Infrastructures de Recharge VE - Architectures électriques
Intégration de l'alimentation d’un système de recharge VE au sein d'une installation existante
L'intégration de l’alimentation d'un système de recharge de VE nécessite l'intégration de plusieurs charges de puissance importante et l'adaptation à l’installation électrique existante.
Cette partie présente les principes élémentaires pour concevoir l’infrastructure de charge d'un VE et son intégration au sein de l'installation électrique existante.
La puissance de l'installation de charge du VE est inférieure à la puissance disponible de l'installation
Si la somme des points de charge et de leur capacité est sensiblement inférieure à la puissance disponible, il pourrait être envisagé d'intégrer les chargeurs de VE au sein de l'installation électrique existante.
Un audit préliminaire est nécessaire pour évaluer la capacité de l'installation existante à absorber la puissance appelée des nouvelles charges. Il convient de vérifier que :
- le fournisseur d'énergie peut fournir la nouvelle puissance appelée,
- le jeu de barres existant est convenablement dimensionné pour absorber la nouvelle puissance appelée,
- le tableau BT existant est convenablement dimensionné pour absorber la nouvelle puissance appelée, et intégrer l'équipement de protection supplémentaire pour les circuits du VE,
- sélectivité peut être obtenue entre le disjoncteur principal et les disjoncteurs des circuits du VE,
- sélectivité entre les DDR entre le Dispositif à courant Différentiel Résiduel principal (DDR) et les DDR des circuits du VE,
- les DDR de l'installation existante peuvent fonctionner en présence de courants de fuite continus (CC) induits par le système d'alimentation de l'EV.
- la protection contre les surtensions y compris les nouvelles bornes de recharge est réalisée en ajoutant si besoin un dispositif de protection contre les surtensions (évaluation du risque).
L'intégration des chargeurs au sein de l’infrastructure électrique existante est une alternative intéressante si cela ne requiert pas de modifications substantielles ou de remplacement d'équipement.
Il est important à ce stade de réaliser un audit afin d'identifier la charge électrique pouvant être ajoutée sans avoir besoin de modifier l'infrastructure électrique existante. Des mesures d'efficience énergétique pourraient être proposées pour réduire la consommation existante et ainsi augmenter la puissance appelée pouvant être ajoutée. Des sources d'alimentation électrique ou stockages locaux pourraient être proposés pour compenser l'intégration des équipements de charge du VE.
Si le tableau BT existant ne peut recevoir la puissance supplémentaire et/ou les appareils requis, l'option décrite au paragraphe suivant est recommandée.
La puissance de l'installation de charge de VE est équivalente ou supérieure à la puissance disponible de l'installation
Si la demande appelée par les nouvelles charges VE est équivalente ou supérieure à la puissance disponible de l'installation électrique existante, il pourrait être préférable d'installer un nouveau tableau général BT pour intégrer toutes les charges du VE.
L’infrastructure électrique existante sera connectée au nouveau tableau général BT. Une sélectivité de la protection contre les surintensités et contre le courant différentiel résiduel doit être réalisée entre l'alimentation existante de l'installation et le nouveau point de branchement principal.
S'il y a plusieurs bornes de recharges pour VE situées dans la même zone, des tableaux BT secondaires pourraient être installés à proximité de la zone de charge du VE afin d'optimiser la longueur des câbles.
La création d'un nouveau tableau général BT présente l'avantage de minimiser les modifications de l'installation électrique existante. Cela offre en plus la possibilité, de coordonner les dispositifs de protection, et ainsi d'optimiser la disponibilité de l'énergie.
Utilisation des sources locales d'alimentation énergétiques pour compenser la puissance de l'installation de charge du VE
L'intégration des charges de VE augmente sensiblement la puissance appelée de l'installation électrique.
Une extension de l'infrastructure énergétique locale est souvent nécessaire. Dans certains cas, il peut être nécessaire de passer d'une connexion au réseau BT à une connexion au réseau HTA.
En plus de l’infrastructure électrique, le contrat d'électricité avec le fournisseur d'énergie doit être revu.
