Les activités de recherche et de développement du ministère de l'Économie et de l'Énergie dans le domaine de l'électromobilité sont multiples et touchent à des sujets aussi divers que la technique d'entraînement, la recherche sur les batteries, la standardisation, la chaîne de valeur, l'intégration au réseau ainsi que la facturation intelligente de l'électricité sur les bornes de recharge et l'infrastructure.

Une nouvelle chaîne de valeur

Si de bonnes conditions sont réunies, une nouvelle chaîne de valeurs sera créée par l'électromobilité en Allemagne. Soucieux d'encourager les projet d'optimisation de cette chaîne de valeur, le ministère de l'Économie et de l'Énergie annoncé un soutien appelé « Électromobilité, positionnement sur la chaîne de valeur - ELEKTRO POWER ».

Ce programme vient en aide aux projets créateurs de valeur ajoutée dans le domaine de la production de cellules et batteries, la construction légère et l'intégration au système. Il s'agit majoritairement de projets collaboratifs menés par l'industrie qui présentent une grande visibilité et sont réalisables à relativement court terme. Parallèlement à cela, la création de nouvelles chaînes de valeur sera encouragée par une série de projets dédiés à la normalisation et à la standardisation nationales et internationales, y compris les méthodes de contrôle et de mesures normalisées (voir normalisation et standardisation).

Par ailleurs, le programme « Electromobility » soutient les projets internationaux qui se consacrent aux innovations fondamentales ne pouvant, pour la plupart, être utilisées qu'à l'avenir (voir ERA-Net+ « Electromobility »). Ces projets sont cofinancés par la Commission européenne.

Citons à titre d'exemple les projets de recherche suivants réalisés dans le cadre du programme «Elektro Power»:

  • TherMobility: Les matières plastiques renforcées de fibres de carbone à haute résistance et extrêmement légères se prêtent très bien aux éléments structurels porteurs utilisés dans les vélos à assistance électrique «Pedelec» et les véhicules légers. Leur fabrication reste cependant complexe et extrêmement coûteuse. Ce projet collectif doit donc développer un processus de production pour structures composites intégrées à matrice thermoplastique qui se prête à la fabrication automatisée en grandes séries, par exemple la production de Pedelecs et de véhicules légers. La technologie de traitement fondamentale a entre-temps été développée et testée sur le cadre d'un Pedelec. Dans le laps de temps restant, il reste à voir de quelle façon le processus peut être utilisé dans la production en séries.
  • ProLemo: Dans ce projet, de nouvelles techniques de production pour des moteurs électroniques particulièrement légers sont développées. Les métaux doivent y être remplacés par des matériaux composites renforcés de fibres et des composites magnétiques souples. Dans la phase finale du projet, une cellule complète de production et de démonstration doit être construite au sein de l'établissement de recherche participant.
  • Le laboratoire de recherche « atelier de prototypage »: Dans ce projet, un atelier de prototypage est construit et permet de tester la production économique et le montage ainsi que le contrôle du fonctionnement et de la sécurité des véhicules électriques. Seuls les grands constructeurs automobiles ont généralement de telles infrastructures à leur disposition. Grâce à ce projet, les instituts de recherche et les PME sous-traitantes y ont également un accès satisfaisant et peuvent ainsi développer l'expertise nécessaire à la fabrication en série de groupes de composants pour véhicules électriques (par ex. chaîne cinématique). La phase de planification est à présent achevée; la phase d'achat des équipements puis de leur assemblage en cellules de production est en cours.
  • ISB-Elektro: Actuellement, les véhicules électriques ne sont produits qu'en petite série. Les procédés de production conventionnels, qui nécessitent des investissements importants dans des outils de formage pour les pièces de carrosserie, ne sont pas rentables. Ce projet examine donc le procédé du cintrage incrémental qui permet de produire différents profils sans utiliser d'outils spéciaux et coûteux. Il est seulement nécessaire de reprogrammer la machine-outil pour une nouvelle pièce. Cela permet de produire aussi des véhicules électriques bon marché au poids optimisé, et ce en petite série. De nombreuses PME sous-traitantes participent à ce projet de recherche et ont ainsi accès aux futures chaînes de création de valeur automobiles
  • ProTrak/S-ProTrak: La production bon marché de batteries plus puissantes est un facteur déterminant du développement de l'électromobilité. Ce projet développe des techniques fortement nécessaires pour la production en grande série d'éléments de batteries en lithium rentables. S-ProTrak créé des technologies de revêtement innovantes pour des composantes de batteries essentielles (anodes, cathodes et séparateurs). L'accent du projet est mis sur les nouvelles évolutions techniques dans les domaines du maniement, de la découpe, de l'emballage, du découpage, du remplissage d'électrolyte, du formage ainsi que du contrôle. L'objectif est d'obtenir un concept d'assemblage modulaire relié dans lequel les étapes du processus actuellement coûteuses peuvent être optimisées en termes d'efficacité énergétique et de durées de traitement.
  • BatCon: Les batteries pour véhicules électriques sont en partie très coûteuses car il n'existe pas encore de techniques convaincantes pour les construire à partir d'éléments de batteries individuels : Les visser reste coûteux et insatisfaisant; souder du cuivre et de l'aluminium est très difficile d'un point de vue technologique. Les partenaires du projet vont donc développer des technologies de production et des méthodes de contrôle rentables pour les connecteurs haute tension intégrés de manière fonctionnelle. Cela pourrait réduire les coûts liés à la production de batteries et rendre ainsi les véhicules électriques plus abordables.

