.

Figure 11 – Sous le capot de l’ix35



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En mars 2014, Hyundai présente, au Geneva Motor Show, un nouveau prototype, baptisé Intrado, de performances voisines de l'ix35 mais étant équipé d'une pile à combustible améliorée (voir figure 12).

Figure 12 - Le prototype Intrado (2014)

En mai 2014, les premiers exemplaires de la Tucson ix35 sont livrés à Los Angeles7 (voir figure 13).

Figure 13 - Les premières Tucson livrées à Los Angeles (2014)

En 2015: - En janvier, cinq exemplaires de l'ix35 (baptisés Tucson Fuel Cell en Amérique du Nord), sont livrés au Canada, à Vancouver. - En avril, 8 exemplaires sont mis en test en Norvège, dans le cadre du projet HyTec (Hydrogen Transport in European City) - En juin, Hyundai annonce que 760 000 km ont été parcourus par leurs véhicules la première année de commercialisation (de juin 2014 à juin 2015), que 70 exemplaires sont maintenant entre les mains de leurs propriétaires en Californie du Sud et que plus de 3,2 millions de km ont été parcourus par leur flotte depuis l'année 2000.

7 https://www.hyundaiusa.com/tucsonfuelcell/



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- En septembre, Hyundai informe qu'après avoir dépendu d'importations pour ses MEA (Assemblage Electrodes-Membranes) il a enfin réussi, après 10 années de recherches, à développer ses propres MEA qu'il décrit comme étant plus performants et moins chers. Il précise que le système PAC représente actuellement 40% du coût total du véhicule. - En novembre, Hyundai annonce qu'il a livré 50 unités supplémentaires en Europe, dont 5 exemplaires à la compagnie parisienne STEP en décembre et 5 autres acquis par le département de la Manche. Il est commercialisé en France depuis le printemps 2015 au tarif de 59 700 euros (bonus de 6 300 euros déduit), En 2016: - En mai, Hyundai annonce qu'un nouveau modèle sera lancé début 2018, il sera de type SUV. Son autonomie atteindra 800 km - En juin, Hyundai a livré 50 exemplaires de l'ix35 à la société de location-partage BeeZero, en Allemagne. - En septembre, Hyundai a présenté au Salon IAA de Hanovre, un démonstrateur de véhicule utilitaire léger (LCV), baptisé H350 Fuel Cell Concept (Figure 14). Il a une autonomie de 422 km (7 kg d'hydrogène stockés à 700 bars) et peut transporter 14 personnes dans sa version "passagers". Le module pile a combustible fournit jusqu'à 100 kWe; il est couplé à une batterie Li. - En septembre, la compagnie de taxis STEP annonce la réception de 60 exemplaires supplémentaires pour sa flotte parisienne. Cette commande est partiellement subventionnée dans le cadre du Hydrogen Mobility Europe Project du FCH-JU.

Figure 14 - Le prototype H350 (2016)

En 2017:

- En mars, au Salon de Genève, Hyundai présente son Fuel Cell Concept qui préfigure son futur modèle (cf. Fig. 15) qui doit être lancé vers 2019.

- En août, Hyundai-Kia Automotive Group précise son objectif d’une production annuelle de 3 000 unités … du nouveau modèle à venir en 2018-2019 dont la fabrication sera réalisée à partir de 98% de composants fabriqués en interne. Le cœur de pile comprendra 460 cellules, sera 10 fois plus léger et 15% plus efficace. Le véhicule sera assemblé à North Chungju dans la province de Chungcheong.

- En fin 2017 est montrée la 4ième génération, le successeur SUV de l’ix35 (cf. Fig. 16). Il est baptisé NEXO. Le rendement de son stack passe de 55,3% pour l’ix35 à 60%. Son autonomie passe à 666 kilomètres WLTP (756 km NEDC) avec 3 réservoirs identiques.



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Figure 15 – Fuel Cell Concept (2017)

Figure 16 – NEXO 2019 Fuel Cell Vehicle

En 2018 : - En février, Hyundai confirme les performances annoncées. La Nexo peut démarrer à partir

d’une température de -29°C grâce à un système de mise en température du stack qui met en œuvre une membrane GORE-SELECT®.

- En mars, Hyundai ouvre son carnet de précommande et reçoit 733 ordres dès le premier jour. Deux versions sont proposées : la version de base à 68 900 000 won (≈ 54 000 €) et la version premium à 72 200 000 won (≈ 56 300 €) TTC, en Corée, mais avec les subventions publiques ces prix descendent autour de 24 à 26 000 €.

- En avril, Hyundai annonce que la Nexo sera disponible en Allemagne à partir d’août 2018, au prix net de 69 000 €.

- En juin, Séoul (Ministère du Commerce, de l’Industrie et de l’Energie) annonce que la Corée du

Sud investira un total de 2 600 milliards de wons (2,34 milliards de dollars) d’ici 2020 en vue de développer des voitures à hydrogène et des infrastructures liées dans le but de stimuler les ventes de voitures. De plus le ministère déclare son objectif de faire circuler environ 16 000 voitures à hydrogène et d'installer 310 stations de recharge à travers tout le territoire d’ici 2022

- En fin juillet, Hyundai annonce que 228 exemplaires avaient déjà été vendus.



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- En octobre, Hyundai annonce que son objectif est de vendre 5 000 véhicules hydrogène en France d’ici 2025. Par ailleurs Hyundai conclut un accord avec Air Liquide et ENGIE pour la fourniture d’hydrogène.