Pour limiter ou éviter à l'installation locale existante de telles modifications importantes, des sources locales d'alimentation énergétiques peuvent être ajoutées, telles que :
- système photovoltaïque : pour une production d'énergie locale et un engagement pour le développement durable,
- système de stockage d'énergie : pour éviter des pics de puissance appelée et optimiser l’utilisation de la production solaire,
- cogénération (CHP) : production simultanée de chaleur et d'électricité si besoin.
Des sources locales d'alimentation électriques peuvent être raccordées au nouveau tableau général BT. Leur intégration au sein de l'architecture électrique existante nécessite un audit préliminaire.
Exemples d'installations de recharge pour VE
Les exemples ci-dessous servent à illustrer la mise en application des règles de conception décrites dans la partie "conception d'une installation électrique" (puissance appelée et foisonnement, protection contre les chocs électriques, etc.). Ils indiquent également que les exigences de charge des VE peuvent varier sensiblement selon l'application : puissances et nombres des bornes de recharge, afin de s'adapter aux temps et vitesses de charge de chaque utilisateur ciblé, etc.
Exemple d'une architecture avec des bornes de recharge mode 3 selon différentes stratégies d'effacement de consommation de gestion de l’énergie
Plusieurs pays ont d'ores et déjà fixé des objectifs réglementaires pour les immeubles commerciaux, exigeant qu'un pourcentage minimum de places de stationnement soit équipé de bornes de recharge.
C'est un minimum requis, dans la mesure où la vitesse d'adoption relative aux véhicules électriques n'est pas clairement connue. De même, ces réglementations seront probablement plus contraignantes dans un futur proche, il est ainsi judicieux de préparer l'installation électrique pour une mise à niveau future. Les busways (canalisations électriques préfabriquées) sont particulièrement adaptés pour faciliter cette évolution future. La stratégie de la gestion de l’énergie aura également un impact sur la taille de l'installation.
Cet exemple, représente un immeuble commercial avec 30 places de stationnement. L'objectif est d'équiper 10 % des places de stationnement en bornes de recharge, soit 3 places pourvues d'un système d'alimentation pour véhicules électriques (EVSE), avec une éventuelle extension ultérieure à 7 places ( p.ex. : 7 bornes de recharge). Seul le mode de charge mode 3 est sélectionné.
Solution 1 : sans gestion de l’énergie
Avec un une telle solution, l'installation électrique est dimensionnée pour une puissance complète, y compris l'extension future des 7 EVSE. En raison de l'absence de gestion de l’énergie, il est possible d'utiliser toutes les bornes de recharge simultanément, le facteur de diversité est donc égal à 1 (IEC 60364-7-722).
La canalisation électrique préfabriquée est dimensionnée pour 7x 22 kW = 154 kW, p. ex. ~225 A.
Les 7 bornes de recharge peuvent être utilisées simultanément à pleine puissance pour alimenter 7 véhicules électriques.
Solution 2 : avec une gestion de l’énergie avec une consigne statique fixe
L'installation électrique est dimensionnée pour la puissance complète, y compris les futures extensions, avec néanmoins un facteur de diversité de 0,4, ce qui limite la puissance des bornes de recharge pour VE, à moins de 100 A. la gestion de l’énergie est définie avec une valeur de consigne statique de 100 A; qui communique avec les EVSE pour garantir que la puissance totale consommée par les bornes de recharge reste inférieure à 100 A. La charge des VE ne nécessitera jamais plus de 100 A, et ce même si la puissance disponible de l'installation électrique est supérieure à certains moments.
La canalisation électrique préfabriquée est par conséquent dimensionnée pour 100 A.
Les 7 bornes de recharge peuvent être utilisées simultanément - mais pas à pleine puissance -, jusqu'à un total maximal de 100 A. Par exemple, il est possible d'alimenter seulement 3 véhicules électriques simultanément à pleine puissance de la borne de recharge.
Solution 3 : avec une gestion de l’énergie avec une consigne dynamique
L'installation électrique est dimensionnée pour la puissance complète, y compris l'extension future, avec néanmoins un facteur de diversité de 0,7, p.ex. jusqu'à 160 A pour la charge des VE. Un effacement de consommation dynamique assignera 100 % de la puissance disponible de l'installation électrique de façon dynamique, ce qui permet d'augmenter le nombre de véhicules chargés simultanément lorsque les charges de l'autre site ne sont pas utilisées.
