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Bornes de recharge ultrarapide 450 kW : Point sur le projet FastCharge

Il y a tout juste 1 an, Automobile Propre annonçait le lancement du programme de recherche FastCharge sur la recharge ultrarapide 450 kW des véhicules électriques des générations futures. Où en sont les partenaires ? Consortium Pour rappel, cette expérimentation, pilotée par BMW, mobilise également les équipes d’ingénieurs de Porsche, Allego, Phoenix Contact et Siemens. Chacune apporte son savoir-faire pour défricher le terrain de la recharge ultrarapide jusqu’à 450 kW de puissance. BMW fournit ainsi une i3 équipée d’une batterie de 57 kWh de capacité, Porsche met à disposition une voiture électrique expérimentale montée avec un pack 90 kWh acceptant une puissance de recharge jusqu’à 400 kW. Le programme FastCharge cherche à mettre en évidence les exigences techniques et les difficultés à aplanir pour parvenir à effectuer le plein des batteries d’une voiture électrique aussi rapidement que de remplir d’essence ou de gazole les réservoirs des modèles thermiques. Prototype Un prototype de station de recharge 450 kW a été inauguré hier, mercredi 12 décembre 2018, à Jettingen-Scheppach, une commune allemande de moins de 7.000 âmes, située en Bavière. Avec cette installation, il faut moins de 3 minutes pour retrouver les 100 premiers kilomètres d’autonomie sur la Porsche 90 kWh, ou environ 15 minutes pour une recharge de la batterie 57 kWh de la BMW i3, entre 10 et 80% de sa capacité. La connexion au réseau électrique public disponible sur le territoire a imposé l’installation d’une unité de recharge depuis laquelle sont alimentées 2 stations de puissance respective maximale de 450 et 175 kW. Ces 2 installations, qui, via un contrôleur de charge, adaptent le flux aux infos transmises par les véhicules électriques, sont déjà ouvertes gratuitement au public. Jusqu’à 920 volts C’est Siemens qui a conçu le système d’alimentation en énergie haute performance qui est capable de supporter des tensions jusqu’à 920 volts : « le niveau prévu dans les futurs véhicules à propulsion électrique », assurent les membres du consortium. L’architecture modulaire développée par Siemens intègre à la fois l’électronique de haute puissance pour les connexions de charge et l’interface de communication avec les véhicules électriques. Pour les besoins d’une flotte ou les exigences d’un point de ravitaillement en électricité sur autoroute, l’infrastructure peut régénérer les batteries de plusieurs véhicules en simultanée. De son côté, Allego a réalisé les stations qui exploitent la solution Siemens. Elles sont compatibles avec les voitures électriques équipées de systèmes de batterie sous une tension de 400 à 800 V et d’un connecteur CSS… mais… Batterie à adapter Les acteurs du programme FastCharge indiquent toutefois que les véhicules doivent être équipés « d’une batterie haute tension spécialement développée, associée à une stratégie de charge intelligente ». Cette dernière tient compte, entre autres, de l’évolution de la température au cours de la recharge. L’opération doit être effectuée selon un scénario parfaitement coordonné dans le temps, en fonction du niveau de charge en temps réel. A bord du véhicule, un nouveau réseau multi-tension qui exploite un convertisseur haute tension continu / continu (HV-DC / DC). Dans le cas de la BMW i3,…

Il y a tout juste 1 an, Automobile Propre annonçait le lancement du programme de recherche FastCharge sur la recharge ultrarapide 450 kW des véhicules électriques des générations futures. Où en sont les partenaires ?

Consortium

Pour rappel, cette expérimentation, pilotée par BMW, mobilise également les équipes d’ingénieurs de Porsche, Allego, Phoenix Contact et Siemens. Chacune apporte son savoir-faire pour défricher le terrain de la recharge ultrarapide jusqu’à 450 kW de puissance. BMW fournit ainsi une i3 équipée d’une batterie de 57 kWh de capacité, Porsche met à disposition une voiture électrique expérimentale montée avec un pack 90 kWh acceptant une puissance de recharge jusqu’à 400 kW. Le programme FastCharge cherche à mettre en évidence les exigences techniques et les difficultés à aplanir pour parvenir à effectuer le plein des batteries d’une voiture électrique aussi rapidement que de remplir d’essence ou de gazole les réservoirs des modèles thermiques.

