Essais & Simulations n°116

Essais

Essais et Modelisation Standards Question de prise … Jusqu’en 2010, la standardisation de la recharge des véhicules électriques n’a concerné que les aspects les plus basiques, comme le comportement du véhicule lorsqu’il détecte un câble de recharge. Les prises utilisées sont alors celles de standards nationaux ou d’origine industrielle (Photo 2), et de plus en plus la prise d’origine japonaise et intégrée également au standard SAE J1772 aux Etats-Unis (photo 3), mais que l’on retrouve aussi dans l’ensemble des modèles diffusés en Europe jusqu’en 2013 (photo 5). Photo 1 : Prise type 2 d’origine Mennekes Photo 2 : Prise industrielle IEC 60309-2 3P+N+E Photo 3 : Prise SAE J1772 Si la manière de recharger un véhicule en courant alternatif monophasé semble alors faire consensus, pour de plus fortes puissances seul le standard japonais CHAdeMO de recharge en courant continu se dégage, et fait l’objet de quelques déploiements expérimentaux de bornes même en Europe. En 2012, on dispose donc « de facto » d’un standard mondial pour la recharge en monophasé, mais il ne convient pas aux européens et pour une bonne raison : en Allemagne, mais aussi en France, il est aisé pour un particulier ou une petite entreprise de disposer d’un raccordement triphasé au réseau. Or la recharge triphasée peut être beaucoup plus rapide (22kW, soit 100 à 150km par heure de charge) qu’en monophasé (limité à 7kW), et surtout les bornes sont bien moins coûteuses qu’en courant continu… Il faut donc aux européens une prise permettant la recharge triphasée. Il s’ensuit une petite guerre entre lobbys nationaux, et dans un premier temps émergent d’un côté la prise d’origine Allemande (Photo 1), dite ‘type 2’, et une prise d’origine italienne et promue par l’EVplug alliance, dite ‘type 3’ (Photo 4). Le compromis est sur le papier séduisant : la prise type 3 sera installée côté borne et permet de s’affranchir des éventuelles multiples prises côté véhicule, permettant aux prises anciennes prises type 1 et aux nouvelles prises type 2 de coexister côté véhicule. Photos 4 et 5 : Connecteur J1772 (type 1) de Kangoo et prise type 3 sur une borne de recharge française Malheureusement, il n’y a qu’en France, où tous les déploiements de bornes en 2012 et 2013 se font avec un connecteur de type 3 côté bornes, que ce concept prend. Presque partout ailleurs, les câbles sont soit intégrés aux bornes pour limiter les opérations manuelles pour recharger, soit les bornes disposent également d’un connecteur de type 2. En 2013 les derniers obstacles mis au déploiement de prises de type 2 également côté borne (la question des obturateurs) tombent même en France… et il s’ensuit une pagaille renouvelée sur le marché : tant que tous les véhicules européens ne seront pas munis de prises de type 2, il faudra bien un connecteur côté borne au moins sur les bornes publiques… et alors lequel mettre… type 2 ou type 3 ? …et que faire avec les cordons type 3 commercialisés actuellement ? En parallèle, la sortie des premiers véhicules utilisant la prise de type 2 pour la recharge triphasée fait apparaître un problème de jeunesse : concentrés sur les débats sur le format physique de la prise triphasée, les européens ont négligé de faire évoluer le protocole de gestion de la charge (le fil pilote)… directement hérité du standard SAE J1772 monophasé : le véhicule n’a donc aucun moyen de savoir s’il est effectivement alimenté en monophasé ou en triphasé… il doit « essayer » les deux possibilités avec une heuristique propre au constructeur, et non définie dans les normes. Ce problème est réglé par l’évolution du protocole de communication (IEC 15118)… mais ce dernier est encore très loin d’être déployé dans les véhicules. Il reste donc encore probablement quelques années avant que cette question des connecteurs soit définitivement derrière nous ! Gestion des bornes… Les premiers déploiements de bornes à l’échelle de campus font clairement ressortir deux problématiques majeures qui ne sont pas encore traitées de manière optimale par les offres du marché : • La supervision et le réseau de télécommunications : les bornes sont Essais & Simulations • MARS 2014 • PAGE 30