Le programme d'aide ELEKTRO POWER comprend au total 10 projets collaboratifs (41 parties de projets) et offre un volume de soutien d'environ 23 millions d'euros. Ces projets sont généralement prévus pour une durée de trois ans et se termineront au plus tard au milieu de l'année 2016.

Normalisation et standardisation - des standards valables partout dans le monde

Le ministère fédéral de l'Économie et de l'Énergie s'engage à ce que les véhicules de marques différentes puissent s'approvisionner en électricité auprès d'infrastructures proposées par différents fournisseurs. Il faut que le véhicule soit relié à l'infrastructure de charge intelligente de sorte à permettre un dialogue entre les deux éléments. Il y a lieu en l'occurrence de tenir compte de l'objectif du plan gouvernemental stipulant que les besoins supplémentaires en énergie électrique requis dans ce secteur doivent être couverts par une électricité produite à partir d'énergies renouvelables.

Il est indispensable, dans le cadre du processus de normalisation, que les prises de charge mâles et femelles et le dialogue entre le véhicule et l'infrastructure de charge soient rendus compatibles. Seules des normes valables à l'échelle internationale garantiront aux utilisateurs d'une voiture électrique la possibilité de se rendre là où ils le souhaitent, même à l'étranger, de pouvoir la recharger et payer sans difficulté. Il est donc nécessaire d'élaborer des normes permettant le dialogue et de prendre des dispositions pour la sécurité d'utilisation des systèmes à haute tension. Les normes de sécurité ainsi élaborées de manière consensuelle sont ensuite souvent introduites par le biais de la normalisation dans les réglementations territoriales, comme c'est le cas pour la circulation des véhicules à moteur sur le réseau routier.

Les normes uniques (pas seulement pour les processus de charge) sont un avantage pour les entreprises tant au niveau européen qu'au niveau international. Quant aux véhicules, bornes de charge, batteries produits en Allemagne ainsi que la technique de production ad hoc, ils sont exportés dans le monde entier pour y être utilisés.

Le ministère fédéral de l'Économie et de l'Énergie est toujours prêt à soutenir activement le dialogue entre les experts de la normalisation et leurs partenaires respectifs dans le monde en cas de besoin. Il entretient à cet égard des relations bilatérales étroites avec les ministères respectifs des États-Unis, de la Chine et de nombreux autres pays.