Prototype

Un prototype de station de recharge 450 kW a été inauguré hier, mercredi 12 décembre 2018, à Jettingen-Scheppach, une commune allemande de moins de 7.000 âmes, située en Bavière. Avec cette installation, il faut moins de 3 minutes pour retrouver les 100 premiers kilomètres d’autonomie sur la Porsche 90 kWh, ou environ 15 minutes pour une recharge de la batterie 57 kWh de la BMW i3, entre 10 et 80% de sa capacité. La connexion au réseau électrique public disponible sur le territoire a imposé l’installation d’une unité de recharge depuis laquelle sont alimentées 2 stations de puissance respective maximale de 450 et 175 kW. Ces 2 installations, qui, via un contrôleur de charge, adaptent le flux aux infos transmises par les véhicules électriques, sont déjà ouvertes gratuitement au public.

Jusqu’à 920 volts

C’est Siemens qui a conçu le système d’alimentation en énergie haute performance qui est capable de supporter des tensions jusqu’à 920 volts : « le niveau prévu dans les futurs véhicules à propulsion électrique », assurent les membres du consortium. L’architecture modulaire développée par Siemens intègre à la fois l’électronique de haute puissance pour les connexions de charge et l’interface de communication avec les véhicules électriques. Pour les besoins d’une flotte ou les exigences d’un point de ravitaillement en électricité sur autoroute, l’infrastructure peut régénérer les batteries de plusieurs véhicules en simultanée. De son côté, Allego a réalisé les stations qui exploitent la solution Siemens. Elles sont compatibles avec les voitures électriques équipées de systèmes de batterie sous une tension de 400 à 800 V et d’un connecteur CSS… mais…

Batterie à adapter

Les acteurs du programme FastCharge indiquent toutefois que les véhicules doivent être équipés « d’une batterie haute tension spécialement développée, associée à une stratégie de charge intelligente ». Cette dernière tient compte, entre autres, de l’évolution de la température au cours de la recharge. L’opération doit être effectuée selon un scénario parfaitement coordonné dans le temps, en fonction du niveau de charge en temps réel. A bord du véhicule, un nouveau réseau multi-tension qui exploite un convertisseur haute tension continu / continu (HV-DC / DC). Dans le cas de la BMW i3, il s’agit de transformer la tension d’entrée de 800 V provenant de la station en une valeur inférieure à 400 V qui correspond à la tension de sa batterie. Le convertisseur doit en outre assurer la compatibilité avec les bornes rapides actuelles. Le consortium étudie également l’impact de la charge ultrarapide sur les questions de normalisation liées à l’interopérabilité de la recharge. Il a pour cela contacté les opérateurs concernés.

Câbles HPC refroidis par fluide

En avançant dans l’expérimentation, les partenaires ont constaté qu’ils devaient relever un défi : empêcher le pincement du tuyau de circulation du fluide de refroidissement qui suit le câble de recharge HPC (High Power Charging) compatible CSS. Pour faciliter la maintenance, il a été préféré un mélange eau-glycol en circuit ouvert, plutôt qu’une solution hermétique à base d’huile. Responsable du développement de cette partie, c’est Phoenix Contact qui a résolu le problème de pincement en concevant un flexible spécifique dotés de 3 trames respectivement réservées au transport de l’énergie, du fluide de refroidissement, et des données pour la communication entre la station et le véhicule.

Bornes de recharge ultrarapide 450 kW : Point sur le projet FastCharge
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Philippe SCHWOERER

Auteur et journaliste, Philippe est un passionné de voitures électriques depuis de très nombreuses années.

