L’institut Fraunhofer ISE développe une technologie basée sur la moyenne tension pour les futures stations de recharge rapide destinées aux voitures et poids lourds électriques. Des applications sont même imaginées avec les partenaires hors de ce cadre.
En matière de voitures électriques, l’habitude a été prise de parler de haute tension pour qualifier la batterie qui permet la traction ou la propulsion et la distinguer de celle de 12 V dite à basse tension. Pourtant le groupe motopropulseur fonctionne sous 400 ou 800 V, selon les modèles.
Pour un électricien, jusqu’à 1 000 V, nous sommes encore dans la basse tension. La moyenne tension (ou HTA), c’est entre 1 000 et 50 000 V. Au-delà nous sommes dans la haute tension (HTB). Ce petit rappel est important pour comprendre les recherches que mène actuellement avec quelques partenaires l’institut Fraunhofer ISE dans le cadre du projet MS-Tankstelle.
Les scientifiques allemands partent du principe qu’avec le développement des voitures et poids lourds à batterie (BEV) dont la puissance moyenne respective est de 150 et 350 kW pour la recharge rapide, les stations ne vont plus pouvoir être raccordées au système électrique nationale basse tension. Ils comptent bientôt présenter un démonstrateur d’un point de charge qui s’appuie sur une solution à moyenne tension. Ce sera à Essen, du 11 au 13 février prochains, lors du salon E-world Energy & Water.
Le long des grands axes, en particulier sur les autoroutes, une station-service classique avec huit pompes à carburant suffit pour accueillir les automobilistes, même lors des grands départs pour les vacances. Du fait d’une durée supérieure pour recharger les batteries, l’institut Fraunhofer ISE estime qu’il faudra à l’avenir des stations de recharge avec 15 à 25 bornes quand la mobilité électrique sera davantage développée.
D’où des besoins en puissance de 1,5 à 3,5 mégawatts à l’échelle du site, pas vraiment compatibles avec une alimentation basse tension. Ce serait possible, mais avec un investissement très élevé pour l’installation et des pertes d’énergie importantes en raison des longs câbles qui pourraient dépasser les 100 mètres afin de raccorder les bornes sur les parkings.
Avec plusieurs partenaires privés, les scientifiques ont développé une solution s’appuyant sur une alimentation en 1 500 V DC grâce à un redresseur et des semi-conducteurs efficaces en carbure de silicium. La tension plus élevée permet d’obtenir une plus grande puissance à courant égal sans qu’il soit nécessaire d’augmenter la section des câbles. D’où un besoin bien moindre en cuivre qui permet de modérer les investissements et de préserver les ressources.
Embarquant également les entreprises Sumida Components & Modules, Infineon Technologies et AEG Powersolutions, la solution mise en avant par l’institut Fraunhofer est applicable à des stations de recharge de différentes tailles pour recharger les batteries des véhicules électriques les plus divers.
Au centre de l’architecture, un convertisseur qui relie le réseau de distribution en courant continu à la batterie du véhicule. C’est cet élément qui commande le processus de recharge rapide. D’une puissance unitaire de 175 kW, les convertisseurs sont conçus de manière à pouvoir être facilement connectés en parallèle dans le système.
Cette approche modulaire permet de construire des sites avec des puissances de recharge nettement différentes, par exemple pour accueillir à la fois des voitures particulières, des utilitaires légers et des poids lourds. Les partenaires préconisent que les bornes soient compatibles avec les normes CCS1 et CCS2, pour des recharges jusqu’à une intensité de 500 A et des tensions maximales de 1000 V.
Le concept développé par l’institut Fraunhofer peut être adapté à la recharge au mégawatt (MCS) des poids lourds. Il faudra pour cela un convertisseur dédié qui sera obtenu avec quelques composants spécifiques.
Pour Andreas Hensel, chef de groupe de l’électronique de haute puissance et de la technologie des systèmes à l’institut Fraunhofer ISE, les travaux issus du programme MS-Tankstelle présentent aussi de l’intérêt hors du cadre de la mobilité électrique : « La topologie que nous avons développée dans ce projet trouve des applications non seulement dans les stations de recharge, mais aussi pour son intégration dans des centrales électriques hybrides renouvelables ou des systèmes de stockage de batteries stationnaires ».
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