1. Introduction à la borne de recharge CC
Ces dernières années, la croissance rapide du parc de véhicules électriques a engendré une demande accrue de solutions de recharge plus efficaces et intelligentes. Les bornes de recharge en courant continu, réputées pour leur rapidité, sont au cœur de cette transformation. Grâce aux progrès technologiques, les chargeurs en courant continu performants sont désormais conçus pour optimiser le temps de charge, améliorer l'efficacité énergétique et s'intégrer parfaitement aux réseaux intelligents.
Avec la croissance continue du marché, l'intégration de chargeurs embarqués bidirectionnels (OBC) permet non seulement de rassurer les consommateurs quant à l'autonomie et à la durée de recharge grâce à une recharge rapide, mais aussi de transformer les véhicules électriques en stations de stockage d'énergie distribuées. Ces véhicules peuvent ainsi réinjecter de l'énergie dans le réseau, contribuant à lisser les pics de consommation et à combler les creux de demande. La recharge efficace des véhicules électriques via des bornes de recharge rapide en courant continu (DCFC) est une tendance majeure pour la transition énergétique. Les stations de recharge ultra-rapide intègrent divers composants tels que des alimentations auxiliaires, des capteurs, des systèmes de gestion de l'énergie et des dispositifs de communication. Parallèlement, des méthodes de fabrication flexibles sont nécessaires pour répondre aux besoins de recharge évolutifs des différents véhicules électriques, ce qui complexifie la conception des bornes DCFC et des stations de recharge ultra-rapide.
La différence entre la charge en courant alternatif (CA) et la charge en courant continu (CC) est la suivante : pour la charge en CA (à gauche de la figure 2), branchez l’OBC sur une prise secteur standard ; l’OBC convertit alors le courant alternatif en courant continu adapté pour charger la batterie. Pour la charge en CC (à droite de la figure 2), la borne de charge charge directement la batterie.
2. Composition du système de bornes de recharge CC
(1) Composants de machine complets
(2) Composants du système
(3) Schéma fonctionnel
(4) Sous-système de pile de chargement
Les bornes de recharge rapide CC de niveau 3 (L3) court-circuitent le chargeur embarqué (OBC) d'un véhicule électrique en rechargeant directement la batterie via le système de gestion de la batterie (BMS) du véhicule. Ce court-circuit permet d'augmenter considérablement la vitesse de recharge, la puissance de sortie du chargeur variant de 50 kW à 350 kW. La tension de sortie se situe généralement entre 400 V et 800 V, les véhicules électriques récents étant de plus en plus souvent équipés de systèmes de batterie de 800 V. Puisque les bornes de recharge rapide CC L3 convertissent la tension d'entrée triphasée alternative en tension continue, elles utilisent un étage d'entrée de correction du facteur de puissance (PFC) CA-CC, qui comprend un convertisseur CC-CC isolé. La sortie de ce PFC est ensuite reliée à la batterie du véhicule. Pour obtenir une puissance de sortie plus élevée, plusieurs modules de puissance sont souvent connectés en parallèle. Le principal avantage des bornes de recharge rapide CC L3 est la réduction considérable du temps de recharge des véhicules électriques.
Le noyau de la borne de recharge est un convertisseur AC-DC de base. Il se compose d'un étage PFC, d'un bus DC et d'un module DC-DC.
Schéma fonctionnel de l'étage PFC
Schéma fonctionnel du module CC-CC
3. Schéma du scénario de la pile de chargement
(1) Système de recharge par stockage optique
Face à l'augmentation de la puissance de charge des véhicules électriques, la capacité de distribution électrique des bornes de recharge peine souvent à répondre à la demande. Pour pallier ce problème, un système de recharge avec stockage utilisant un bus CC a vu le jour. Ce système emploie des batteries au lithium comme unité de stockage d'énergie et s'appuie sur un système de gestion de l'énergie (SGE) local et distant pour équilibrer et optimiser l'offre et la demande d'électricité entre le réseau, les batteries et les véhicules électriques. De plus, ce système s'intègre facilement aux installations photovoltaïques, offrant des avantages considérables en matière de tarification de l'électricité (heures pleines et heures creuses) et d'extension de la capacité du réseau, contribuant ainsi à une meilleure efficacité énergétique globale.