Lire les commentaires

  • Est-ce que la recharge et et ultrarapide feront baisser la durée de vie des batteries ? C'est ve qu'on me dit régulièrement sur les batteries actuelles (des petites piles rechargeables jusqu'aux batteries de voitures électriques)

  • Euh ... OK, super pour charger avec de telles puissances, mais le réseau électrique suivra t-il ? Cela commence à faire des chargeurs équivalents à la puissance consommée par un lotissement entier d'une centaine de pavillons ! Si nous installons un certain nombre de ces chargeurs rien qu'en France métropolitaine, je dis "heureusement que nous aurons encore quelques dizaines de réacteurs nucléaires pour garantir les puissances d'alimentation car il ne faudra pas compter sur les éoliennes ou les panneaux solaires à la faible production aléatoire" ! Et nos chers voisins allemands ont déjà perdu la bataille de réduction des émissions de CO2, alors, quand ils vont mettre deux ou trois fois plus de ces chargeurs que nous - car ils sont toujours à la pointe du progrès et n'hésitent pas à mettre des gros moyens - je me demande "comment feront-ils côté réseau électrique" ?!

    • Encore un qui mélange tout. Que l'électricité arrive d'une centrale NUK ou d'une ferme solaire ne change rien au problème et lui permet de passer son message d'ayatollah du NUK.

      Les stations de forte capacité devront bufferiser la charge par du stockage stationnaire en charge permanente supportable par le réseau. Les recharges des véhicules clients se feront essentiellement de batteries à batteries. Ce dispositif conduira de temps à autre à devoir supporter une charge plus lente en direct/réseau tant que le nombre de station ne sera pas équilibré avec la demande. Mais statistiquement cela devrait se résoudre puisque l'on peut prévoir la demande proportionnée à la taille du parc.

    • C'est bien pour ça que l'idée générale est bien souvent de coupler ces chargeurs à des batteries stationnaires qui vont venir faire tampon.
      Elles peuvent se charger sur des périodes inutilisées avec des courants moins forts sur le réseau pendant qu'elles sont capable de délivrer de forts courants sur une faible distance pour alimenter les bornes.
      Dimensionner tout ça est ensuite le rôle de l'installateur en fonction du traffic et de la demande, mais peut-être verrons-nous des moment de fort traffic (départ en vacances), où les bornes ne seront pas capable de fournir au maximum en continu. Le futur nous le dira.

      • Exactement , c'est un gros problème pour le distributeur accentué avec le vol de cable qui devient de plus en plus important chaque année(peu mediatisé mais un vrai fleau pour lui)
        Hors il va en falloir des gros cables pour faire passer de la grosse puissance instantanée quand le chargeur envoie la purée

        • ça fait un moment que les nouvelles lignes ne sont plus en cuivre mais en aluminium, beaucoup moins attractif (8x moins)

    • Le problème n'est pas tant le réseau (RTE/Enedis car il suffit d'optimiser les emplacements en fonction des lignes MT et THT ), mais plutôt la production pour les alimenter.
      Pour les Allemands, c'est simple il importeront un peu plus d'électricité nuke produite chez nous, dès que le vent tombe... et continueront avec le Co2 et autres joyeusetés dues à la combustion de la lignite et du charbon (50 %) sans parler de leur dépendance au gaz Russe importé !

      • Je penses pas , c'est l'inverse : la difficulté d'est de délivrer en peu de temps beaucoup de puissance , c'est un problème pour le distributeur : Enedis . Il doit prevoir de faire passer beaucoup de Watts sur ses câbles quand le chargeur fonctionne à plein donc peu de temps sur la journée ... c'est compliqué s, il va devoir mettre de gros cables ou mettre de stations de transformation HT. Pour les producteurs : EDF, Power energie , ... ca ne gene en rien, dans le foisonnement , c'est quasi imperceptible .
        A verifier mais je crois avoir lu que meme si les 3/4 du parc actuelle passaient en electrique il faudrait juste 3 reacteurs nucleaires de plus

        • @kafou
          Oui. Pour le HPC ~450 kW, le réseau de transmission local sera un facteur limitant. C'est une solution d'installer un tampon de batterie à la station de charge. La batterie est rechargée lentement à partir du réseau électrique. Charger une voiture / un camion / un autobus sera rapide, mais charger des nombreux véhicules en une séquence courte sera que si rapide que le réseau électrique.

