Technologies de chargeur de véhicules électriques

Les technologies de recharge des véhicules électriques en Chine et aux États-Unis sont globalement similaires.Dans les deux pays, les cordons et les fiches constituent la technologie largement dominante pour recharger les véhicules électriques.(La recharge sans fil et l’échange de batterie ont une présence tout au plus mineure.) Il existe des différences entre les deux pays en ce qui concerne les niveaux de charge, les normes de charge et les protocoles de communication.Ces similitudes et différences sont discutées ci-dessous.

A. Niveaux de charge

Aux États-Unis, une grande partie de la recharge des véhicules électriques s’effectue à 120 volts à l’aide de prises murales domestiques non modifiées.C’est ce qu’on appelle généralement la recharge de niveau 1 ou « d’entretien ».Avec la charge de niveau 1, une batterie typique de 30 kWh prend environ 12 heures pour passer de 20 % à une charge presque complète.(Il n'y a pas de prises de 120 volts en Chine.)

En Chine et aux États-Unis, une grande partie de la recharge des véhicules électriques s’effectue à 220 volts (Chine) ou 240 volts (États-Unis).Aux États-Unis, c’est ce qu’on appelle la recharge de niveau 2.

Une telle recharge peut avoir lieu avec des prises non modifiées ou un équipement de recharge spécialisé pour véhicules électriques et utilise généralement environ 6 à 7 kW de puissance.Lors d'une charge à 220-240 volts, une batterie typique de 30 kWh prend environ 6 heures pour passer de 20 % à une charge presque complète.

Enfin, la Chine et les États-Unis disposent de réseaux croissants de chargeurs rapides à courant continu, utilisant généralement 24 kW, 50 kW, 100 kW ou 120 kW de puissance.Certaines stations peuvent offrir 350 kW, voire 400 kW de puissance.Ces chargeurs rapides CC peuvent prendre une batterie de véhicule de 20 % à une charge presque complète dans des délais allant d'environ une heure à seulement 10 minutes.

Tableau 6 :Niveaux de recharge les plus courants aux États-Unis

Source : Département américain de l'énergie

B. Normes de facturation

je.Chine

La Chine dispose d’une norme nationale de recharge rapide des véhicules électriques.Les États-Unis disposent de trois normes de recharge rapide pour les véhicules électriques.

La norme chinoise est connue sous le nom de China GB/T.(Les initialesGBreprésente la norme nationale.)

Le China GB/T a été lancé en 2015 après plusieurs années de développement.124 Il est désormais obligatoire pour tous les nouveaux véhicules électriques vendus en Chine.Les constructeurs automobiles internationaux, dont Tesla, Nissan et BMW, ont adopté la norme GB/T pour leurs véhicules électriques vendus en Chine.GB/T permet actuellement une charge rapide avec une puissance maximale de 237,5 kW (à 950 V et 250 ampères), bien que de nombreux

Les chargeurs rapides DC chinois offrent une charge de 50 kW.Un nouveau GB/T sera lancé en 2019 ou 2020, qui améliorerait la norme pour inclure la recharge jusqu'à 900 kW pour les véhicules utilitaires plus gros.GB/T est une norme exclusivement chinoise : les quelques véhicules électriques fabriqués en Chine et exportés à l’étranger utilisent d’autres normes.125

En août 2018, le China Electricity Council (CEC) a annoncé un protocole d’accord avec le réseau CHAdeMO, basé au Japon, pour développer conjointement la recharge ultra-rapide.L’objectif est la compatibilité entre GB/T et CHAdeMO pour une recharge rapide.Les deux organisations s’associeront pour étendre la norme à des pays autres que la Chine et le Japon.126

ii.États-Unis

Aux États-Unis, il existe trois normes de recharge pour véhicules électriques pour la recharge rapide en courant continu : CHAdeMO, CCS SAE Combo et Tesla.

