Architecture de borne de recharge de batteries de véhicules électriques.

En quoi le compteur de Lem répond aux exigences des bornes de recharge de véhicules électriques

  • L’utilisation de véhicules électrique ne pourra se généraliser qu’avec le développement d’un réseau dense et étendu de bornes de recharge de batteries.
  • Les bornes doivent recharger rapidement les batteries des véhicules électriques et mesurer la consommation électrique avec la fiabilité et la précision nécessaire à la facturation de l’opération de recharge.
  • Dans cet article, Lem présente les principales différences entre les chargeurs à courant alternatif (CA) et les chargeurs à courant continu (CC) et les atouts de son compteur DCBM 400/600.

 

Auteur : Mathieu Beguin, responsable produits chez Lem

Selon une étude de Statista, les transports représentent plus de 20% des émissions mondiales de CO2 en 2020 et 17% de l’ensemble des émissions de gaz à effet de serre. La décarbonation de ce secteur est donc une priorité. Cependant, l’énorme défi auquel sont confrontés les acteurs du marché du transport, en particulier les fournisseurs de stations de recharge, est de populariser l’utilisation des véhicules électriques (VE), tout en offrant aux utilisateurs finaux une expérience semblable à celle d’une « station-service ». Le taux d’utilisation ne pourra augmenter conformément aux plans mondiaux que si le passage aux véhicules électriques est rendu aussi facile et indolore que possible.

D’ici 2030, Deloitte prévoit que les ventes de véhicules électriques dans le monde dépasseront les 30 millions. Les États-Unis représenteront 14% du marché mondial (contre 27% pour l’Europe et 49% pour la Chine). Cependant, alors que la technologie des batteries progresse, un facteur majeur pourrait freiner ce bel élan : la disponibilité d’une infrastructure de recharge performante. Les stations de recharge doivent non seulement être accessibles facilement, mais elles doivent aussi être capables de recharger les véhicules le plus rapidement possible.

Un autre point est de savoir comment l’infrastructure de tarification permettra de facturer les utilisateurs de manière équitable et précise. Les bornes de recharge doivent donc être nombreuses, rapides, fiables, sûres, abordables et intelligentes.

Compteurs d’énergie adaptés

Pour rendre tout cela possible, Lem fournit des composants pour les stations de recharge de véhicules électriques (EVCS) dans toute l’Europe depuis 2020. L’entreprise soutient désormais activement les grands acteurs du secteur du transport électrique, en leur fournissant des compteurs d’énergie qui vont permettre à l’infrastructure de recharge de véhicules électriques de se développer pour répondre à la demande.

Il existe deux méthodes pour recharger un véhicules électriques: les chargeurs à courant alternatif (CA) et les chargeurs à courant continu (CC). Connus sous le nom de Mode 3 (niveau 2) pour les véhicules électriques, les chargeurs CA sont les plus courants sur le marché. Ils permettant de recharger un véhicule directement via une prise domestique standard ou un chargeur partagé dans un immeuble ou une entreprise. Parmi les avantages de la technologie de recharge CA, citons le prix abordable (grâce à une architecture électrique moins complexe), le faible encombrement et la facilité de transport. Parmi les inconvénients, citons les limites de la puissance fournie. Les chargeurs à courant alternatif ne pouvent fournir qu’une puissance comprise entre 3,7 kW et 44 kW, et la puissance de charge reste limitée par la puissance de conversion que le chargeur embarqué (OBC) du véhicule électrique peut assurer. Les batteries devant être chargées avec du courant continu, un convertisseur CA/CC doit être installé sur chaque véhicule pour effectuer la conversion. Ce qui peut se traduire par des temps de charge allant de 2 à 12 heures.

Modes de recharge AC et DC

Ce n’est pas le cas lorsqu’on utilise des chargeurs à courant continu, également appelés Mode 4 (niveau 3), voire des chargeurs rapides à courant continu (DCFC). Fournissant 600 V avec un courant maximum de 400 A, les chargeurs CC ont l’avantage de convertir le CA du réseau en CC, avant de l’envoyer au véhicule électrique. Ce qui signifie que la batterie peut être chargée directement, en contournant l’OBC et en évitant le recours à un onduleur. Un système DCFC fournit une puissance allant de 25 kW à plus de 350 kW. Ce qui signifie qu’une session de charge de véhicule électrique peut être réduite à 15 minutes seulement. Cependant, bien que cette méthode permette d’augmenter la puissance de charge jusqu’à 400 kW, l’étape de conversion génère des pertes de puissance qui ne sont pas facturées à l’utilisateur final.

Facturation précise et équitable de l’énergie

Comment les exploitants de stations de charge peuvent-ils s’assurer que la facturation des recharges CC s’effectue avec précision ? La solution consiste à utiliser un compteur électrique après l’étape de conversion, pour mesurer la quantité d’énergie exacte transférée au véhicule électrique, et permettre une facturation du courant continu au juste prix.

