Chargement en courant continu : Un guide complet du matériel

La charge en courant continu est le moyen le plus efficace d'alimenter la batterie d'un véhicule électrique. Les scientifiques et les ingénieurs ont fait des progrès incroyables. Une nouvelle génération de chargeurs rapides DS permet des recharges encore plus rapides, jusqu'à 80 % de la capacité totale en moins d'une heure.  

Ce guide fournit une introduction complète au matériel de charge en courant continu, y compris des informations sur les principales méthodes de charge, les interfaces de charge et les protocoles de communication.

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CA contre CC - pourquoi le CC est gagnant pour les flottes

Les véhicules de tourisme et les véhicules utilitaires légers utilisent un chargeur CA branché sur le secteur. Le courant alternatif est transféré à un chargeur embarqué qui le transforme en charge continue requise par la batterie.

Cette solution est rentable, petite et légère, mais elle est lente : il faut des heures pour recharger complètement une batterie.

En revanche, les chargeurs à courant continu alimentent directement la batterie, ce qui garantit une charge beaucoup plus rapide. Par conséquent, la charge en courant continu est une solution optimale pour les exploitants de parcs automobiles qui souhaitent maximiser la capacité opérationnelle de leurs véhicules.  

La technologie de charge en courant continu continue d'évoluer. Les chargeurs CC de première génération étaient limités à 50kW, mais les véhicules plus récents peuvent accepter des taux de charge beaucoup plus élevés, parfois jusqu'à 270kW.

Si l'on ajoute à cela les batteries de plus grande taille installées sur les véhicules commerciaux, les avantages sont évidents.  

La recharge en courant continu permet aux véhicules de passer plus de temps sur la route et moins de temps à être rechargés. En conséquence, ils contribuent à un avenir plus propre pour nous tous.

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Quelles sont les principales méthodes de charge en courant continu ?

Plusieurs méthodes de recharge en courant continu sont actuellement utilisées pour charger les véhicules de la flotte, notamment la recharge par conduction et la recharge sans fil :

• Charge par conduction La charge par conduction fonctionne grâce à une connexion manuelle entre le véhicule et la station de charge. Le courant circule dans un câble (ou d'un pantographe à un fil), ce qui permet des taux de recharge rapides avec une efficacité de transfert élevée. C'est la solution matérielle la moins chère, mais elle nécessite une intervention manuelle pour fonctionner. Le transfert d'énergie se fait dans un seul sens, du chargeur au véhicule. La recharge par conduction peut fournir jusqu'à 400 kW avec un connecteur CCS de type 2. Cependant, les chargeurs MW ne sont pas loin et rendront les temps de charge encore plus rapides.

• Chargement sans fil en courant continu - Le chargement sans fil utilise des champs magnétiques variant dans le temps pour transférer l'énergie. Il y a deux plaques, l'une fixée au bas d'un véhicule (qui contient une station de recharge par induction) et l'autre au sol. L'alimentation est fournie à l'émetteur au sol pour créer un champ magnétique. La bobine du véhicule le reçoit et le convertit en énergie pour alimenter la batterie. Le principe existe depuis plus de 100 ans et permet une recharge rapide sans fil ni interaction physique.

Lorsque vous lisez des articles sur les solutions de charge en courant continu, vous pouvez également lire des articles sur la charge bidirectionnelle. La charge bidirectionnelle permet à l'énergie de circuler dans les deux sens : du réseau à la batterie et de la batterie au réseau.  

La recharge bidirectionnelle peut jouer un rôle crucial dans la création d'un réseau intelligent, les véhicules alimentés par batterie faisant office de dispositifs de stockage d'énergie. Le processus est géré par un logiciel en nuage et pourrait nous aider à relever l'un des plus grands défis auxquels nous sommes confrontés, à savoir comment stocker l'énergie renouvelable.

Si la recharge sans fil et bidirectionnelle offre un énorme potentiel pour l'avenir, la recharge par conduction est la solution la plus rentable à court et moyen terme.

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Matériel intérieur du réseau de charge en courant continu

Les stations de charge CC combinent logiciel et matériel pour fournir une recharge rapide en toute sécurité. Voici les principaux éléments de chaque station de recharge CC :

• Connexion au réseau - Les stations de recharge nécessitent une connexion au réseau solide et stable pour fournir l'énergie nécessaire à la recharge.
• Armoires - Les armoires métalliques résistantes doivent être étanches (niveau de protection IP54) et adaptées à une installation en extérieur. Les armoires Heliox, par exemple, sont construites pour durer 15 ans ou plus. À l'intérieur, vous trouverez le matériel nécessaire pour fournir une charge et des fonctions de sécurité, notamment des fusibles à grande vitesse pour assurer une protection contre les surintensités.
• Distributeurs - Chaque station de recharge est équipée d'un distributeur qui se branche sur le véhicule. Il existe plusieurs interfaces de charge CC différentes, que nous explorons ci-dessous.
• Pantographe - Certains grands véhicules de flotte, comme les bus, utilisent un type particulier de connecteur appelé pantographe pour la recharge d'opportunité. Le véhicule se gare sous une station de recharge, et les bras en forme de ciseaux s'abaissent et se connectent à des rails sur le toit du véhicule pour recharger la batterie. Le système peut fournir une charge à haute puissance, jusqu'à 600 kW, ce qui permetde recharger un gros véhicule, tel qu'un bus, en quelques secondes.