Quelques exemples de projets importants de normalisation :

Électromobilité - Mise en œuvre de la feuille de route de normalisation : Le projet coordonne les activités allemandes visant à mettre en œuvre la feuille de route de normalisation de la Plateforme nationale pour l’électromobilité et à les intégrer dans les organes internationaux de normalisation correspondants. De plus, d'autres besoins en matière de normalisation sont identifiés pendant la période du projet, par ex. ceux provenant des projets de recherche et de développement en cours, et sont intégrés dans le processus de normalisation. Les thèmes sont entre autres la sécurité des véhicules électriques, y compris celle du stockage de l'énergie pendant la conduite, lors du chargement, de l'injection d'électricité et à la suite d'un accident et les interfaces entre le véhicule et le réseau d'électricité aussi bien au niveau électromécanique qu'au niveau de la communication. Les questions concernant la stabilité du réseau sont aussi traitées. Les partenaires engagés sont l'Institut allemand de normalisation (DIN), le Comité de normalisation de l'association de l'industrie automobile allemande (VDA-NAAuto) ainsi que la Commission allemande pour l'électrotechnique au sein du DIN et du VDE (Fédération allemande des industries de l'électrotechnique, de l'électronique et des techniques de l'information). Les parties intéressées des milieux économique et scientifique ainsi que les parties prenantes internationales importantes sont également impliquées. L'accent est mis sur la participation des PME au processus international de normalisation.

eNterop: L'objectif du projet est la communication normalisée entre les véhicules électriques et l'infrastructure de recharge, une condition déterminante pour une large acceptation de l'électromobilité sur le marché. Le projet se base sur la norme adoptée récemment concernant les interfaces entre le véhicule et la borne de recharge, qui, bien que les réglementations nationales soient différentes, vise à créer un marché mondial pour les composantes correspondantes. Ce projet réalise des procédures de tests automatiques sur une plateforme ouverte de logiciels qui testent l'interopérabilité. Cette plateforme peut ensuite être utilisée sans restriction par les entreprises et même par les régions modèles pour transférer de l'expertise et sert de référence pour la mise en œuvre de tests de conformité. Cela donne aux fournisseurs, pour la plupart des PME, un outil leur permettant de prouver la conformité de leurs produits.

Un réseau de bornes de recharge rapide couvrant tout le territoire

Le ministère fédéral de l'Économie et de l'Énergie (BMWi) soutient les efforts de développement d'un réseau de bornes de recharge rapide couvrant l'ensemble de l'Allemagne. Le bon fonctionnement de l'approvisionnement des véhicules propulsés à l'électricité nécessite le développement rapide d'un réseau de points de recharge sur tout le territoire. L'installation de bornes de recharge rapides permettant de recharger environ 80% de la capacité totale d'une batterie en moins d'une demi-heure, sera déterminante pour rendre l'électromobilité plus attractive. « SLAM » est le nom du grand projet de réseau de bornes de recharge rapide dans les grandes villes et sur les principaux axes routiers (SLAM- Schnellladenetz für Achsen und Metropolen) qui a été révélé en avril 2014. Ce projet doit permettre aux différents partenaires issus du monde de l'entreprise et du monde scientifique de développer une infrastructure de recharge rapide en Allemagne.

Le BMWi a débloqué la somme de 9 millions d'euros pour le projet de recherche SLAM. Ce projet comprend le développement de modèles commerciaux et d'exploitation permettant un rechargement rapide, l'élaboration de critères définissant les emplacements adéquats ainsi que la création d'un réseau de points de recharge pour la recherche. Les résultats en découlant seront transmis rapidement et de manière graduelle aux partenaires et investisseurs de SLAM afin d'optimiser le choix de l'emplacement des sites ainsi que le fonctionnement des stations de recharge rapide.