CHAdeMO a été la première norme de recharge rapide pour véhicules électriques, datant de 2011. Elle a été développée par Tokyo

Electric Power Company et signifie « Charge to Move » (un jeu de mots en japonais).127 CHAdeMO est actuellement utilisé aux États-Unis dans la Nissan Leaf et le Mitsubishi Outlander PHEV, qui comptent parmi les véhicules électriques les plus vendus.Le succès de The Leaf aux États-Unis pourrait êtreRECHARGE DE VÉHICULES ÉLECTRIQUES EN CHINE ET AUX ÉTATS-UNIS

ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU |FÉVRIER 2019 |

en partie grâce à l'engagement précoce de Nissan à déployer l'infrastructure de recharge rapide CHAdeMO chez les concessionnaires et autres sites urbains.128 En janvier 2019, il y avait plus de 2 900 bornes de recharge rapide CHAdeMO aux États-Unis (ainsi que plus de 7 400 au Japon et 7 900 en Europe).129

En 2016, CHAdeMO a annoncé qu'elle améliorerait sa norme par rapport à son taux de facturation initial de 70

kW pour offrir 150 kW.130 En juin 2018, CHAdeMO a annoncé l'introduction d'une capacité de charge de 400 kW, utilisant des câbles de 1 000 V et 400 A refroidis par liquide.Des tarifs plus élevés seront disponibles pour répondre aux besoins des gros véhicules commerciaux tels que les camions et les bus.131

Aux États-Unis, une deuxième norme de recharge est connue sous le nom de CCS ou SAE Combo.Il a été lancé en 2011 par un groupe de constructeurs automobiles européens et américains.Le motcomboindique que la fiche contient à la fois une charge CA (jusqu'à 43 kW) et une charge CC.132 In

En Allemagne, la coalition Charging Interface Initiative (CharIN) a été créée pour plaider en faveur de l’adoption généralisée du CSC.Contrairement à CHAdeMO, une prise CCS permet la recharge CC et CA avec un seul port, réduisant ainsi l'espace et les ouvertures nécessaires sur la carrosserie du véhicule.Jaguar,

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA et Hyundai prennent en charge CCS.Tesla a également rejoint la coalition et a annoncé en novembre 2018 que ses véhicules en Europe seraient équipés de ports de recharge CCS.133 La Chevrolet Bolt et la BMW i3 font partie des véhicules électriques populaires aux États-Unis qui utilisent la recharge CCS.Alors que les chargeurs rapides CCS actuels offrent une charge à environ 50 kW, le programme Electrify America inclut une charge rapide de 350 kW, qui pourrait permettre une charge presque complète en seulement 10 minutes.

La troisième norme de recharge aux États-Unis est exploitée par Tesla, qui a lancé son propre réseau Supercharger aux États-Unis en septembre 2012.134 Tesla

Les superchargeurs fonctionnent généralement à 480 volts et offrent une charge à un maximum de 120 kW.Comme

En janvier 2019, le site Internet de Tesla a répertorié 595 emplacements Supercharger aux États-Unis, et 420 emplacements supplémentaires « seront bientôt disponibles ».135 En mai 2018, Tesla a suggéré qu’à l’avenir ses Superchargers pourraient atteindre des niveaux de puissance aussi élevés que 350 kW.136

Dans nos recherches pour ce rapport, nous avons demandé aux personnes interrogées aux États-Unis si elles considéraient l’absence d’une norme nationale unique pour la recharge rapide en courant continu comme un obstacle à l’adoption des véhicules électriques.Rares sont ceux qui ont répondu par l’affirmative.Les raisons pour lesquelles plusieurs normes de charge rapide CC ne sont pas considérées comme un problème incluent :

● La plupart des recharges de véhicules électriques ont lieu à la maison et au travail, avec des chargeurs de niveau 1 et 2.

● Jusqu'à présent, une grande partie des infrastructures de recharge publiques et sur les lieux de travail utilisaient des chargeurs de niveau 2.

● Des adaptateurs sont disponibles qui permettent aux propriétaires de VE d'utiliser la plupart des chargeurs rapides CC, même si le VE et le chargeur utilisent des normes de charge différentes.(La principale exception, le réseau de recharge Tesla, n'est ouvert qu'aux véhicules Tesla.) Il existe notamment certaines inquiétudes concernant la sécurité des adaptateurs de recharge rapide.

● Étant donné que la fiche et le connecteur représentent un faible pourcentage du coût d'une station de recharge rapide, cela présente peu de défi technique ou financier pour les propriétaires de station et pourrait être comparé aux tuyaux pour essences à différents indices d'octane dans une station-service.De nombreuses bornes de recharge publiques disposent de plusieurs prises reliées à une seule borne de recharge, permettant à tout type de véhicule électrique d'y recharger.En effet, de nombreuses juridictions l’exigent ou l’encouragent.RECHARGE DE VÉHICULES ÉLECTRIQUES EN CHINE ET AUX ÉTATS-UNIS

