Chargement DC

Qu'est-ce que la charge en courant continu ?

Comment fonctionne la recharge en courant continu

Chargement en courant continu fournit de l'énergie directement à la batterie d'un véhicule électrique, en contournant le chargeur embarqué du véhicule et en augmentant considérablement l'autonomie en 20 à 60 minutes. Pour les opérateurs de stations de recharge et les gestionnaires de projets, il est essentiel de comprendre les principes fondamentaux de la recharge à courant continu pour planifier l'infrastructure et communiquer avec les parties prenantes.
La principale différence avec la charge en courant alternatif réside dans l'endroit où se produit la conversion de l'énergie. Les chargeurs à courant alternatif s'appuient sur le convertisseur embarqué du véhicule, qui limite la vitesse de charge à la capacité du convertisseur (typiquement 7-19 kW). Les chargeurs à courant continu effectuent cette conversion dans la station elle-même, ce qui permet d'obtenir une puissance de 150-350 kW ou plus.

Les stations de recharge à courant continu convertissent le courant alternatif du réseau en courant continu avant qu'il n'atteigne le véhicule, envoyant ainsi l'électricité directement dans le bloc-batterie. Cette conversion externe élimine le goulot d'étranglement créé par les chargeurs embarqués.
Les batteries des VE stockent du courant continu, mais le réseau électrique fournit du courant alternatif. Lors d'une recharge de niveau 1 ou 2, le véhicule reçoit du courant alternatif que son chargeur embarqué doit convertir en courant continu. Cet équipement embarqué est dimensionné pour la recharge de nuit, et non pour le ravitaillement rapide.
La charge rapide en courant continu déplace l'équipement de conversion du véhicule vers la station. Le chargeur effectue la conversion de courant alternatif en courant continu avant que les électrons ne pénètrent dans le véhicule, en communiquant directement avec le système de gestion de la batterie (BMS) pour fournir de l'énergie au taux maximum que la batterie peut accepter.
Les chargeurs rapides modernes à courant continu fournissent généralement une puissance de 150 à 350 kW, certains atteignant 400 kW ou plus. À titre de comparaison, un chargeur de niveau 2 typique délivre une puissance de 7 à 19 kW. Cette différence explique pourquoi la recharge en courant continu permet d'augmenter l'autonomie de manière significative en quelques minutes plutôt qu'en quelques heures.

Niveaux de puissance et vitesse de charge

La puissance annoncée du chargeur n'est qu'une partie de l'histoire. Le BMS du véhicule agit comme un gardien, surveillant constamment la température, la tension et l'équilibre des cellules pour déterminer la puissance que la batterie peut accepter en toute sécurité.
La charge suit une courbe prévisible en trois phases :
Phase initiale (0-30% SOC): La batterie accepte la puissance maximale. C'est la période de charge la plus rapide et la plus efficace.
Phase intermédiaire (30-80% SOC): La vitesse de charge reste élevée mais commence à diminuer. Le BMS réduit la puissance lorsque les cellules approchent des limites de tension.
Phase finale (80-100% SOC): La puissance chute brusquement pour éviter d'endommager les cellules. La charge de 80% à 100% prend souvent autant de temps que celle de 0-80%.
A VW ID.4 illustre cette courbe : elle atteint 125 kW immédiatement, se maintient jusqu'à l'état de charge 30%, tombe à 100 kW à 45%, 80 kW à 60%, puis chute brutalement après 80%. Le temps entre 0 et 50% est d'environ 20 minutes ; 50 à 80% prend encore 20 minutes ; 80 à 100% ajoute 25 minutes.
Pour les opérateurs, cela signifie que l'objectif de charge pratique est de 80%, et non de 100%. Prévoir des sessions de 20 à 40 minutes par véhicule permet d'améliorer le rendement tout en offrant une autonomie utile.