Essais et Modelisation des objets communicants, et le déploiement du réseau se révèle coûteux en CAPEX en mode filaire, et coûteux en OPEX en mode radio GPRS, assez instable. De plus, lorsqu’une borne cesse de communiquer, les solutions actuelles de supervision ne permettent pas de discriminer les pannes d’origine électrique, et les pannes du réseau de communication. Sur ce point il apparaît clairement que les solutions de bornes pour campus et collectivités locales devront intégrer un réseau de communication radio bas débit en propre, permettant à minima une supervision autonome du réseau (tout en réduisant les OPEX), et à terme la gestion intégrale des communications liées à la validation des badges et à la gestion d’énergie. Des solutions très performantes et peu coûteuses existent pour établir de tels réseaux sur les bandes libres, fiables jusqu’à des portées de l’ordre de quelques kilomètres autour de l’antenne desservant le campus. (Illustration Radio + bornes). Ces solutions viennent en sécurisation du réseau cellulaire GPRS, voire en substitution de ce dernier. • La gestion d’énergie : la problématique de la gestion d’énergie se révèle un facteur déterminant du coût de déploiement d’une infrastructure de recharge, dès que le nombre de bornes dépasse quelques unités. Les problèmes de déséquilibrage de phases, de baisse de tension, de dépassement de puissance pointe sont immédiats et peuvent conduire à des renforcements de réseau, voire des changements de transformateurs sur les grand campus dont le coût atteint facilement 30% du budget total de l’infrastructure de charge, voire plus. Il est donc essentiel de disposer d’une gestion de charge évoluée, capable de prendre en compte l’ensemble des paramètres électrotechniques d’un réseau. Le protocole OCPP, dans sa version 2, permet désormais de mettre en œuvre sur le campus des solutions de gestion de charge multi-fournisseurs de bornes, ce qui est essentiel puisque les contraintes réseau sont des problématiques globales qui ne peuvent évidemment pas être segmentées fournisseur par fournisseur en autant de gestionnaires séparés. Du côté du protocole véhicule-point de charge, la normalisation du fil pilote (IEC 61851-1, figure 6), intègre clairement dès 2010 les fonctions de modulation de la charge. Après des débuts difficiles pour l’interfonctionnement avec les véhicules, on peut considérer que les véhicules récents supportent correctement cette fonction, absolument essentielle pour la performance de la gestion de charge. Les donneurs d’ordres doivent donc être attentifs à exiger le support par les points de charge de la modulation du rapport cyclique du fil pilote, et non seulement de sa fonction sécuritaire. Figure 6 : Circuit de fil pilote, selon IEC 61851 et J1772 Le rapport cyclique de l’oscillateur du point de charge de la figure 6 pour être modulé pour indiquer le courant de charge maximal, de 6A (8% de rapport cyclique) à 80A. La charge n’est pas possible en absence de signal ou si son rapport cyclique est inférieur à 3% L’itinérance… vers OCPP 2 S’agissant de la recharge de véhicules à partir de bornes publiques, on a déployé aujourd’hui de nombreuses stations à partir d’argent public sans exiger, malheureusement, que les systèmes de validation de badge puissent interroger des systèmes externes pour les véhicules en itinérance. Cet argent public aurait réellement pu catalyser la mise en place d’une infrastructure cohérente au niveau national, sans imposer la prise en compte par le conducteur d’une multitude de cartes et de systèmes d’abonnement distincts. Il est trop tard pour ce qui a déjà été déployé, et on peut juste espérer que désormais tout avenant à un contrat de commande de bornes publiques contienne une clause d’engagement d’interface vers un système d’itinérance. Heureusement, le protocole OCPP d’origine néerlandaise est devenu un standard de fait : dans sa version 1.5 qui permet déjà la gestion d’itinérance (OCPP a été créé pour cela), il est aujourd’hui supporté par l’ensemble des constructeurs de bornes présents sur le marché français. La version 2, en cours de finalisation, ajoute la capacité à s’interfacer avec un sous-système de gestion de charge. Le support du protocole OCPP, directement sur la borne ou au niveau d’un gestionnaire local, semble donc une exigence particulièrement critique pour garantir la pérennité d’un point de charge, et son intégration future à toute infrastructure d’itinérance nationale ou internationale. Conclusion Même si l’ensemble de l’écosystème du véhicule électrique est encore un peu jeune et qu'il nécessitera des ajustements à la marge suite aux retours d’expérience, on constate qu’aujourd’hui l’ensemble des briques techniques existent et sont reconnues par tous les acteurs: fil pilote modulable, protocole OCPP 1.5 et 2, prise standard. Tout est donc prêt pour que ces éléments soient intégrés par les opérateurs de mobilité électrique et qu’émerge rapidement une infrastructure de recharge cohérente, interopérable et homogène au niveau national (par opposition au patchwork d’ilots locaux actuel), ce qui est une condition essentielle du déploiement du véhicule électrique. Donneurs d’ordres privés et publics doivent être vigilants dans leurs appels d’offre, pour exiger dès aujourd’hui la prise en compte de ces briques techniques, afin de participer à l’émergence de cette infrastructure homogène et éviter des investissements ultérieurs pour s’y adapter. Essais & Simulations • MARS 2014 • PAGE 31