Quels modes de charge pour les véhicules électriques ?

Poussés par les avancées technologiques dans le domaine des batteries et l’appui des acteurs publics qui promeuvent les modes de transports alternatifs, les véhicules électriques reviennent sur le devant de la scène. La question des modes de charge s’invite de plus en plus dans les réflexions autour des modèles d’affaires envisageables pour les voitures électriques. Trois modes principaux de charges sont plébiscités : la charge à calibre normal (3 ou 6 KVA), la charge rapide qui peut se faire soit à fort calibre (à partir de 24 KVA) soit via l’échange rapide de batteries dans des stations dédiées et la charge douce à calibre minimal, permettant une recharge à faible puissance qui s’étale sur toute la durée de disponibilité du véhicule.

La charge à calibre normal sera, sans doute, le mode qui sera majoritairement adopté puisqu’elle se fait sur une prise électrique classique de 3 KVA (kilovoltampère) que l’on retrouve chez la plupart des particuliers. Ce mode de charge requiert donc moins de coûts d’aménagement et sollicite un appel de puissance unitaire raisonnable sur le réseau. La durée d’un épisode de charge étant proportionnelle au calibre de charge utilisé, la charge sur un calibre normal nécessitera plus de temps que sur un calibre rapide.Typiquement la recharge complète d’une batterie de 30 kWh [1] nécessitera 6 heures [2] sur un calibre normal et seulement environ 1 heure sur un calibre rapide de 24 KVA.

Toutefois, la charge rapide implique des courants forts (32 à 63 Ampères) et des niveaux de tension élevés (400V) qui nécessitent des infrastructures électriques particulières et des dispositifs sécurisés. Il ne sera donc, à priori, possible d’utiliser ce mode de charge que dans des stations dédiées où l’utilisation pourra être mieux encadrée.

La durée de la charge dépendra pour beaucoup de la disponibilité des usagers à effectuer des épisodes de charge au cours de la journée. Il ressort de l’enquête nationale sur le déplacement des ménages que, hormis le stationnement nocturne, les voitures particulières restent stationnées pendant 4 heures en continu au moins deux fois au cours d’une journée moyenne. Il ressort également que les stationnements les plus longs en journée se produisent à domicile (en moyenne 3 h 30 min de stationnement en continu) et sur le lieu de travail (en moyenne 6 h de stationnement en continu).

Les véhicules particuliers sont donc potentiellement disponibles pendant des durées suffisantes pour se recharger avec un calibre normal au cours de la journée (cf. figure1 ci-dessous). Au besoin, la charge rapide pour les véhicules particuliers pourra se faire en moins d’une heure dans des stations dédiées ou en quelques minutes dans des stations d’échange de batterie.

Les véhicules de flottes (type la Poste ou les bus urbains), qui effectuent des kilométrages importants avec des phases de stationnement plus courtes, auront sans doute plus recours à la charge rapide au cours de la journée. Parmi les idées innovantes pour optimiser leur temps de charge, on peut citer celle qui sera investiguée dans le cadre du projet WATT [3] qui consiste à charger des bus électriques via des caténaires installés aux arrêts.

Dans le but d’accroître l’ergonomie de l’opération de charge, la charge sans contact est de plus en plus envisagée. Ce mode de charge s’effectue généralement grâce à un transfert d’énergie par induction électromagnétique au moyen de deux inducteurs, l’un intégré au véhicule et un autre sur le point de charge.

La charge inductive implique par ailleurs des niveaux de puissances réduits (typiquement de l’ordre du kW) même si des avancées récentes permettent d’espérer des puissances plus importantes. Des épisodes de charge à puissance réduite (charge douce), effectués grâce au transfert d’énergie par induction électromagnétique, pourraient être envisagés vue la grande disponibilité potentielle des voitures particulières à être chargées durant la journée en continu (cf.figure 1).

Figure 3-Principe de la charge inductive

D’autres éléments seront décisifs dans les choix d’aménagement des infrastructures de charge. Il s’agit principalement du coût et de l’impact du mode de charge sur la consommation d’électricité. En effet, la charge rapide entrainera des appels de puissance sur le réseau électrique qui seront beaucoup plus importants que la charge normale. L’implantation de bornes de charge rapide nécessitera également des infrastructures électriques onéreuses.

La stratégie d’implantation des points de charge des véhicules électriques devra donc reposer sur une optimisation technico-économique des coûts d’infrastructures et garantir un déploiement adéquat vis-à-vis des habitudes de déplacements des usagers.

[1] La capacité moyenne de la batterie d’un véhicule électrique offrant 150 Km d’autonomie est 30 Kwh.
[2] Une batterie déchargée à 80 % de sa capacité sera totalement rechargée en 6h
[3]Le projet WATT est un projet de recherche sur les véhicules électriques financé par le fonds démonstrateur de l’ADEME

Abdoulkarim Ahmoud est Ingénieur Energéticien diplômé de l’Ecole des Mines de Paris (Mastère Spécialisé Optimisation des Systèmes Energétiques) et de l’Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et d’Aérotechnique (ENSMA). Il intervient aujourd’hui à la R&D d’EDF dans des études techniques et économiques autour des potentiels de développement des véhicules électriques et des enjeux pour le réseau.