La recharge rapide deviendra-t-elle la station-service de demain ?

La demande du marché des véhicules électriques (VE) pour une recharge ultra-rapide n’a jamais été aussi élevée, car les batteries automobiles visent à reproduire la commodité de remplir un réservoir dans une station-service en quelques minutes.

Selon l’Office of Energy Efficiency and Renewable Energy (EERE) des États-Unis, plus de 80 % de la recharge des véhicules électriques s’effectue au domicile du conducteur via des prises murales de base (100 V/120 V) ou des prises de sécheuse (220/240 V). Cela est logique car la recharge résidentielle est pratique et peu coûteuse.

Des problèmes surviennent lorsque le VE est conduit suffisamment loin de la résidence pour justifier une recharge pour rentrer à la maison ou continuer le voyage. Ce scénario est la raison pour laquelle les stations de recharge rapide sont de plus en plus demandées. La recharge rapide vise à recharger les batteries des véhicules électriques dans un court laps de temps similaire à celui du ravitaillement en carburant des véhicules à essence conventionnels. La charge rapide d’aujourd’hui prend généralement environ 20 minutes pour charger jusqu’à 80% de capacité.

La croissance des bornes de recharge rapide contribuera à répondre à la préoccupation commune des conducteurs concernant l’autonomie limitée de leur VE. L’augmentation des bornes de recharge rapide permettra aux conducteurs de faire le plein facilement et d’étendre considérablement l’autonomie de leurs véhicules.

Mais la recharge rapide a un prix. Jusqu’à récemment, de nombreux systèmes de batterie EV n’étaient pas compatibles avec le système de charge le plus rapide. Heureusement, les principaux constructeurs automobiles de véhicules électriques investissent dans des chargeurs à grande vitesse d’une capacité de 150 kW ou plus, ainsi que dans une technologie de recharge encore plus rapide et ultra-rapide.

Les entreprises s’efforcent de résoudre les problèmes entre les systèmes de charge rapide et la capacité et la sécurité des batteries. Par exemple, Peter Kelly-Detwiler, directeur chez NorthBridge Energy Partners, LLC, a suivi les développements de SK Innovations.

« Pourquoi emporter une énorme gourde (ou une batterie) lors de votre randonnée si vous savez que vous pouvez vous remplir rapidement à un ruisseau toutes les deux ou trois heures pendant votre trajet », a demandé Kelly-Detwiler ? «Bien sûr, l’infrastructure de charge devra être là, avec des câbles refroidis par liquide, etc., mais je pense qu’une partie de l’industrie se retrouvera avec une capacité de 350 à 400 kW pour prendre en charge les véhicules électriques pris en charge par Hummers ou SK Innovations. « 

Le besoin de câbles d’énergie refroidis par liquide fait allusion à un autre défi pour les stations EV à recharge rapide, à savoir leur impact négatif sur le système d’alimentation électrique. Les impacts courants incluent la contamination harmonique dans les lignes de transmission et un courant élevé s’ajoutant aux problèmes de consommation aux heures de pointe. De plus, les puissances et les courants nominaux élevés des installations de recharge nécessitent un fonctionnement supervisé dans des stations spécialement conçues.

Types de chargeurs

Il existe essentiellement deux types de « carburants » de recharge, à savoir le courant alternatif (AC) et courant continu (DC). Un jeu de cordons standard est fourni avec chaque nouveau véhicule qui permet généralement une charge de 3,6 kW via une prise murale conventionnelle. En utilisant cette approche, l’impact sur le réseau électrique est limité car le taux de charge est si faible.

Il existe trois grandes catégories de chargeurs, en fonction de la quantité maximale d’énergie fournie par le chargeur à la batterie à partir du réseau, selon l’EERE) :

• Niveau 1 : Fournit une charge via une prise 120 V CA et ne nécessite pas l’installation d’équipement de charge supplémentaire. Ce niveau peut offrir une autonomie de 2 à 5 miles par heure de charge. Le plus souvent utilisé dans les maisons, mais parfois utilisé sur les lieux de travail.
• Niveau 2 : Fournit une charge via une prise 240 V CC (pour résidentiel) ou 208 V (pour commercial) et nécessite l’installation d’un équipement de charge supplémentaire. Il peut offrir une autonomie de 10 à 20 miles par heure de charge. Utilisé dans les maisons, lieux de travail, et charge publique.
• Charge rapide CC : fournit une charge via une entrée 480 V CA et nécessite un équipement hautement spécialisé et haute puissance ainsi que des équipements spéciaux dans le véhicule lui-même. (Les véhicules électriques hybrides rechargeables n’ont généralement pas de capacités de charge rapide.) Il peut offrir une autonomie de 60 à 80 miles en 20 minutes de charge. Utilisé le plus souvent dans les bornes de recharge publiques, en particulier le long des couloirs de circulation dense.

Selon le type de batterie EV, son épuisement et sa capacité, le taux de charge parmi ces trois catégories peut aller de moins de 30 minutes à 20 heures.

Un autre type de charge, actuellement à l’étude par le ministère de l’Énergie (DoE) et fourni à certains modèles de véhicules Qualcomm et autres, est la charge de batterie sans fil sans fil. Par exemple, la technologie Halo de Qualcomm est actuellement installée sur la voiture de sécurité et la voiture médicale de Formule E. Le principal avantage de la recharge sans fil est la commodité et pas nécessairement un taux de charge plus rapide.

Adobe Stock, Chargeurs EV

Chargeur EV de type 1 ou de type 2 pour station de charge de voiture

Une préoccupation commune aux propriétaires de véhicules électriques est l’effet des systèmes de charge plus rapide sur la durée de vie de la batterie du véhicule. Le problème est que les processus chimiques impliqués dans la charge rapide d’une batterie peuvent entraîner des charges thermiques plus importantes qui peuvent dégrader la batterie plus rapidement que les charges normales. Le résultat final pourrait être une durée de vie réduite de la batterie et une diminution de l’autonomie.

Il y a plusieurs années, une étude menée par l’Idaho National Laboratory (INL) a révélé qu’une batterie de VE se détériore plus rapidement si sa seule source d’alimentation est une charge de niveau 3. Cependant, l’étude a également déterminé que la différence entre une charge rapide et une charge plus lente n’était pas particulièrement prononcée. Ainsi, le principal point à retenir de cette étude était que, bien que la charge rapide en courant continu puisse avoir un effet sur la durée de vie de la batterie de la voiture, elle devrait être minime si ce n’est pas la principale source de charge. Comme mentionné au début de cet article, la plupart des recharges ont lieu au domicile du conducteur en utilisant des taux de recharge beaucoup plus lents et plus sûrs.

Selon Jim Francfort, chef de projet au sein du groupe Advanced Transportation de l’INL et cité par un Article de l’INL, « La valeur de la construction d’infrastructures est une chose difficile à mesurer. Installer des bornes de recharge rapide DC le long des corridors inter-États pourrait encourager les gens à faire des trajets plus longs même s’ils ne s’arrêtent pas pour recharger.

Le fait que la charge rapide soit disponible leur donne la confiance dont ils pourraient autrement manquer. De la même manière que les stations-service pour véhicules traditionnels, les conducteurs de VE sauront que la recharge rapide est disponible s’ils en ont besoin.

Pour plus d’informations sur ce sujet, assurez-vous d’assister au panneau « Impact sur la batterie de la charge ultra-rapide des batteries » lors du prochain salon virtuel de la batterie – Amérique du Nord.

Laboratoire national de l’Idaho (INL)

Les tests d’infrastructure de véhicules électriques durent à l’INL.