Les chargeurs rapides DC révolutionnent le paysage des temps de recharge des véhicules électriques (VE) en offrant des stations de recharge à courant continu de niveau 3 à haute puissance.
Qu’est-ce que la recharge rapide DC
Les chargeurs rapides DC, également appelés chargeurs rapides VE, sont responsables de fournir et de contrôler la quantité d’énergie électrique transférée au pack de batteries d’un véhicule électrique. La transition vers les véhicules électriques (VE) nécessite une infrastructure de recharge durable. Un système de recharge rapide et efficace des batteries est donc crucial pour le développement des véhicules à propulsion électrique.
Alors que le monde s’éloigne des moteurs à combustion interne brûlant des combustibles fossiles vers un moyen de transport électrique plus efficace et respectueux de l’environnement, le développement de batteries à haute puissance se déroule dans le monde entier. Les batteries à forte densité de puissance sont couramment utilisées dans les systèmes de stockage d’énergie et leurs applications, telles que : les véhicules électriques (VE) et la stabilisation de tension des réseaux électriques.
La demande pour des systèmes de recharge rapides et efficaces capables de recharger ces batteries en moins de 2 à 3 heures croît de manière exponentielle. Une nouvelle technologie émergente qui devient de plus en plus courante sur nos routes et dans nos villes est le chargeur rapide DC.
Les chargeurs rapides DC sont des stations de recharge de véhicules électriques à haute puissance qui offrent une expérience de recharge beaucoup plus rapide par rapport aux chargeurs de batteries plus conventionnels de niveau 1 ou 2.
Ces chargeurs rapides de niveau 3 à courant continu se trouvent généralement dans des stations de recharge publiques où les conducteurs ont besoin d’un coup de pouce rapide pour continuer leur trajet.
Tandis que la plupart des systèmes de recharge à domicile utilisent du courant alternatif (CA) pour recharger la batterie d’un véhicule, les chargeurs rapides DC utilisent du courant continu. Cette différence clé dans la manière dont l’électricité est distribuée permet aux chargeurs rapides DC de contourner le système de recharge embarqué de la voiture et d’alimenter directement la batterie, ce qui permet des temps de recharge significativement plus rapides.
À quelle vitesse les chargeurs rapides DC rechargent-ils ?
Il existe plusieurs facteurs qui influencent la vitesse de recharge d’un VE utilisant des méthodes de recharge DC. La recharge rapide des VE est généralement définie comme une méthode de recharge des batteries de stockage secondaire jusqu’à leur pleine capacité en moins de 4 heures. Mais pour comprendre à quelle vitesse fonctionnent les chargeurs rapides DC, il est essentiel de saisir la différence entre l’énergie CA et l’énergie CC.
La plupart des réseaux électriques et des prises domestiques fournissent de l’électricité en courant alternatif, qui est ensuite converti en courant continu par le chargeur embarqué du VE pour être stocké dans la batterie. Malheureusement, ce processus de conversion de l’énergie peut être lent, une station de recharge domestique typique prenant plusieurs heures pour recharger complètement un VE.
Cependant, avec la recharge rapide DC, le chargeur lui-même gère la conversion du courant alternatif en courant continu, puisque les batteries n’acceptent que du courant continu. Cela signifie que le courant continu peut être directement alimenté dans la batterie du véhicule, contournant le convertisseur de puissance embarqué plus lent. Le chargeur se connecte directement au système de gestion de batterie (BMS) du VE, permettant à un voltage et un courant plus élevés de circuler dans le pack de batteries de manière plus rapide et efficace.
La principale différence entre les systèmes de recharge CA et CC réside dans la localisation de ce convertisseur de puissance, qu’il soit sur le véhicule ou hors du véhicule électrique. La recharge des batteries de stockage secondaire, qu’elles soient pour les véhicules électriques ou pour les applications d’énergie renouvelable, consiste simplement à remplacer l’énergie épuisée pendant l’utilisation (décharge) par une nouvelle énergie.