- En décembre, dans le cadre du « FCEV Vision 2030 », Hyundai annonce son objectif de produire à terme 700 000 véhicules par an, dont 500 000 à hydrogène. Une seconde usine sera construite sur le site de Mobis pour passer d’une capacité annuelle de 3 000 unités à 40 000 en 2022.

En 2019 :

- En février, le Groupe a annoncé un plan d’investissement de 6 milliards d’euros qui repose sur une capacité de production de 700 000 piles à combustible et 500 000 voitures à hydrogène d’ici à 2030.

- En mars, le ministère du Commerce de l’Industrie et de l’Energie annonce la création d’une structure dédiée au véhicule à pile à combustible : HyNet/SPC. Elle est constituée autour de 13 sociétés déjà engagées sur l’hydrogène, comme Hyundai et Korea Gas Group, les plus importantes. Ces deux compagnies ont investi 118,7 M$. On y trouve aussi Air Liquide Korea.

- En mars débutent en France les premières livraisons de la NEXO au profit de Engie/Corely qui possède déjà des ix35 Fuel Cell.

- En mai, Hyundai fait savoir qu’au 17 mai, 767 exemplaires de la NEXO ont été vendus en Corée et 308 à l’extérieur.

- Les performances actualisées de la NEXO donnent une puissance du moteur électrique de 120 kW et une autonomie de 570 - 612 km en norme EPA. Hyundai annonce que la charge en platine de la pile a été abaissée de 78 à 56 grammes.

- En juillet, le fabricant de composants automobiles Hyundai Mobis Co. annonce investir 322 M$ dans la construction d’une usine dédiée aux véhicules à PAC.

- En juillet, le Groupe Hyundai Motor annonce qu’il projette de fabriquer 40 000 véhicules à PAC d’ici 2022 et 500 000 d’ici 2035.

- En septembre, l'Université Nationale de Science et de Technologie d'Ulsa (UNIST) a inauguré son nouveau Centre de Recherche dédié à l’hydrogène.

- En octobre, le Ministre du Commerce, de l’Industrie et de l’Energie annonce qu’il prévoit de construire 310 stations hydrogène d’ici 2022 et atteindre 1 200 stations d’ici 2040.

- En novembre, l’explorateur Bertrand Piccard a battu le record du monde de distance parcourue avec un véhicule à hydrogène, à savoir 778 km avec une NEXO et un seul plein.

- En novembre, Hyundai annonce un plan d’investissement de 46,2 milliards d’euros d’ici à 2025. Il a pour ambition d’occuper la 3ième place mondiale sur le marché des véhicules électriques et à pile à combustible. Hyundai prévoit de vendre 110 000 exemplaires de véhicule à PAC sur l’année 2020.

En 2020 :

- En avril, une vidéo sur la NEXO est proposée sur le site suivant :

https://fuelcellsworks.com/news/hyundai-creates-how-it-works-video-for-its-nexo-fuel-cell-suv-in-celebration-of-2020-earth-day/

4. Le programme bus

Parallèlement au développement d’une technologie de pile dans la gamme 80 kWe pour les véhicules légers, Hyundai-Kia a développé une pile de la gamme 200 kWe adaptée aux bus. En 2005, Hyundai développe un projet de bus dans le cadre du projet Polaris II cofinancé par le gouvernement coréen (programme G7)



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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 17) – 28 passagers- équipé d’une pile de 200 kWe hybridée avec des super-capacités (100 kWe) 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 ont été mis à la disposition des organisateurs de l’International Exposition Yeosu Korea 2012. En mars 2016, le gouvernement coréen a annoncé un plan de substitution des 26 000 bus à gaz naturel en circulation par des bus hybrides à hydrogène au rythme de 2 000 véhicules par an.

Figure 17 – FC-Bus 2ème génération (2009)

En mai 2017, Hyundai annonce la sortie d’un bus de troisième génération courant 2018. En juillet 2018, le Ministère du Commerce, de l’Industrie et de l’Energie annonce que la Corée du Sud avait l’intention d’acheter 1 000 bus à pile à combustible d’ici 2022. Les premiers seront déployés à Séoul et Ulsan dès 2019. En octobre 2018, Hyundai annonce la mise en service des premiers bus en Corée du Sud à Ulsan sur la ligne 124 (cf. Fg. 18) et la mise en service de 30 autres dès 2019. En mars 2020, Hyundai révèle la mise en service d’un bus à grande vitesse destiné à la police (National Policy Agency) (Fig. 19). Il est équipé de deux exemplaires de la pile NEXO (96 kWe). D’autres exemplaires sont prévus. En mars 2020, Hyundai prévoit la mise en service de 2 000 bus à PAC d’ici 2022, 20 000 d’ici 2030 et 40 000 d’ici 2040.



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Figure 18 – Bus à pile à combustible circulant à Ulsan (2018)

Figure 19 – Le bus de la police (2020)

5. Le programme poids lourds

En septembre 2018, Hyundai and H2 Energy (Suisse) signent un accord de fourniture de 1 000 poids lourds électriques à pile à combustible en Suisse entre 2019 et 2023. Leur autonomie serait voisine de 400 km.

6. Autres programmes

En avril 2020, le constructeur Hyundai CE a signé un protocole d’accord avec Hyundai Motors et Hyundai Mobis, pour le développement de chantiers alimentés par des piles à combustible à hydrogène au sein de son centre de recherche Mabuk. Ensemble, ces trois sociétés développeront des chariots élévateurs à hydrogène et des engins à hydrogène. Le début de la production est fixé à 2023.

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