Propulsion électrique - efficace, silencieuse et sans émission locale

La motorisation est la pièce maîtresse d'un véhicule automobile. Un moteur électrique ouvre de nouvelles perspectives dans le domaine des transports motorisés. Les véhicules électriques ont de grandes capacités : voitures particulières ou véhicules à deux roues, ils rendent la mobilité individuelle plus efficace et plus compatible avec l'environnement. Quant aux bus et aux utilitaires légers dotés d'une motorisation électrique, ils réduisent les émissions polluantes et le bruit dus au trafic dans les villes. Les objectifs du programme gouvernemental sur l'électromobilité adopté en mai 2011 sont ambitieux et réclament d'importants efforts dans le domaine des innovations technologiques. En vue de soutenir le développement des technologies de propulsion pour les véhicules hybrides et électriques de nouvelle génération qui optimisent l'aspect énergétique et économique de la conduite électrique, le ministère fédéral de l'Économie et de l'Énergie a lancé le 13 octobre 2011 l'initiative de recherche « ATEM » sur les technologies de propulsion dédiées à l'électromobilité (ATEM - Antriebstechnologien für die Elektromobilität). Cette aide bénéficie en priorité aux projets collaboratifs tournés vers l'application ayant pour objectif d'améliorer l'efficacité, la performance et la dynamique de conduite des véhicules électriques ainsi que leur sécurité.

Depuis 2012, des appels de demandes de financement sont réalisés tous les ans. Le volume total de financement pour les projets de recherche et de développement en cours s'élève à 19,2 millions d'euros. Il s'agit surtout de projets de coopération d'une durée de trois ans, axés sur l'application et qui contiennent une démonstration technique des résultats. Actuellement, les entreprises commerciales reçoivent environ 55% des aides financières mais prennent en charge environ trois tiers du coût total des projets. Au sein de ce groupe, un cinquième des bénéficiaires sont des PME. Le forte participation des partenaires de recherche (la plupart des établissements supérieurs, environ 45% du volume de financement) favorise la coopération et le transfert de savoir-faire, ce qui est très important pour le thème pluridisciplinaire et transsectoriel de la traction électrique.

Citons à titre d'exemple les deux projets suivants :

BEREIT - Bezahlbare Elektrische Reichweite durch Modularität (Autonomie électrique abordable à travers la modularité) :

Outre les véhicules à batteries électriques pour les trajets en transports urbains, les véhicules hybrides « plug-in » sont aussi disponibles pour des trajets plus longs grâce à l'utilisation de machines à combustion interne. Cependant, l'utilisateur fait là aussi face à des coûts élevés car les moteurs conventionnels doivent encore être complétés par des composantes électriques spécifiques et donc coûteuses. Dans le projet de collaboration industrielle intitulé "BEREIT- Autonomie électrique abordable à travers la modularité », six partenaires se concentrent sur le développement et la réalisation technologique d'une chaîne cinématique bon marché, évolutif et modulaire pour un véhicule hybride « plug-in ». De janvier 2013 à décembre 2015, la convenance et l'efficacité du concept seront démontrées à l'aide de deux véhicules prototypes.

MEHREN - Multimotor Elektrofahrzeug mit Höchster Raum- und Energieeffizienz und kompromissloser Fahrsicherheit (Véhicule électrique multi-moteurs avec efficacité énergétique et espace maximal et sécurité de conduite absolue) :

Le projet « MEHREN - Véhicule électrique multi-moteurs avec efficacité énergétique et espace maximal et sécurité de conduite absolue » exploite le potentiel d'un entraînement sur moyeu de roue sans engrenage et hautement intégré pour l'utilisation pratique de véhicules urbains à travers une étude de concept et dans différentes technologies. L'objectif est d'utiliser au mieux les espaces limités consacrés aux transports dans les agglomérations et d'augmenter la sécurité à travers un système électronique de contrôle de la stabilité innovant. Dans un même temps, ces véhicules peuvent réduire les émissions locales ainsi que le bruit et ainsi contribuer à une meilleure qualité de vie.