Une des principales raisons pour lesquelles les chargeurs rapides DC sont si populaires pour les véhicules électriques à batterie est leur vitesse de recharge. Toutefois, différents facteurs affecteront la vitesse de recharge d’un VE. Ceux-ci incluent l’état de charge actuel de la batterie (SOC), la température, la quantité d’énergie qu’elle contient (c’est-à-dire, sa capacité) et la puissance de sortie de la station de recharge. Ainsi, les temps de recharge peuvent varier de moins d’une heure avec des chargeurs rapides DC à 20 heures ou plus avec des chargeurs CA, selon ces facteurs et d’autres.
Quels sont les différents niveaux de recharge de batterie ?
En gros, il existe 3 niveaux différents de recharge des batteries des véhicules électriques : niveau 1, niveau 2 et niveau 3, avec environ neuf types différents de prises pour couvrir tous les niveaux. Chacun est spécifique à un constructeur de véhicules électriques particulier pour prendre en charge les différents types de recharge (CA ou CC). Il est donc important de comprendre comment ces différents niveaux de recharge des batteries fonctionnent et comment ils opèrent à différentes vitesses de recharge.
Types de prises du chargeur rapide DC
Recharge de véhicule électrique niveau 1
La recharge de niveau 1 est la méthode la plus lente, fournissant une recharge à domicile à l’aide d’une prise domestique standard de 120 volts CA monophasée, et ne nécessite donc aucune installation spéciale. Les chargeurs de niveau 1 fournissent des niveaux de puissance inférieurs à 2 kilowatts (kW) avec des courants allant jusqu’à 12 ampères via un connecteur de recharge SAE J1772 standard. La conversion d’énergie est réalisée par le convertisseur embarqué du VE.
Le principal problème avec les chargeurs VE de niveau 1 est qu’il peut falloir plus de 24 heures pour charger complètement le pack de batteries d’un véhicule électrique en fonction de la capacité de la batterie, de l’état de charge et de la puissance de sortie du chargeur de niveau 1. Ce taux de charge lent donne à un chargeur VE de niveau 1 environ 3 à 7 miles (5 à 11 kilomètres) d’autonomie par heure de charge.
Recharge de véhicule électrique niveau 2
La recharge de niveau 2 offre une recharge à travers une prise CA monophasée de 208 ou 240 volts, ou une connexion triphasée de 400 volts à l’aide d’une station de recharge dédiée à domicile. Les chargeurs de niveau 2 utilisent le même connecteur J1772 que les chargeurs de niveau 1 mais peuvent fournir jusqu’à 80 ampères, délivrant 19,2 kW (240 V) de puissance électrique. Notez que les chargeurs de niveau 1 et de niveau 2 fournissent de l’énergie CA.
Les temps de recharge sont beaucoup plus rapides qu’au niveau 1, prenant environ 4 à 8 heures pour recharger complètement un VE typique selon le niveau de charge et l’état initial de la batterie. La communication n’est pas présente entre la station de recharge et le véhicule électrique pour définir la puissance opérationnelle maximale à l’aide de broches supplémentaires dans la prise de recharge.
Cela rend les méthodes de recharge de niveau 2 idéales pour la recharge nocturne ou la recharge durant la journée pendant le travail ou les courses. En moyenne, une station de recharge de niveau 2 peut fournir environ 15 à 30 miles (24 à 50 kilomètres) d’autonomie par heure de charge, mais peut être plus pour les chargeurs plus puissants.
Chargeurs rapides de niveau 3 à haute puissance
La recharge de niveau 3 est la méthode de recharge de batterie la plus rapide à l’heure actuelle. Elle est conçue pour fournir plus de puissance à des vitesses de recharge rapides. Une station de recharge de niveau 3 utilise généralement une entrée CA triphasée pour alimenter une sortie de courant continu (CC) qui est directement injectée dans le pack de batteries, contournant ainsi le convertisseur CA-CC embarqué du véhicule pour une recharge beaucoup plus rapide.