38 |CENTRE SUR LA POLITIQUE ÉNERGÉTIQUE MONDIALE |SIPA DE COLOMBIE

Certains constructeurs automobiles ont déclaré qu’un réseau de recharge exclusif représentait une stratégie compétitive.Claas Bracklo, responsable de l'électromobilité chez BMW et président de CharIN, a déclaré en 2018 : « Nous avons fondé CharIN pour construire une position de pouvoir. »137 De nombreux propriétaires et investisseurs de Tesla considèrent son réseau de compresseurs exclusif comme un argument de vente, bien que Tesla continue d'exprimer la volonté de permettre à d'autres modèles de voitures d'utiliser son réseau à condition qu'ils contribuent au financement proportionnellement à l'utilisation.138 Tesla fait également partie de CharIN promouvant le CSC.En novembre 2018, il a annoncé que les voitures Model 3 vendues en Europe seraient équipées de ports CCS.Les propriétaires de Tesla peuvent également acheter des adaptateurs pour accéder aux chargeurs rapides CHAdeMO.139

C. Protocoles de communication de charge Les protocoles de communication de charge sont nécessaires pour optimiser la charge en fonction des besoins de l'utilisateur (pour détecter l'état de charge, la tension de la batterie et la sécurité) et du réseau (y compris

capacité du réseau de distribution, tarification en fonction de l'heure d'utilisation et mesures de réponse à la demande).140 China GB/T et CHAdeMO utilisent un protocole de communication connu sous le nom de CAN, tandis que CCS fonctionne avec le protocole PLC.Les protocoles de communication ouverts, tels que l'Open Charge Point Protocol (OCPP) développé par l'Open Charging Alliance, deviennent de plus en plus populaires aux États-Unis et en Europe.

Dans nos recherches pour ce rapport, plusieurs personnes interrogées aux États-Unis ont cité l’évolution vers des protocoles et des logiciels de communication ouverts comme une priorité politique.En particulier, certains projets de recharge publique qui ont reçu un financement au titre de l'American Recovery and Reinvestment Act (ARRA) ont été cités comme ayant choisi des fournisseurs dotés de plates-formes propriétaires qui ont ensuite connu des difficultés financières, laissant des équipements cassés qui ont dû être remplacés.141 La plupart des villes, des services publics et des stations de recharge ont été cités. Les réseaux contactés pour cette étude ont exprimé leur soutien aux protocoles de communication ouverts et aux incitations permettant aux hôtes des réseaux de recharge de changer de fournisseur en toute transparence.142

D. Coûts

Les chargeurs domestiques sont moins chers en Chine qu’aux États-Unis.En Chine, un chargeur domestique mural typique de 7 kW se vend en ligne entre 1 200 et 1 800 RMB.143 L'installation nécessite un coût supplémentaire.(La plupart des achats privés de VE sont livrés avec le chargeur et l'installation inclus.) Aux États-Unis, les chargeurs domestiques de niveau 2 coûtent entre 450 et 600 dollars, plus une moyenne d'environ 500 dollars pour l'installation.144 Les équipements de recharge rapide CC sont nettement plus chers aux États-Unis. les deux pays.Les coûts varient considérablement.Un expert chinois interrogé pour ce rapport a estimé que l'installation d'une borne de recharge rapide CC de 50 kW en Chine coûte généralement entre 45 000 et 60 000 RMB, la borne de recharge elle-même représentant environ 25 000 à 35 000 RMB, le câblage, l'infrastructure souterraine et la comptabilité de la main-d'œuvre. pour le reste.145 Aux États-Unis, la recharge rapide en courant continu peut coûter des dizaines de milliers de dollars par poste.Les principales variables affectant le coût d'installation des équipements de charge rapide CC comprennent la nécessité de creuser des tranchées, de mises à niveau des transformateurs, de circuits et de panneaux électriques nouveaux ou améliorés et d'améliorations esthétiques.La signalisation, les autorisations et l’accès pour les personnes handicapées sont des considérations supplémentaires.146

E. Chargement sans fil

La recharge sans fil offre plusieurs avantages, notamment l’esthétique, le gain de temps et la facilité d’utilisation.

