Camion avec pantographe de
l'université RWTH d'Aix-la-Chapelle
Projet de recherche innovant de l’université RWTH d’Aix-la-Chapelle
Le PEM de l’université RWTH d’Aix-la-Chapelle développe des camions électrifiés équipés de pantographes et de composants Webasto afin de réduire durablement les émissions de CO2 sur les routes du monde entier. Le transport routier est également crucial pour une réduction significative et durable des émissions de CO2 dans les retournements de trafic. Les camions sont responsables d’environ dix pour cent des émissions mondiales de CO2. Dans le même temps, ils sont difficiles à électrifier en raison de leurs besoins énergétiques élevés ainsi que des longues distances qu’ils doivent parcourir.
Le département Production Engineering of E-Mobility Components (PEM) de l’Université RWTH d’Aix-la-Chapelle, qui mène des recherches dans ce domaine, s’efforce de remédier à cette situation et de trouver une solution compétitive pour le transport de marchandises. Dans le cadre du projet LiVePLuS, les spécialistes du département ont développé un groupe motopropulseur électrique avec pantographe et batterie et l’ont mis en œuvre dans un premier prototype avec le soutien de Webasto, partenaire système pour l’électromobilité.
Fondée en 2014, le département PEM de la RWTH – l’une des universités d’excellence en Allemagne et des meilleures universités au monde – étudie les composants clés de l’électromobilité. Quatre groupes de recherche se concentrent sur la batterie en tant que l’un des composants essentiels du groupe motopropulseur électrique sur l’ensemble de la chaîne de valeur. « Notre objectif est de développer de nouvelles façons de réduire activement les émissions de CO2. Le trafic routier est responsable d’une grande partie des émissions.
Si l’on y regarde de plus près, on constate que ce sont principalement les véhicules utilitaires lourds dont l’électrification aurait un impact considérable sur les réductions de CO2. Ainsi, pour une efficacité maximale et un impact maximal, c’est précisément le domaine sur lequel nous voulons nous concentrer dans nos projets de recherche », explique Konstantin Sasse, chef d’équipe de l’ingénierie et de la sécurité des batteries chez PEM.
Témoignages Webasto - RWTH Aix-la-Chapelle : pantographe pour camions
Rendre possible l’inversion du trafic
L’objectif principal : développer des modules adaptables de blocs de construction de la chaîne cinématique qui peuvent être adaptés individuellement au domaine d’application. C’est ainsi qu’a été lancé en septembre 2017 le projet LiVe qui a d’abord étudié différentes technologies telles que la pile à combustible ou le pantographe – un collecteur de courant dépliable monté sur le véhicule – sur la base du véhicule électrique à batterie. Le projet LiVePLuS a ensuite été créé sur cette base en février 2020 et s’est concentré sur les poids lourds avec batterie et pantographe.
Afin de valider les résultats de la recherche et de démontrer l’aptitude des camions semi-remorques équipés de pantographes, un camion devait également être modernisé en tant que prototype. Celui-ci se compose classiquement d’un moteur électrique et d’une batterie de traction à laquelle s’ajoute le pantographe comme interface avec un système de caténaires. Un système de capteurs détecte si le véhicule circule sur une voie de circulation avec une ligne aérienne et le pantographe du camion se déploie et s’amarre à la ligne aérienne. Celui-ci alimente le moteur électrique et charge la batterie en même temps.
Les deux projets sont parrainés par VDI/VDE Innovation + Technik GmbH et financés par le ministère fédéral allemand de l’Environnement, de la Protection de la nature, de la Sécurité nucléaire et de la Protection des consommateurs (BMUV). « La technologie des pantographes est particulièrement intéressante car l’infrastructure nécessaire peut être mise en œuvre assez rapidement – beaucoup de choses peuvent déjà être accomplies d'ici 2030. Des études ont montré qu’en utilisant des camions aériens, environ 50 % des émissions de CO2 peuvent être réduites d’ici 2030 par rapport aux camions conventionnels. Si l’on pousse ce calcul plus loin et que l’on exploite les systèmes de caténaires exclusivement avec des sources d’énergie renouvelables, l’exploitation pure de ces camions serait déjà neutre en CO2 aujourd’hui », déclare Simon Dünnwald, chef d’équipe E-Mobility Production Engineering de PEM.
L’énergie fournie par les pantographes est non seulement très efficace en raison de son rendement global élevé, mais il n’y a également que peu d’inconvénients par rapport aux camions conventionnels. Les impacts sur l’infrastructure sont également faibles : les voies de circulation avec des lignes aériennes peuvent également être utilisées par d’autres acteurs du trafic sans restriction. De telles caténaires sont actuellement déjà installées sur des segments des autoroutes A1 et A9 en tant qu’itinéraires d’essai. « Des simulations et des études montrent qu’il suffit d’électrifier environ 30 % du réseau autoroutier allemand – environ 3 200 à 4 000 kilomètres – avec des systèmes de caténaires pour électrifier 80 % des poids lourds. Nous avons donc un énorme potentiel ici », déclare Dünnwald.