Étant donné qu’un chargeur de niveau 3 convertit l’entrée CA en sortie CC, généralement entre 50 kW et 350 kW à 400 à 800 VCC dans le chargeur lui-même, il peut recharger rapidement un VE de 20 % à 80 % de capacité en environ 20 à 40 minutes, selon le chargeur rapide DC et la capacité de la batterie du véhicule. La tension de charge dépend entièrement de la configuration du pack de batteries du véhicule électrique en raison de la connexion directe des chargeurs de niveau 3.
Actuellement, il existe trois types de prises de charge rapide DC, selon le véhicule : le Système de Charge Combinée (CCS), le CHAdeMO (Charge de Move) et les connecteurs Tesla. En plus de la haute puissance CC, ces prises de charge fournissent également les signaux de contrôle et les communications nécessaires entre le véhicule et la station de recharge.
Un chargeur rapide CC de niveau 3 fournit environ 100 à 200+ miles (160 à 320 kilomètres) d’autonomie en 30 minutes de charge, ce qui le rend idéal pour les camions commerciaux, les fourgonnettes et les véhicules de service autoroutier qui stationnent pour de courtes périodes lorsqu’ils sont utilisés en continu. Les chargeurs ultrarapides (XFC) peuvent délivrer des puissances de plus de 350 kilowatts.
Notez que ces prises VE ne sont pas directement interchangeables sans adaptateurs, car chaque constructeur de VE suit une norme basée sur la région ou le marché où le véhicule est vendu. Par exemple, une Tesla avec une prise Tesla propriétaire ne peut pas charger directement à une station CHAdeMO sans un adaptateur. De même, les véhicules utilisant des connecteurs CCS ne peuvent pas utiliser les chargeurs CHAdeMO à moins que la station de recharge ne supporte les deux normes ou qu’un adaptateur soit disponible.
Évaluations de puissance de recharge rapide VE
Les évaluations de puissance électrique pour les chargeurs rapides VE peuvent varier considérablement en fonction du véhicule, du type de chargeur et de son utilisation prévue. Actuellement, les chargeurs rapides DC peuvent fournir plus de 350 kW d’énergie dans des applications limitées, avec des évaluations de puissance typiques comme suit :
Chargeurs rapides DC à puissance inférieure (24-50 kW) :
Ce sont des chargeurs de type niveau 2 souvent trouvés dans les zones urbaines ou aux petites stations de recharge. Ils sont idéaux pour des charges rapides ou pour charger de plus petits véhicules avec des capacités de batterie inférieures. La sortie de tension de ce chargeur rapide DC à puissance inférieure peut varier en fonction de sa puissance et du véhicule qu’il recharge, mais est généralement d’environ 200 à 400 volts, ce qui peut ajouter environ 100 à 150 miles d’autonomie en 30-60 minutes de charge.
Chargeurs rapides DC à puissance intermédiaire (50-150 kW) :
Ce sont des chargeurs de niveau 2 que l’on trouve couramment dans de nombreuses stations de recharge publiques. Ils conviennent à la plupart des véhicules électriques, offrant un équilibre entre vitesse et coûts. Encore une fois, la sortie de tension de ce chargeur rapide DC est généralement d’environ 200 à 600 volts, lui permettant de charger la plupart des véhicules de 20 % à 80 % en 30 à 40 minutes, en fonction de la taille de la batterie.
Chargeurs rapides DC à haute puissance (150-350 kW) :
Ce sont principalement des chargeurs rapides de niveau 3 conçus pour les véhicules électriques modernes qui peuvent accepter des taux de charge plus élevés à des tensions entre 400 et 800 volts. Ils utilisent des prises CHAdeMO (Charge de Move) qui supportent la recharge bidirectionnelle, permettant à un véhicule électrique de fournir de l’énergie au réseau électrique (technologie véhicule-réseau). Les chargeurs à haute puissance sont capables de délivrer un rayon de 200 à 300 miles en 20 à 30 minutes de charge, selon le véhicule pour les voyages longue distance.