Durant l'année budgétaire 2014, environ 16 millions d'euros du fonds pour l'énergie et le climat étaient prévus pour l'autorisation de nouveaux projets dans le cadre de la 2ème prolongation de « ATEM ».

Pour de plus amples informations (en allemand) sur les projets financés dans ce contexte, veuillez consulter le site internet du promoteur de projet chargé par le Ministère fédéral de l'Économie et de l'Énergie, travaillant au sein du Centre aérospatial allemand :
www.pt-em.de
sous la rubrique priorités thématiques, « ATEM »

Recherche sur les batteries dans le programme de recherche énergétique

Les batteries sont l'élément essentiel du moteur électrique. Pour une utilisation mobile à grande échelle, il faut encore accroître la performance, la durée de vie, les rendre plus sûres et moins onéreuses. Les batteries contribueront elles aussi à l'intégration des énergies renouvelables dans l'ensemble du système.

C'est la raison pour laquelle le BMWi s'est saisi du vaste sujet que sont les « éléments clés de l'électromobilité sur le plan énergétique». Les activités dédiées au stockage d'énergie et aux réseaux ont été regroupées dans le programme de recherche énergétique. Le but en est d'accroître la performance et la fiabilité des batteries grâce à l'amélioration des matériaux et au perfectionnement des méthodes de fabrication et de les intégrer au mieux dans la gestion énergétique du véhicule pour des applications mobiles. Les véhicules électriques fabriqués en Allemagne seront ainsi doués d'une grande autonomie, ils pourront être rechargés souvent tout en restant fiables.

Technologies de l'information et de la communication pour l'électromobilité II

La voiture électrique est toujours en ligne

Avec son programme d'aide intitulé Technologies de l'information et de la communication (TIC) pour l'électromobilité II, le ministère fédéral de l'Économie et de l'Énergie encourage les concepts et technologies intégrés favorisant l'interaction entre la nouvelle technologie de la voiture électrique (smart car), les systèmes intelligents d'approvisionnement (smart grids) et les infrastructures de transports (smart traffic) sur la base des TIC.

Les véhicules électriques deviennent partie intégrante d'un système de transport en réseau. Il s'agit donc par le biais de services basés sur les TIC d'optimiser le flux de la circulation et d'amener à destination les voitures électriques en utilisant l'énergie efficacement (smart traffic).

Ce programme encourage également l'intégration au réseau électrique des véhicules électriques (smart traffic). Le rechargement des véhicules électriques doit être compatible avec le réseau et le potentiel des énergies renouvelables doit être épuisé. C'est donc à cet effet que sont testés et développés des concepts et services permettant une mise en charge commandée et un renvoi de l'énergie électrique dans les véhicules électriques ainsi qu'une connection entre les voitures électriques et les utilisateurs chez eux (smart home) de même qu'avec les centrales de productions (éoliennes, photovoltaïques et de cogénération).

La mise en réseau du véhicule électrique avec les systèmes énergétiques et de transport impose de nouvelles exigences quant à l'architecture du véhicule. Une des priorités de développement du programme de soutien est donc le développement d'architectures TIC modulaires basées sur les logiciels et qui permettent une communication sûre et fiable avec leur environnement.

Le programme a permis de concevoir, de développer et de commercialiser progressivement une infrastructure de recharge intelligente :

  • Développement et utilisation de numéros d'identification uniformes pour les fournisseurs d'électromobilité et les gestionnaires d'infrastructures :
    Un tel schéma de numéros d'identification est la condition requise pour la mise en place d'un système d'itinérance qui fonctionne et permet aux clients d'acheter et de payer de l'électricité à chaque station de chargement publique, quel que soit le gestionnaire de la station de chargement. Les numéros d'identification sont attribués sur demande depuis mars 2013 par l'Association fédérale de l'économie énergétique et des eaux (BDEW) et sont la base des modèles d'affaires d'acteurs du marché très importants tels que ladenetz.de et HUBJECT.
  • Développement d'une plateforme d'itinérance ouverte pour l'électromobilité (e-clearing.net): e-clearing.net est issue du projet phare du Ministère fédéral de l'Économie et de l'Énergie « econnect Germany ». La plateforme permet aux partenaires du marché participants d'échanger des données servant à authentifier des données liées à la facturation ainsi que des informations en direct aux stations de chargement.
  • Participation à l'élaboration d'une norme de communication utilisable au niveau international sur la base de la norme ISO/IEC 15118 entre le véhicule électrique et la station de chargement dans le cadre du projet de recherche du Ministère fédéral de l'Économie et de l'Énergie "iZeus".