Composants et assistance de premier ordre de Webasto
Étant donné qu’il n’existe actuellement aucun camion à pantographes à puissance purement électrique circulant sur les routes allemandes et que la technologie est donc très nouvelle, le groupe de recherche n’a pas pu recourir à un système déjà prêt à fonctionner et a dû trouver des solutions innovantes. La livraison des composants s’est également avérée difficile. « Pour notre projet de recherche, nous construisons des prototypes en petites quantités. Ce n’est pas assez attrayant pour de nombreux fournisseurs. La disponibilité technique et les délais de livraison des différents composants devaient également être appropriés.
Le domaine d’application des véhicules utilitaires lourds exclut déjà certains acteurs du marché. Et bien sûr, nous avions des exigences concernant les composants. Par exemple, au lieu de prototypes de batteries, nous voulions installer des batteries certifiées pour la production en série qui soient compatibles avec le reste de l’alimentation électrique embarquée haute tension », explique M. Sasse. L’espace étant limité dans le camion, la taille des batteries devait également être appropriée. Après un examen approfondi du marché et des recherches approfondies, le choix s’est finalement porté sur la batterie standard de Webasto pour véhicules utilitaires.
L’entreprise a non seulement été en mesure de fournir les composants nécessaires dans les plus brefs délais, mais elle a également apporté un soutien actif grâce à son savoir-faire. « Nous avons échangé en étroite collaboration avec Webasto et sommes en contact direct avec tous les départements. Le développement d’un prototype implique toujours que des questions très spécifiques se posent pour lesquelles nous avons besoin de l’avis d’experts. Nous avons travaillé en étroite collaboration avec Webasto, nous avons reçu un retour d’information rapide, nous avons reçu toutes les données pertinentes et nous avons même bénéficié d’une assistance lors de la mise en service des différents composants sur site », explique M. Sasse.
En plus du système de batterie de Webasto, la Vehicle Interface Gateway (VIG) a également été utilisée côté produit. Il est très compact et sert d’interface entre le véhicule et les batteries et permet de contrôler jusqu’à 16 batteries. Le groupe de recherche a développé ce que l’on appelle l’unité de distribution d’énergie (PDU) sur la base du VIG. Cette unité compacte individuelle contient toutes les connexions principales pour la batterie, le pantographe et le moteur ainsi que la distribution et d’autres fonctions nécessaires.
EV Battery Pack Module in Aluminum Housing - Webasto Battery System
De la théorie à la pratique
Après de nombreux essais, tels que la mise en service individuelle des composants spécifiques et la mise en service de l’ensemble de l’installation à l’état non construit, le test réel du prototype devrait avoir lieu. Le véhicule a déjà fait l’objet de plusieurs tests sur la piste d’essai de RWTH. Dans une prochaine étape, le pantographe sera testé sur une autre piste d’essai pour voir si le processus d’amarrage à la ligne aérienne se déroule sans problème.
Ensuite, le prototype sera mis en route dans la circulation publique afin que le groupe de recherche puisse effectuer des mesures complètes. « L’objectif est d’optimiser davantage le système et d’atteindre un degré de maturité plus élevé. Nous voulons atteindre un point où l’élément constitutif de la chaîne cinématique modulaire est non seulement pleinement développé, mais présente également un réel intérêt économique. À moins que les coûts ne soient corrects, le système ne sera pas utilisé. Mais nous sommes sur la bonne voie. Le projet a également une grande pertinence sociale :
Nous avons déjà reçu la visite de nombreux grands fournisseurs qui se sont montrés enthousiastes après avoir vu le prototype. Nous sommes curieux de voir ce que l’avenir réserve à notre projet, mais nous sommes assez fiers de ce que nous avons déjà accompli. Et avec Webasto, nous avons trouvé un partenaire qui nous apporte un soutien complet et qui nous aide à faire avancer la décarbonisation du transport de marchandises », conclut M. Dünnwald. Webasto se réjouit également de cette coopération. « Nous sommes fiers d’être partenaires d’un projet aussi innovant qui a le potentiel de réduire massivement les émissions de CO2 dans le transport routier. Nous nous réjouissons à l’idée de continuer à soutenir le projet à l’avenir et nous nous ferons un plaisir de fournir à tout moment des produits et des informations théoriques », ajoute Michael Bauer, vice-président de la gestion de l’énergie dans le secteur d’activité de Webasto.