Chargeurs DC ultrarapides (350+ kW) :
La dernière génération de chargeurs DC rapides de niveau 3 est capable de fournir une recharge ultrarapide à des tensions allant jusqu’à ou même au-delà de 1000 VCC. Ces stations de recharge à haute puissance sont conçues pour les véhicules pouvant supporter des niveaux de puissance plus élevés et sont capables d’ajouter des centaines de miles d’autonomie en seulement 15 à 20 minutes de charge.
Actuellement, seuls quelques VE peuvent profiter pleinement de ce niveau de puissance, mais cela deviendra plus courant au fur et à mesure que la technologie des batteries et de la gestion s’améliore.
Ainsi, les chargeurs rapides DC varient généralement de 24 kW à 350+ kW, la plupart des chargeurs rapides publics se situant dans la fourchette de 50-150 kW, tandis que les chargeurs les plus rapides, comme ceux de la catégorie 350+ kW, sont plus spécialisés et réservés à certains camions commerciaux et fourgonnettes électriques.
Stations de recharge rapide VE Tesla
Résumé de la recharge rapide DC
Comme les batteries sont des dispositifs de stockage d’énergie fiables et respectueux de l’environnement, un moyen rapide et efficace de les recharger est essentiel pour les véhicules électriques modernes alimentés par batterie. Alors que l’adoption des véhicules électriques s’accélère, le rôle des chargeurs rapides DC avec un convertisseur de puissance CA/CC et CC/CC intégré continuera de se développer.
Les avancées dans l’électronique, la technologie des batteries et l’infrastructure ont contribué à augmenter les vitesses de recharge des batteries, certaines stations offrant jusqu’à 350 kW de puissance, capables d’ajouter des centaines de miles d’autonomie en quelques minutes de charge. Cette réduction dramatique du temps de recharge rend les chargeurs rapides DC idéaux pour les longs trajets, les arrêts sur autoroute, ou pour les propriétaires de VE qui n’ont pas accès à des options de recharge nocturne à domicile.
En fournissant une recharge rapide du pack de batteries d’un véhicule en un temps court, les chargeurs rapides DC améliorent considérablement la commodité et la praticité de posséder un véhicule électrique. En offrant des solutions de recharge rapides et puissantes, ils répondent à de nombreuses préoccupations que les gens ont à propos des VE, telles que l’anxiété de portée (la peur de manquer d’énergie avant d’atteindre une station de recharge) et la capacité à compléter un trajet rapidement lors de déplacements de longue distance.
Ces craintes peuvent être facilement surmontées en rendant les véhicules électriques et les chargeurs DC plus pratiques, réalisables et agréables pour les longs trajets quotidiens.
Cependant, bien que les chargeurs rapides DC présentent de nombreux avantages, certains défis doivent être relevés pour leur mise en œuvre généralisée, tels que : coûts d’installation et de maintenance élevés, utilisation fréquente qui peut conduire à une dégradation plus rapide de la batterie au fil du temps, rendant la recharge rapide DC néfaste pour la durée de vie de la batterie. De plus, tout le monde n’a pas accès à une recharge à domicile, en particulier ceux vivant dans des appartements ou des zones urbaines sans places de stationnement dédiées.
Bien que tous les chargeurs rapides DC remplissent la même fonction de recharge rapide d’un véhicule électrique, les prises et les sorties varient selon les régions et les normes. Au fur et à mesure que de plus en plus de VE circulent, la demande pour des stations de recharge croîtra donc, il est essentiel de savoir quelle norme votre véhicule utilise et de trouver des stations de recharge compatibles lors de vos déplacements, ou d’avoir des adaptateurs disponibles.
Ainsi, à mesure que l’infrastructure de recharge continue de s’élargir et de s’améliorer, les chargeurs rapides DC hautement puissants continueront de jouer un rôle essentiel dans le passage mondial vers un transport électrique durable.