La canalisation électrique préfabriquée est dimensionnée pour 160 A.
Les 7 bornes de recharge peuvent être utilisées simultanément - mais pas à pleine puissance -, jusqu'à un total maximal de 160 A. Grâce à cette solution, il est possible d'alimenter 3 à 5 véhicules simultanément et à pleine puissance, en fonction des autres consommations de charge du site. Cette solution convient pour les installations où le pic de charge du bâtiment n'est pas corrélé aux exigences de charge du véhicule : un hôtel de nuit, par exemple.
Synthèse
| Solution | Facteur de diversité | Dimensionnement de la canalisation électrique préfabriquée | Puissance souscrite du fournisseur public d'énergie | Nb. de véhicules chargés simultanément | Type d'effacement de consommation |
|---|---|---|---|---|---|
| Solution 1 | 1 | 250 A | 250 kVA | 7 | sans effacement de consommation |
| Solution 2 | 0,4 | 100 A | 170 kVA | 3 | Statique |
| Solution 3 | 0,7 | 160 A | 170 kVA | 3-5 | Dynamique |
| Type de canalisation électrique préfabriquée | Intensité de la canalisation électrique préfabriquée | EVlink Wallbox - Wallbox plus | EVlink Smart Wallbox | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Monophasé | Triphasé | Monophasé | Triphasé | ||||
| 3,7 kW / 16 A | 7,4 kW / 32 A | 11 kW / 16 A | 22 kW / 32 A | 7,4 kW / 32 A (8 A) | 22 kW / 32 A (8 A) | ||
| KNA63 | 63 A | 9 | 3 | 3 | 1 | 3 (21) | 1 (7) |
| KNA100 | 100 A | 18 | 9 | 6 | 3 | 9 (36) | 3 (12) |
| KNA160 | 160 A | 27 | 12 | 10 | 5 | 12 (60) | 5 (20) |
| KSA250 | 250 A | 45 | 21 | 15 | 7 | 21 (93) | 7 (31) |
- Les valeurs indiquent le nombre de bornes EVLink Smart Wallbox pouvant être installées sur la gaine préfabriquée, avec les hypothèses suivantes :
- réseau 230/400V,
- EVSE monophasés distribués de manière égale sur les 3 phases
- facteur de diversité égal 1 (sans effacement de consommation, p.ex. chargeurs de VE constamment à pleine puissance, et possibilité d'utiliser tous les chargeurs simultanément). - Les nombres additionnels entre parenthèses concernent les mêmes hypothèses, mais pour un courant maximal de recharge limité à 8 A.
Pour les 3 solutions : les DDR 1 A et 300 mA apparaissant sur le diagramme unifilaire sont de type A (et non de type B), uniquement car les DDR de type A de Schneider Electric peuvent fonctionner normalement en présence d'un courant de fuite continu généré par les sept bornes de recharge en aval protégées par les DDR de type B. Voir chapitre F – Coordination avec les DDR de type B et partie 4 de ce chapitre pour plus d'informations.
Architecture avec différentes exigences de temps de charge : Exemple d'un concessionnaire automobile
Zones de charge et capacité de charge
Les concessionnaires sont confrontés aux grandes tendances suivantes :
- nouveaux modèles et portefeuille d'offres élargi,
- croissance attendue du volume de véhicules électriques (Véhicule Électrique à Batterie et Véhicule Hybride Rechargeable),
- augmentation substantielle des capacités des batteries des VE dans les années à venir.
Les concessionnaires ont par conséquent besoin d'une infrastructure adaptée pour la charge des VE.