        • Tu méconnais manifestement les propriétés du réseau car si tu m'avais bien lu, tu aurais vu que je parle bien d'OPTIMISER le choix des emplacements, à proximité des lignes MT gérées pour certaines par Enedis et pour les autres par RTE comme c'est le cas pour toute la THT.
          Si c'est le cas (faible longueur du réseau puissant) , le réseau n'aura aucun mal à l'accepter, d'autant plus que que l'appel de puissance est ponctuel, et qu'on joue sur l'intermittence .
          Quant au vol de cables , c'est effectivement un problème, même si avec de MT ou pire THT sous tension, y'en a qui risquent rester collé ...

          • les français parcours 725 milliards de kilometre par an . Ca fait environ 145 TWh à produire annuellement . Actuellement on produit 550 TWh

          • La charge d'une Zoé entre 23H et 6H à 7 kW, c'est pas tellement intermittent. Et ces 35 GW en fourchette basse ( en électrifiant juste 15% du parc automobile actuel ) ne vont pas apparaitre sur le réseau comme par magie, quelque soit l'emplacement et l'intelligence éventuelle dudit réseau.
            Ces chiffres simples me font douter et même sans être ingénieur j'attend des arguments plus convaincants pour m'expliquer d'où viendront les kWh supplémentaires.

          • C-Evo, tu confonds gW et gWh. Erreur commune de débutant. Sans compter que la Zoé ne va pas recharger l'intégralité de sa batterie toutes les nuits. On a de la marge. Beaucoup de marge. refais tes calculs.

          • Ca fait penser au telephone bi-bop, ou il fallait rester a cote du lampadaire (antenne) pour capter.

  • Dans quelle mesure ces chiffres correspondent-ils à la réalité ? Sont-ils des résultats de mesure ou des résultats de calcul ?
    Une batterie ne prend jamais que les kW qu'elle veut bien, compte tenu de son état de charge et de la température.
    Sur https://teslamotorsclub.com/tmc/threads/supercharger-speed-116kw.107619/?utm_source=threadloom&utm_medium=email&utm_campaign=ed9&utm_content=iss30#post-254000 on voit la courbe de charge d'une batterie de 80 kWh de Tesla Model 3 raccordée à un superchargeur de 120 kW. Pendant le premier quart d'heure, la puissance se situe à environ 116 kW ; puis, au fur et à mesure que la batterie se remplit, la puissance diminue. Le superchargeur est toujours capable de délivrer 120 kW, mais la batterie ne les accepte pas.
    Quand on remplit un verre d'eau ou un seau d'eau au robinet, au début, on peut ouvrir le robinet à fond ; puis au fur et à mesure que le niveau monte, alors que la pression en amont du robinet est toujours la même, il faut réduire le débit, si non, on éclabousse partout et on en met autant dehors que dedans.
    Qu'on montre un diagramme de charge relevé, p.ex. sur une BMW i3 raccordée à ce chargeur de 450 kW, et alors on pourra parler.

    • C'est normal, c'était déjà vrai avec les batteries au plomb. Plus une batterie se charge plus elle devient résistive et plus elle limite le courant. Une batterie complétement vide est en court circuit, n'opposant aucune résistance à la charge il est impossible de la recharger car à résistance zéro, courant infini ! Résultat le chargeur disjoncte, et il vaut mieux ça évite les incendies.