Le plus grand projet de recherche et de développement dans le cadre de l'axe prioritaire du Ministère fédéral de l'Économie et de l'Énergie TIC Électromobilité II, « econnect Germany », a été achevé avec succès fin janvier 2015. Brigitte Zypries, secrétaire d'État parlementaire auprès du ministre fédéral de l'Économie et de l'Énergie, a présenté le 5 février les résultats du partenariat de recherche.

Plateforme de connaissances sur l'électromobilité

L'électromobilité, même pour les spécialistes chevronnés, met face à de nouveaux défis : les chercheurs et développeurs doivent se tenir au courant des dernières découvertes dans des disciplines dont ils étaient assez éloignés jusqu'alors. Les décideurs commerciaux ont besoin de connaître la législation et les normes internationales. Quant aux politiques et à l'administration, il leur est nécessaire d'avoir un aperçu des dernières avancées technologiques pour fixer les directives appropriées en matière d'infrastructure.

Le projet WISSMER initié par le ministère de l'Économie et de l'Énergie soutient la mise en place d'une banque de données spécialisées censée accélérer le transfert et la mise en réseau de connaissances liées au thème de l'électromobilité. Cette plateforme de connaissances sur l'électromobilité (en allemand) basée sur le web permet à ses utilisateurs d'accéder facilement et de manière ciblée à toutes les connaissances existantes actuellement disponibles. Elles proviennent de plus d'un million de publications (journaux spécialisés, conférences, rapports de recherche, normes) et touchent à tous les domaines de l'électromobilité.

Ce sont avant tout les petites et moyennes entreprises qui devraient profiter de cette facilité d'accès aux connaissances actuelles. Pour faciliter l'exploitation de la masse de données publiées sur l'électromobilité et en simplifier la recherche, de nouvelles méthodes de recherche sémantiques basées sur un type de recherche intuitif ont été mises en place à côté des méthodes classiques. Les nuages de mots par exemple font que les requêtes n'ont pas besoin d'être formulées de manière explicite et délivrent des informations rapidement vérifiées.
Ces technologies innovantes ont été développées par l'IAI (Institut de recherches appliquées en sciences de l'information) à l'université de la Sarre.

Les partenaires du projet sont la société WTI à Francfort, l'association IAI à Sarrebruck et la société ecomotive media GmbH à Munich.

Les PME industrielles

La contribution des petites et moyennes entreprises industrielles à la maîtrise des défis technologiques posés par l'électromobilité a beaucoup augmenté au cours des dernières années. Grâce au programme central d'innovation pour les PME (ZIM), le ministère fédéral de l'Économie et de l'Énergie encourage aussi durablement l'innovation et la compétitivité des PME dans l'optique de l'électromobilité.

Dans le cadre de la « Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) » (recherche industrielle de coopération), des fonds sont également versés pour le développement de l'électromobilité. Ce réseau est composé de chercheurs et surtout de PME. Ils travaillent ensemble sur les composantes les plus importantes de la chaîne cinématique, de nouveaux systèmes électroniques de chargement et le développement de nouveaux matériaux.

La société allemande Germany Trade and Invest (GTAI) informe des possibilités offertes sur les marchés étrangers dans le domaine de l'électromobilité. Le programme de participation à des salons étrangers du BMWi facilite quant à lui la présentation de concepts sur l'électromobilité à l'étranger.