Il convient de créer cette infrastructure en prenant en considération les besoins supposés des différentes zones et activités des concessionnaires au sein desquels les véhicules électriques doivent être chargés.
| Zone | Exigences de charge de VE |
|---|---|
| Voitures de démonstration et voitures de société | La recommandation de charge pour les voitures de démonstration et de société dépendra de leur utilisation. Cette application peut nécessiter une charge du VE relativement rapide (22 kW AC ou plus) durant la journée. |
| Zone de livraison des voitures neuves | Les voitures neuves sont en général partiellement rechargées avant d'être livrées aux détaillants. Elles doivent être complètement chargées (à 100 %) avant d'être livrées au client. Ce type de charge peut être réalisé de nuit, à une puissance de 7,4 kW. |
| Essais routiers | Les véhicules électriques destinés aux essais routiers doivent être chargés rapidement afin d'optimiser leur disponibilité. La charge principale peut être effectuée de nuit. Une charge d'appoint peut être nécessaire durant la journée. En pareil cas la charge doit être relativement rapide – par exemple charge de 22 kW AC. |
| Service de véhicules de courtoisie | Les VEB et VHR de courtoisie doivent être chargés complètement avant d'être livrés. La charge peut être effectuée de nuit à 7,4 kW ou 22 kW. |
| Voitures de clients entretenues et réparées | Les voitures de clients entretenues et réparées doivent être complètement chargées après leur maintenance pour fournir un service client premium. La charge doit normalement s'effectuer en quelques heures, en général en journée, avec des bornes de recharge de 22 kW. Un système d'alimentation de VE en courant continu (DC) supplémentaire peut s'avérer nécessaire pour réaliser des essais de charge en courant continu, par exemple 50 kW en courant continu (DC) |
| Parc de stationnement clients (partie intégrante des BMW Retail Standards) | Les clients de concessionnaires automobiles peuvent avoir besoin de charger leur véhicule électrique pendant leur visite. Cette charge aura lieu en journée. Pour un service client premium, l'utilisation d'un chargeur pour VE de 22 kW est recommandée. |
| Parc de stationnement employés | Les employés de concessionnaires automobiles doivent avoir la possibilité de charger leur véhicule électrique sur leur lieu de travail. Dans la mesure où les voitures des employés resteront dans le parc de stationnement pendant des heures, les chargeurs des VE peuvent être d'une puissance de 7,4 kW. La charge a lieu pendant en journée. |
Exemple de conception d'une infrastructure de charge pour VE
Le schéma ci-après représente un exemple d'infrastructure de charge pour VE, correspondant aux hypothèses décrites.
Toutes les charges des VE sont connectées au nouveau Tableau Général Basse Tension (TGBT).
- Chaque circuit de VE est protégé par un disjoncteur et un dispositif à courant différentiel résiduel 30 mA de type B (DDR), comme le requiert la norme IEC 60364-7-722 (vérifiez si un DDR n'est pas déjà intégré à la borne de recharge pour VE).
- Les EVSE doivent être protégés contre les surtensions transitoires causées par la foudre. Il peut s'avérer nécessaire d'équiper les EVSE de dispositifs de protection contre les surtensions (SPF) en fonction de la protection du bâtiment contre la foudre, de l'emplacement des EVSE (en intérieur ou extérieur), et de la distance entre les EVSE et le SPF du tableau BT.
- Les EVSE doivent disposer de moyens de déconnexion automatique.
- Les protections contre le courant différentiel résiduel et les surintensités peuvent être associées en un seul dispositif (comme dans le circuit 150 kW des EVSE). Il convient de vérifier que les EVSE disposent d'une isolation galvanique intégrée entre le côté AC et DC, et d'un équipement de protection sélectionné en conséquence. * Dans la mesure où il y a plusieurs EVSE monophasés de 7,4 kW, il est recommandé de les raccorder uniformément entre les 3 phases pour éviter les déséquilibres.
- Dans la mesure où il y a plusieurs EVSE situés dans la même zone (parc de stationnement clients), il peut être judicieux d'installer un tableau divisionnaire BT à proximité de ces charges de VE pour optimiser la quantité et la longueur des câbles.
- Dans la mesure où il y a plusieurs EVSE situés dans la même zone (parc de stationnement employés), des canalisations électriques préfabriquées peuvent être utilisées pour fournir une solution flexible, rentable et tournée vers l'avenir.
- Dans la mesure où l'installation existante du concessionnaire est raccordée au nouveau tableau général BT, il convient de prendre en considération la sélectivité des protections contre le courant différentiel résiduel et les surintensités.
Les nouvelles charges des VE augmentent sensiblement la demande appelée. Un système photovoltaïque et une capacité de stockage supplémentaires peuvent contribuer à compenser en partie l'augmentation de la puissance appelée.