    • Il y a plusieurs phases dans la recharge d'une batterie "lithium" . Dans la phase 1 la batterie prend tout ce que le chargeur peut donner , une fois la tension proche du maximum on entre dans la seconde phase , la puissance échangée décroit progressivement et relativement lentement et indépendamment de la puissance du chargeur
      https://batteryuniversity.com/learn/article/charging_lithium_ion_batteries

      La phase 1 est celle qui apporte 70% de la capacité de la batterie , il est donc vrai que plus le chargeur est puissant plus on charge vite la batterie (mais que les 70% initiaux)

      C'est pas le sujet mais il y a des effets secondaires quand on stoppe le chargement à la phase 1 , il n'y a plus d'équilibrage des différentes cellules qui composent la batterie , certains vont etre plus "chargés" que d'autres . La batterie sera "epuisée" quand sa cellule la moins chargée sera vide. SI on ne fait que des charges rapides , ces cellules qui mettent plus de temps à se charger et sont docn déchargées le plus rapidement s"usent de manière accélérée avec ce traitement

      • Bjr. çà dépend. Les dernières courbes de charge de VE récents montent fort d'un coup puis faiblement mais toujours progressivement jusqu'à 75 80% (phase 1) puis chutent fort.

  • On va rigoler avec une Leaf à la batterie non refroidie !
    (Avant que l'on m'agresse, c'est une boutade ! )

    • Certainement pas. Avant d'avoir du 50 KW généralisé on disait cela. Quand on aura le 100 KW généralisé on dira que l'on serait satisfait avec du 200 KW…. l'homme est comme ça. Le rêve inavoué dans cette course à la puissance de recharge c'est de charger aussi vite que pour faire un plein d'essence, voilà la vérité. D'ailleurs c'est un des principaux arguments des amoureux du pétrole. Mais cette course est loin d'être gagnée car il faut non seulement que les bornes soient disponibles mais que les circuits de charge des véhicules puissent les supporter et cela mettra beaucoup de temps car la taille du parc de VE augmentant il faudra que lorsque le réseau sera prêt la taille du parc incapable d'en profiter sera une charge dont la valeur s'écroulera sur le marché de l'occasion.

  • Arrêté du 19 juillet 2018 relatif aux dispositifs permettant de piloter la recharge des véhicules électriques
    « Article 1 – Une station de recharge pour véhicules électriques ouverte au public est équipée d’un dispositif permettant une modulation temporaire de la puissance électrique appelable, sur réception et interprétation de signaux, dont notamment les signaux transmis par les gestionnaires de réseaux publics d’électricité.
    La modulation temporaire de puissance est déclinable par point de recharge.
    Article 2 – Les dispositions du présent arrêté sont applicables aux stations de recharge pour véhicules électriques installées ou remplacées à partir du 1er janvier 2019. »

    Ceux qui réclament à cor et à cri des bornes de recharge rapide n’ont pas l’air d’avoir pris connaissance de cet arrêté.
    La borne pourra afficher xx kW mais si un industriel ou autre a besoin de puissance, le réseau demandera à la borne de la mettre en veilleuse.
    Et ceux qui militent pour le VE n’auront plus qu’à attendre, cela leur laissera le temps de méditer à un autre moyen de déplacement moins impactant.

      • philouze33 ou le mythe de la technologie au secours de la défense de ses petits choix individualistes.

        Donc en plus d'avoir une grosse batterie sur sa voiture très émettrice de CO2 à la fabrication il faut de grosses batteries tampon sur les bornes elles aussi très émettrice de CO2 à la fabrication.
        Mais comme ce n'est pas du CO2 à l'échappement de sa voiture par enchantement il n'existe pas.

  • 800 Volts et 450 kw c'est suicidaire pour la batterie dans le temps.
    même Tesla ne recommande pas de recharger à 120 kw plusieurs fois de suite (tests intensifs effectués par Tesla).
    de plus, je suis électronicien et une isolation à 800 V est très délicate et dangereuse pour l'utilisateur par temps humide.
    j'espère pour eux qu'ils ont bien refroidit la batterie car c'est 50 fois la puissance de votre compteur Linky !
    effectivement le câble n'est pas gros pour 0,6 A mais le prix du transfo et son isolation est énorme.
    pour EDF cela va être l'enfer pour amener des lignes THT aux bornes.
    si vraiment ils mettent en route de tel borne je souhaite bonne chance aux utilisateurs
    et j'espère qu'ils ont de bonne assurance.