(2) Système de recharge V2G
La technologie Vehicle-to-Grid (V2G) utilise les batteries des véhicules électriques pour stocker l'énergie, renforçant ainsi le réseau électrique grâce à l'interaction entre les véhicules et ce dernier. Ceci réduit la pression exercée par l'intégration à grande échelle des énergies renouvelables et le déploiement massif de bornes de recharge pour véhicules électriques, améliorant ainsi la stabilité du réseau. De plus, dans les zones résidentielles et les complexes de bureaux, de nombreux véhicules électriques peuvent bénéficier des tarifs heures pleines/heures creuses, gérer les variations de charge, répondre à la demande du réseau et fournir une alimentation de secours, le tout grâce à un système de gestion de l'énergie (EMS) centralisé. Pour les particuliers, la technologie Vehicle-to-Home (V2H) permet de transformer les batteries des véhicules électriques en une solution de stockage d'énergie domestique.
(3) Système de charge commandé
Le système de recharge optimisé utilise principalement des bornes de recharge rapide haute puissance, idéales pour les besoins de recharge concentrés tels que les transports en commun, les taxis et les flottes logistiques. Les programmes de recharge sont personnalisables selon le type de véhicule et peuvent être programmés pendant les heures creuses afin de réduire les coûts. De plus, un système de gestion intelligent peut être mis en place pour simplifier la gestion centralisée de la flotte.
4. Tendances de développement futures
(1) Développement coordonné de scénarios diversifiés, complétés par des stations de recharge centralisées et distribuées à partir de stations de recharge centralisées uniques
Les bornes de recharge décentralisées, intégrées aux lieux de destination, constitueront un atout précieux pour le réseau de recharge étendu. Contrairement aux bornes centralisées où les utilisateurs recherchent activement les chargeurs, ces bornes seront installées dans des lieux déjà fréquentés. Les utilisateurs pourront ainsi recharger leur véhicule lors de séjours prolongés (généralement plus d'une heure), lorsque la recharge rapide n'est pas essentielle. La puissance de recharge de ces bornes, généralement comprise entre 20 et 30 kW, est suffisante pour les véhicules de tourisme et offre un niveau de puissance adéquat pour répondre aux besoins de base.
(2) Développement du marché des grandes puissances de 20 kW vers un marché diversifié de configurations de 20/30/40/60 kW
Face à l'essor des véhicules électriques haute tension, il est urgent d'augmenter la tension de charge maximale des bornes de recharge à 1 000 V afin d'anticiper la généralisation future des modèles haute tension. Cette mesure favorise la modernisation des infrastructures de recharge. La norme de tension de sortie de 1 000 V est largement adoptée par l'industrie des modules de recharge, et les principaux fabricants déploient progressivement des modules haute tension de 1 000 V pour répondre à cette demande.
Depuis plus de 8 ans, Linkpower se consacre à la R&D de bornes de recharge pour véhicules électriques (AC/DC), incluant le logiciel, le matériel et l'esthétique. Nous sommes certifiés ETL, FCC, CE, UKCA, CB, TR25 et RCM. Grâce au logiciel OCPP 1.6, nous avons réalisé des tests avec plus de 100 fournisseurs de la plateforme OCPP. La version OCPP 1.6J a été mise à niveau vers la version OCPP 2.0.1, et notre solution commerciale de recharge pour véhicules électriques est désormais équipée du module IEC/ISO 15118, une avancée majeure vers la recharge bidirectionnelle V2G.
À l'avenir, des produits de haute technologie tels que les bornes de recharge pour véhicules électriques, les systèmes photovoltaïques solaires et les systèmes de stockage d'énergie par batteries au lithium (BESS) seront développés afin de fournir un niveau plus élevé de solutions intégrées aux clients du monde entier.
Date de publication : 17 octobre 2024