Normes relatives aux connecteurs

Trois types de connecteurs de charge DC dominent le marché nord-américain :
CCS (Combined Charging System): La norme établie pour la plupart des VE non Tesla. CCS1 (Amérique du Nord) et CCS2 (Europe) prennent en charge des niveaux de puissance allant jusqu'à 350 kW.
CHAdeMO: Développée par les constructeurs automobiles japonais, elle est aujourd'hui en déclin en Amérique du Nord, les constructeurs passant à d'autres normes. Encore pertinent pour certains véhicules Nissan et Mitsubishi.
NACS/SAE J3400: Le connecteur de Tesla, désormais adopté comme norme de recharge nord-américaine. Tous les grands constructeurs automobiles ont annoncé leur intention d'adopter la norme J3400 à partir de 2025. La norme prend en charge jusqu'à 1 MW avec un refroidissement actif, ce qui la positionne pour les applications des véhicules lourds.
La transition vers le NACS simplifie la situation pour les opérateurs qui prévoient de nouvelles installations. Toutefois, la capacité multistandard reste importante pendant la période de transition pour desservir le parc de véhicules existant.

Considérations relatives à l'infrastructure pour les opérateurs

L'infrastructure de charge rapide en courant continu nécessite une planification différente de celle des déploiements de niveau 2. Les besoins en énergie, le choix du site et les coûts d'exploitation évoluent en conséquence.
Exigences électriques: Les chargeurs rapides à courant continu nécessitent un service de courant alternatif triphasé de 480 V. Un seul chargeur de 150 kW consomme beaucoup d'énergie. Un seul chargeur de 150 kW consomme beaucoup d'énergie ; les installations comportant plusieurs unités nécessitent souvent un transformateur dédié ou une mise à niveau des services publics. Les coûts de connexion au réseau augmentent en fonction de la distance par rapport aux sous-stations existantes.
Frais d'installation: Il faut compter $50 000-$100 000 par unité de charge rapide en courant continu, à l'exclusion des mises à niveau de l'infrastructure électrique. La préparation du site, l'ouverture de tranchées et la coordination des services publics s'ajoutent à ce montant de base.
Économie d'exploitation: Les frais liés à la demande peuvent représenter près de 74% des factures d'électricité des entreprises, selon une étude de la NASEO. La gestion de la demande en période de pointe devient essentielle pour les sites à chargeurs multiples. Les opérateurs qui gèrent la recharge des dépôts atteignent généralement des coûts énergétiques inférieurs à $0,15/kWh, contre $0,40-$0,70/kWh dans les stations publiques.
Dimensionnement de la flotte: Pour les déploiements à usage partagé à haut kilométrage, un chargeur rapide à courant continu permet généralement de charger 10 à 12 véhicules par jour. Le déploiement du covoiturage Maven Gig en Californie a démontré ce ratio sur 223 000 événements de charge avec environ 1 000 Chevrolet Bolt. Les flottes de 10 à 20 VE atteignent souvent le seuil où une infrastructure de courant continu dédiée devient financièrement intéressante par rapport à la recharge publique.

Planifier le déploiement de la recharge en courant continu

Commencez l'évaluation du site par la capacité du réseau, et non par le choix de l'équipement. Le coût et le calendrier des mises à niveau de l'infrastructure électrique dépassent souvent l'équipement de chargement lui-même. Faites appel à votre fournisseur d'électricité dès le début pour comprendre la capacité disponible et les exigences de mise à niveau du service.
Évaluer les structures de tarification de la demande avant de s'engager sur les lieux d'installation. Les systèmes de gestion de la charge et le stockage de l'énergie peuvent réduire les frais liés à la demande de pointe, mais ces solutions ajoutent de la complexité et des coûts d'investissement.
Pour les applications de flotte, modélisez les schémas d'utilisation de vos véhicules. Le ratio de 10 à 12 véhicules par chargeur suppose un kilométrage élevé ; les flottes moins utilisées peuvent obtenir un service adéquat avec moins de chargeurs CC complétés par une charge de niveau 2 pendant la nuit.