    • Tout dépend de la capacité batterie. Si elle faisait 450kWh, elle devrait le supporter facilement. (charge en 1h). Si elle fait 100kWh alors ça commence à chauffer (charge en 4.5C, soit ~15 min). Dans ce cas des cellules haute énergie à 250Wh/kg ne conviendront plus et il faudra mettre des accus puissance vers les 150Wh/kg (comme celles pour PHEV).
      Résultat le pack batterie passe de 600kg à 1000kg. C'est certainement ce qu'a fait Porsche avec son pack 'modifié'.

    • wouaouhhh "même Tesla" ???
      comme si c'était eux qui avaient inventé la loi d'Ohm
      ils ont pas fini de me faire rire les fan boy.

    • Les éléments de batterie ne souffriront de rien, chaque élément n'aura que sa charge nominale, c'est la mise en série qui porte la tension élevée.

      • Chaque cellule de 3,7 volts ne peut pas dépasser 4,2 volts sans destruction immédiate .
        De même pour la température.
        La mise en série seule n’existe pas pour la charge , chaque cellule ou groupe de cellules en //
        doit avoir un composant électronique independent pour ne pas dépasser 4,2v.
        Démonter une batterie d’outillage de Ryobi 20v pour voir la complexité de la carte de recharge.
        Bienvenu dans l’univers des batteries Lion.

    • Que d'inquiétude ... Ce n'est qu'une expérimentation, pas un déploiement massif

      Et il y a déjà des lignes de bus électrique avec des chargeurs 600 kW en service par exemple

  • c' bien BEAU out çà, laissons les rêver...
    pour le moment et pour un peu de temps encore ,
    il vaudrait mieux deployer 9 bornes de 50Kw qu'une de 450...
    et avec paiement par CB...

    tout le reste çà reste de l'utopie

    • Pas de l'utopie, ce sont des techniques à mettre au point comme toutes les choses un peu compliquées qui sont caractéristiques du siècle dans lequel nous vivons. Nous avons déjà connu de nombreux exemples où l'homme de la rue ne comprenant rien à ce dont il s'agit disait que ça ne marchera jamais, et pourtant cela marche aujourd'hui et tout le monde trouve cela normal.
      Ce qui n'empêche pas le déploiement des bornes à 50 et 100 KW et de pouvoir payer par carte bleu sur n'importe quelles bornes. Il ne s'agit là que de problèmes faciles à résoudre et qui mettent pourtant un temps fou à se résoudre. Il suffirait d'une loi imposant d'offrir ce mode de règlement pour contraindre les industriels du secteur à le mettre en place sous un délai d'un an.
      Mais ça c'est un décret plus difficile à prendre que d'imposer une taxe carbone qui ne diminuera pas d'un gramme la quantité de Co2 émise par les carburants taxés sous ce prétexte. On impose facilement au peuple mais vis-à-vis des industriels on prend des gants et on s'excuse de les déranger.
      Serge Rochain

  • Eh bien, toute cette puissance pour … 2030 !
    En plus, c’est ce que pourra donner la borne (proche du transfo), mais pas ce que va demander la batterie standard, car elle, elle se limitera à son besoin max, en termes de 2C, voire 3C d’ici-là. Ce qui fait que si vous branchez une TM3-LR actuelle sur cette borne, et bien elle va demander que du 150kW pour être sûr de ne pas dégrader sa durée de vie. C’est ce que vous avez pu observer avec la Leaf-40 actuelle et la réduction de puissance apparente fournie par la borne (souvent constatée lors de plusieurs Quick-charges suivies). Que de dommage cela va faire sur le li-Ion actuel !
    §

  • VRAIMENT EN COLÈRE ‘
    Ne charger jamais SOBRETEL
    Les prix sont exorbitants , je viens d’en faire les frais pour ma Leaf .
    Les 18 kw a 8,70 € , 0,43 € le kw !!!! C’est du vol.
    Pour Tesla c’est 0,20 € du kw , Cela m’aurait coûter 3,60 € !!!!
    Et en plus Tesla fait du bénéfice.
    Chez moi c’est 0,13 €.

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Publié par
Philippe SCHWOERER

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