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Quelles sont les principales interfaces de chargement ?

Il existe plusieurs types d'interfaces de charge en courant continu pour les véhicules de flotte. Les chargeurs doivent répondre à plusieurs normes de sécurité internationales, notamment ISO 15118 et DIN SPEC 70121.  

Il existe des différences régionales dans les connecteurs CC utilisés au Japon, en Amérique, en Chine et en Europe (et dans le reste du monde). Voici ce qu'ils sont et comment ils fonctionnent :

• Pinout CCS1 & 2 - CCS signifie système de charge combiné. Les interfaces CCS1 et CCS2 contiennent des broches qui fournissent une charge en courant continu directement au véhicule. Le brochage CCS1 & 2 est principalement utilisé par les constructeurs automobiles américains et européens, mais il est en passe de devenir la norme mondiale.
• DC GB/T - Cette norme est utilisée exclusivement en Chine. Le protocole est défini par la norme GB/T 27930.
• CHAdeMO - Il s'agit de la norme de recharge en courant continu utilisée au Japon.
• Tesla - Comme on pouvait s'y attendre, Tesla a créé son propre chargeur CC, mais les choses pourraient changer. Pour le dernier déploiement européen de la Tesla Model 3, Tesla a choisi d'utiliser la norme CCS2.

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Protocoles de communication pour la charge en courant continu

Les chargeurs CC doivent fonctionner intelligemment pour charger et protéger la batterie. Il existe deux niveaux de communication : le niveau haut et le niveau bas. Les normes internationales telles que IEC 61851, ISO 15118, DIN 70121 et VDV 261 constituent la base du contact entre la station de charge et le véhicule avant et pendant le processus de charge.

Les protocoles de communication de bas niveau gèrent le courant maximal et l'étape de charge. Les protocoles de haut niveau gèrent des tâches plus complexes, comme l'évaluation de la compatibilité, la séquence de charge, l'établissement de limites physiques et la gestion des tarifs et des paiements.  

Il existe trois protocoles de communication de haut niveau :

1. Power Line Communication (PLC) - Il s'agit du cadre de communication de haut niveau utilisé dans CCS1 et CCS2. Il utilise une pile standard TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) pour communiquer.
2. Caractérisation de l'atténuation du niveau du signal (SLAC) - Le véhicule et la station de recharge conviennent d'un identifiant unique basé sur un processus de demande-réponse. La SLAC est utilisée dans un environnement où plusieurs véhicules électriques et stations de recharge sont interconnectés, comme un dépôt de véhicules.
3. Controller Area Network (CAN) - Le CAN, défini par la norme ISO 11898, est une plate-forme orientée message utilisée pour permettre un échange rapide d'informations entre les unités de contrôle dans un environnement industriel.

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Protocoles de communication de bas niveau

Les chargeurs et les véhicules intelligents sont engagés dans un échange constant d'informations au moyen de la modulation d'ondes pulsées (PWM). Le contact est défini par plusieurs normes internationales.

La norme CEI 61851-1, créée par la Commission électrotechnique internationale, est utilisée dans tous les systèmes de charge conductive des véhicules électriques.

Les tensions de signal alternent entre deux niveaux pour indiquer l'état de charge :

• +12 V Etat A Aucun EV connecté à l'EVSE
• +9 V Etat B EV connecté à l'EVSE mais pas prêt pour la charge
• +6 V Etat C Connecté et prêt à être chargé, la ventilation n'est pas nécessaire
• +3 V État D Connecté, prêt pour la charge, et la ventilation est nécessaire
• +0 V Etat E Court-circuit électrique à la terre sur le contrôleur de l'EVSE, pas d'alimentation électrique
• -12 V État F EVSE est indisponible

Les informations fournies définissent la charge maximale délivrée au VE :

• Duty cycle < 3 % No charging allowed
• 3 % ≤ facteur de marche ≤ 7 % Forcer le protocole de communication de haut niveau selon la norme ISO 15118 ou DIN 70121.
• 7 % < duty cycle< 8 % No charging allowed
• 8 % ≤ duty cycle< 10 % Max. current consumption for AC charging is 6 A
• 10 % ≤ duty cycle ≤ 85 % Courant disponible = duty cycle * 0.6 A
• 85 % < duty cycle ≤ 96 % Available current = (duty cycle - 64) * 2.5 A
• 96 % < duty cycle ≤ 97 % Max. current consumption for AC charging is 80 A
• Facteur de service > 97 % Pas de charge autorisée

La technologie de chargement continue d'évoluer, avec de nombreuses options et alternatives offertes aux fabricants. Chez Heliox, nous pouvons vous fournir des informations et des conseils d'experts pour vous aider à identifier le matériel de charge dont vous avez besoin pour alimenter votre flotte et accélérer votre activité. Prenez contact avec l'un de nos experts.

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