La solution développée par Lem – spécialiste de la mesure d’énergie et du comptage pour les infrastructures de recharge – est le compteur de facturation CC (DCBM), intelligent et compact. Il s’agit d’une solution plug-and-play conçue dans un souci de sécurité des données, d’e-mobilité, de numérisation et de flexibilité.

Créé pour permettre aux responsables de l’exploitation et de la modernisation des stations de charge de véhicule électrique de profiter des avantages de la recharge CC rapide, le DCBM 400/600 offre une plage de mesure de puissance allant de 25 kW à 600 kW, et un écran LCD pour afficher les mesures en temps réel, l’énergie fournie, les alarmes et les données réglementaires. Étant donné qu’il est conforme à toutes les normes de comptage, et qu’il utilise des protocoles de données standard dans l’industrie, ce compteur garantit des communications sécurisées, une facturation authentique, une connectivité facile aux services Cloud, et un processus de certification plus rapide conformément aux réglementations métrologiques.

Compteur DCBM de Lem intégré à une borne de recharge de batteries.
Compteurs de facturation DCBM de Lem intégrés à une borne de recharge de batteries de véhicules elctriques.

La certification UL du DCBM, obtenue récemment, signifie qu’il s’agit d’un système homologué UL pour le Canada et les États-Unis (certification dans la catégorie FTRZ pour les applications véhicules électriques). Comme tous les capteurs que Lem commercialise sur le marché américain, le DCBM a dû, pour obtenir cette certification, subir un audit rigoureux portant sur la sécurité électrique, et démontrer sa conformité à des températures opérationnelles allant jusqu’à 70°C. Le DCBM fonctionne sur une plage de température allant de -40°C à +85°C.

Certification aux normes UL

Plus précisément, le compteur a été soumis à une série de contrôles et de tests liés aux normes bien connues UL 61010 et UL 810, notamment des tests d’isolation renforcée, des tests de température de tous ses composants et sous-ensembles, des tests de protection contre les chocs électriques, des tests de durabilité des marquages, des tests de limite de température, et des tests de résistance à la chaleur et au risque d’incendie.

Pour les fabricants de stations de charge de véhicules électriques du marché nord-américain, la certification UL rassure sur la viabilité du DCBM et simplifie le processus de qualification des stations de charge pour la certification UL, accélérant ainsi la mise sur le marché de leurs équipements. Pour plus de tranquillité d’esprit, le compteur doit faire l’objet d’un nouvel audit chaque trimestre.

Alors que des milliers de compteurs ont déjà été installés dans des stations de charge de véhicules électriques du marché européen – où le produit est certifié Module B et D – ces dernières années, aucun problème n’a été signalé. Et les clients ont confirmé que l’architecture en deux parties de l’appareil permettait une installation rapide et simple, même sur des stations de recharge de véhicules électriques existantes. L’intégration est facilitée par la conception « plug-and-play » du compteur.

Déploiement et intégration du compteur

Le DCBM 400/600 est sans aucun doute un produit du 21ème siècle, et bénéficie d’une connectivité intégrée pérenne grâce à son interface de communication Ethernet. La prise en charge du protocole HTTP/REST et de la synchronisation horaire NTP (Network Time Protocol) facilite le déploiement et l’intégration de ce compteur dans un large éventail de stations de recharge. La pérennité à long terme du DCBM 400/600 est également rendue possible par son caractère bidirectionnel, qui assure la compatibilité avec les normes V2G (vehicle-to-grid, ou véhicule-vers-réseau électrique) et V2X (vehicle-to-X) selon la norme ISO 15118.

En plus d’offrir une transparence totale des données de facturation aux utilisateurs, le compteur de station de charge de véhicules électriques de Lem intègre toutes les données de facturation signées selon le protocole OCMF (Open Charge Metering Format, ou format de comptage de charge ouvert). OCMF permet de traiter les données de facturation avec un niveau de sécurité extrêmement élevé et une interopérabilité totale pour les opérateurs de services cloud utilisant le format OCPP (Open Charge Point Protocol, ou protocole de point de charge ouvert). Bien qu’il ne soit pas encore largement adopté aux États-Unis, l’OCPP est un protocole d’application important pour les communications entre les stations de charge de véhicules électriques et un système de gestion central.

Les autres caractéristiques notables du DCBM 400/600 comprennent un câble de liaison de données disponible dans des longueurs allant de 30 cm à 3,5 m, une plage de fonctionnement de 150 VCC à 1000 VCC, des bornes de courant robustes et larges, compatibles avec les barres bus, une plage d’alimentation auxiliaire de +12 VCC à +48 VCC, un montage sur rail DIN 35 mm ou à vis, et un boîtier conforme à la norme IP20.