À l'Institut Fraunhofer pour les machines-outils et les technologies de moulage (IWU), des chercheurs développent des technologies de pointe pour la fabrication de moteurs à pile à combustible, afin de faciliter une production de masse rapide et économique. Dans un premier temps, les chercheurs de l'IWU se sont concentrés sur le cœur même de ces moteurs et étudient des méthodes de fabrication de plaques bipolaires à partir de fines feuilles de métal. Lors du salon de Hanovre, l'Institut Fraunhofer IWU présentera ces travaux, ainsi que d'autres recherches prometteuses sur les moteurs à pile à combustible, en collaboration avec l'écurie Silberhummel Racing.
Pour alimenter les moteurs électriques, les piles à combustible constituent une solution idéale pour compléter les batteries et accroître l'autonomie. Cependant, leur fabrication reste un processus coûteux, ce qui explique le faible nombre de modèles utilisant cette technologie sur le marché allemand. Les chercheurs de l'institut Fraunhofer IWU travaillent actuellement sur une solution plus économique : « Nous adoptons une approche globale pour étudier tous les composants d'un moteur à pile à combustible. La première étape consiste à fournir l'hydrogène, ce qui influe sur le choix des matériaux. L'hydrogène intervient directement dans la production d'énergie de la pile à combustible et concerne également la pile elle-même ainsi que la régulation thermique de l'ensemble du véhicule », explique Sören Scheffler, chef de projet à l'institut Fraunhofer IWU de Chemnitz.
Dans un premier temps, les chercheurs se sont concentrés sur le cœur de tout moteur à pile à combustible : la « pile à combustible ». C’est là que l’énergie est générée dans de nombreuses batteries empilées composées de plaques bipolaires et de membranes électrolytiques.
Scheffler a déclaré : « Nous étudions comment remplacer les plaques bipolaires en graphite traditionnelles par de fines feuilles métalliques. Cela permettra de produire les piles en série rapidement et à moindre coût, et d’accroître considérablement la productivité. » Les chercheurs sont également attachés à l’assurance qualité. Chaque composant de la pile est contrôlé directement pendant le processus de fabrication. L’objectif est de garantir que seules les pièces ayant fait l’objet d’un contrôle rigoureux soient intégrées à la pile.
Dans le même temps, l'institut Fraunhofer IWU cherche à améliorer la capacité de la cheminée à s'adapter à l'environnement et aux conditions de conduite. Scheffler explique : « Notre hypothèse est que, grâce à l'IA, l'ajustement dynamique des variables environnementales permettra d'économiser de l'hydrogène. Que le moteur fonctionne à haute ou basse température, en plaine ou dans un environnement à haute température, son comportement sera différent. Actuellement, la cheminée fonctionne dans une plage de fonctionnement fixe prédéterminée, ce qui ne permet pas une telle optimisation en fonction de l'environnement. »
Des experts du laboratoire Fraunhofer présenteront leurs méthodes de recherche à l'exposition Silberhummel, qui se tiendra au parc des expositions de Hanovre du 20 au 24 avril 2020. La Silberhummel est inspirée d'une voiture de course conçue par Auto Union dans les années 1940. Les chercheurs du Fraunhofer IWU ont utilisé de nouvelles méthodes de fabrication pour reconstruire le véhicule et créer des démonstrateurs technologiques modernes. Leur objectif est d'équiper la Silberhummel d'un moteur électrique basé sur une technologie de pile à combustible avancée. Cette technologie a été présentée en projection numérique au parc des expositions de Hanovre.
La carrosserie du Silberhummel illustre parfaitement les solutions de fabrication innovantes et les procédés de moulage développés par l'institut Fraunhofer IWU. L'objectif principal est ici une production à bas coût en petites séries. Les panneaux de carrosserie du Silberhummel ne sont pas formés par de grandes presses à emboutir, qui nécessitent l'utilisation d'outils complexes en acier moulé. On utilise plutôt un moule femelle en bois, un matériau facile à travailler. Une machine-outil conçue à cet effet utilise un mandrin spécial pour presser progressivement le panneau de carrosserie sur le moule en bois. Les experts appellent cette méthode « formage incrémental ». « Comparée à la méthode traditionnelle, qu'il s'agisse de l'aile, du capot ou du côté du tramway, cette méthode permet de produire les pièces nécessaires plus rapidement. Par exemple, la fabrication conventionnelle des outils nécessaires à la production des pièces de carrosserie peut prendre plusieurs mois. Avec nous, il nous faut moins d'une semaine entre la fabrication du moule en bois et le contrôle du panneau fini », explique Scheffler.
Date de publication : 24 septembre 2020