Par Jeremy Cook
Chaque jour, des millions d'américains font des petits allers-retours, que pratiquement n'importe quel VE est capable de faire. Branchez votre véhicule la nuit et elle est prête à partir le lendemain matin. Mais que se passe-t-il si vous oubliez de le brancher ? Ou que se passe-t-il si vous devez parcourir 900 km ? Devez-vous abandonner ce voyage, louer un autre véhicule ou risquer de rester immobilisé sur le bord de la route ?
Pour éviter de telles situations et encourager l'adoption de VE, des infrastructures de charge robustes sont requises, avec des stations de charge rapide à courant continu haute intensité, afin de ramener la durée de charge d'une batterie de VE à des minutes plutôt qu'à des heures. Ces stations devraient être correctement espacées et positionnées, afin que les conducteurs puissent s'arrêter librement quand cela leur convient, au lieu de planifier leurs déplacements en fonction de l'infrastructure de charge disponible.
Estimations pour l'avenir de l'infrastructure de charge des véhicules électriques
Selon le rapport du 2e trimestre 2023 du National Renewable Energy Laboratory's (NREL), en juin 2023, 3,8 millions de VE circulaient sur les routes aux États-Unis. 14 244 bornes publiques de charge rapide CC (définies comme ayant une capacité de fourniture d'énergie de 150 kW ou plus) et 114 470 bornes publiques de charge CA LE pour VE étaient disponibles. Cela équivaut à 0,4 chargeur rapide CC et 3,0 chargeurs de niveau 2 pour 100 VE.
Ce même rapport estime que 33 millions de VE circuleront sur les routes des États-Unis d'ici 2023 et que cela nécessitera 0,6 borne publique de charge rapide CC et 3,2 bornes publiques de niveau 2 pour 100 VE. En termes de chiffres bruts, le rapport indique qu'il faudra 182 000 bornes CC et 1 067 000 bornes L2 au total, soit une augmentation totale nettement supérieure à un million.
Construction d'infrastructure de station de charge pour véhicules électriques
Les infrastructures publiques de charge de véhicules électriques peuvent être divisées en deux types de base : long terme (souvent pendant la nuit) et court terme, utilisées pour recharger les batteries avant de poursuivre immédiatement un voyage.
L'infrastructure de charge CA plus lente est assez simple, car elle ne nécessite guère plus qu'une prise robuste et une installation adéquate et convient pour des scénarios tels que les séjours d'une nuit à l'hôtel ou les parkings sur le lieu de travail.. Les entreprises privées sont naturellement incitées à construire ce type d'infrastructure. La charge sur place est une forte incitation à passer du temps dans un établissement. Cependant, la charge CA limite largement la distance pouvant être parcourue en une journée à l'autonomie d'une batterie de VE, qui est généralement inférieure à 450 km.
L'infrastructure de charge rapide CC, qui peut charger un véhicule en minutes, est plus complexe que son homologue CA. Dans ce scénario, la fourniture d'énergie nécessite de convertir l'énergie du réseau CA en sortie CC haute puissance avant de l'envoyer au véhicule.
La gestion et la conversion robustes de l'énergie peuvent être facilitées par des technologies telles que les transistors au carbure de silicium. Des capteurs de courant sont également nécessaires pour calculer la quantité d'énergie qui est transférée dans un véhicule pendant la charge, tandis que des ressources informatiques locales et sur le cloud sont également requises pour que le réseau général et le réseau de charge fonctionnent à leur capacité optimale.
Besoins de base en matière d'énergie et d'infrastructure EVSE
L'installation d'un équipement d'alimentation de véhicule électrique (EVSE, à savoir une station de charge) est une tâche considérable. Ce qui est peut-être encore plus important, c'est l'infrastructure de réseau sous-jacente qui alimente ces stations, ainsi que la panoplie d'appareils électriques que nous tenons largement pour acquis aujourd'hui.
Si l'on considère que les 182 000 bornes CC EVSE proposées chargent toutes à 350 kW (haute valeur citée pour les chargeurs CC, qui augmentera probablement dans le futur), cela génère une charge électrique de 63,7 gigawatts (GW). Ajoutons à cela 1 067 000 chargeurs L2 jusqu'à 19 kW chacun, et nous obtenons 20,3 GW supplémentaires. Au total, nous atteignons une consommation d'énergie théorique de 84 GW.
Bien qu'il soit pratiquement impossible que chaque chargeur fournisse de l'énergie en même temps, même une fraction de 84 GW représente un pourcentage significatif de la capacité totale de production d'énergie du pays, qui est d'environ 1 200 GW aujourd'hui. Des mises à niveau devront être apportées à l'infrastructure existante pour faire face à ces charges accrues. Dans le même temps, les VE connectés peuvent également être utilisés comme batterie de secours dans les deux sens, de sorte que, moyennant une planification minutieuse, l'adoption rapide des VE pourrait également avoir des effets bénéfiques sur l'infrastructure.
Bien entendu, au-delà de l'énergie et de l'électronique pour gérer cela, les conducteurs auront également besoin de la bonne prise et du bon protocole de charge pour assurer l'interface entre leur véhicule et l'EVSE. Dans ce domaine, il y a un excellent développement.
La bonne nouvelle : la compatibilité NACS de Tesla
Les chiffres du NREL cités plus haut incluent l'équipement Tesla, qui fournit 61,6 % des bornes publiques de charge CC rapide et 8,7 % des bornes publiques L2. À l'heure de publier ces informations, ces chargeurs sont pas facilement accessibles aux autres fabricants de VE.
Cependant, en mai 2023, Ford a annoncé que la fabrication de VE équipés d'origine d'un port NACS (North American Charging Standard) de type Tesla commencera en 2025. Cela signifie que les VE Ford seront capables d'utiliser le réseau Supercharger de Tesla sans adaptateur. Cette décision (peut-être évidente) a déclenché un véritable raz-de-marée d'autres fabricants annonçant leur future compatibilité NACS. Cela inclut des marques automobiles bien connues comme GM et Volvo, ainsi que de nouveaux producteurs de véhicules électriques comme Rivian et Fisker. D'autres tels que Volkswagen et Honda évaluaient toujours leurs options fin 2023.
Par ailleurs, des réseaux de charge de VE autres que Tesla EV tels que Blink et Electrify America adoptent actuellement la norme de connexion NACS. Tesla a ouvert ses protocoles de charge en novembre 2022, et cette norme relève désormais de la juridiction de SAE International. Compte tenu de la tendance massive à l'adoption du NACS à la fois sur les véhicules et sur les EVSE, la normalisation semble imminente.
L'avenir de la charge VE
Fin 2023, la tendance s'orientait vers une plus grande mise en œuvre des VE et une normalisation de l'infrastructure de charge. Quelle que soit la forme que prendra finalement l'électrification de tout, une infrastructure électrique nettement plus robuste sera nécessaire dans le futur, de même que des composants internes durables, efficaces et capables de gérer la transmission et l'utilisation de l'énergie.
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