Il était disponible dans les années 1990 pour l'EV1 (une des premières voitures électriques), mais il est rare aujourd'hui.147 Les systèmes de recharge sans fil pour véhicules électriques proposés en ligne coûtent entre 1 260 dollars et environ 3 000 dollars.148 La recharge sans fil pour véhicules électriques entraîne une pénalité en termes d'efficacité, les systèmes actuels offrant une efficacité de charge de environ 85 %149. Les produits de recharge sans fil actuels offrent un transfert de puissance de 3 à 22 kW ;des chargeurs sans fil sont disponibles pour plusieurs modèles de VE à partir de la charge sans fil à 3,6 kW ou 7,2 kW, ce qui équivaut à une recharge de niveau 2.150 Alors que de nombreux utilisateurs de VE considèrent que la recharge sans fil ne vaut pas le coût supplémentaire,151 certains analystes prédisent que la technologie sera bientôt généralisée, et plusieurs constructeurs automobiles ont annoncé qu’ils proposeraient la recharge sans fil en option sur les futurs véhicules électriques.La recharge sans fil pourrait être intéressante pour certains véhicules ayant des itinéraires définis, tels que les bus publics, et elle a également été proposée pour les futures voies électriques sur autoroutes, même si son coût élevé, sa faible efficacité de recharge et ses vitesses de recharge lentes constitueraient des inconvénients.152

F. Remplacement de la batterie

Grâce à la technologie d’échange de batteries, les véhicules électriques pourraient échanger leurs batteries épuisées contre d’autres complètement chargées.Cela réduirait considérablement le temps nécessaire pour recharger un véhicule électrique, avec des avantages potentiels significatifs pour les conducteurs.

Plusieurs villes et entreprises chinoises expérimentent actuellement l’échange de batteries, en mettant l’accent sur les flottes de véhicules électriques à forte utilisation, comme les taxis.La ville de Hangzhou a déployé l’échange de batteries pour sa flotte de taxis, qui utilisent des véhicules électriques Zotye fabriqués localement.155 Pékin a construit plusieurs stations d’échange de batteries dans le cadre d’un effort soutenu par le constructeur automobile local BAIC.Fin 2017, BAIC a annoncé son intention de construire 3 000 stations d’échange dans tout le pays d’ici 2021.156 La start-up chinoise de véhicules électriques NIO prévoit d’adopter la technologie d’échange de batterie pour certains de ses véhicules et a annoncé qu’elle construirait 1 100 stations d’échange en Chine.157 Plusieurs villes de Chine : notamment Hangzhou et Qingdao, ont également eu recours au remplacement des batteries pour les bus.158

Aux États-Unis, les discussions sur l’échange de batteries se sont estompées après la faillite en 2013 de la start-up israélienne d’échange de batteries Project Better Place, qui avait prévu un réseau de stations d’échange pour les voitures particulières.153 En 2015, Tesla a abandonné ses projets de stations d’échange après en avoir construit une seule. installation de démonstration, accusant le manque d’intérêt des consommateurs.Il existe aujourd’hui peu ou pas d’expériences en cours concernant l’échange de batteries aux États-Unis.154 La baisse des coûts des batteries, et peut-être dans une moindre mesure le déploiement d’une infrastructure de recharge rapide en courant continu, ont probablement réduit l’attrait de l’échange de batteries aux États-Unis. États-Unis.

Si l’échange de batterie offre plusieurs avantages, il présente également des inconvénients notables.Une batterie de véhicule électrique est lourde et généralement située au bas du véhicule, formant un composant structurel intégral avec des tolérances techniques minimales pour l'alignement et les connexions électriques.Les batteries d'aujourd'hui nécessitent généralement un refroidissement, et il est difficile de connecter et de déconnecter les systèmes de refroidissement.159 Compte tenu de leur taille et de leur poids, les systèmes de batterie doivent s'adapter parfaitement pour éviter les cliquetis, réduire l'usure et maintenir le véhicule centré.L'architecture des batteries de skateboard, courante dans les véhicules électriques d'aujourd'hui, améliore la sécurité en abaissant le centre de poids du véhicule et en améliorant la protection contre les collisions à l'avant et à l'arrière.Les batteries amovibles situées dans le coffre ou ailleurs ne bénéficieraient pas de cet avantage.Étant donné que la plupart des propriétaires de véhicules facturent principalement à leur domicile ouRECHARGE DE VÉHICULES ÉLECTRIQUES EN CHINE ET AUX ÉTATS-UNISau travail, l’échange de batteries ne résoudrait pas nécessairement les problèmes d’infrastructure de recharge : cela aiderait seulement à résoudre les problèmes de recharge publique et d’autonomie.Et comme la plupart des constructeurs automobiles ne sont pas disposés à standardiser les blocs-batteries ou la conception (les voitures sont conçues autour de leurs batteries et de leurs moteurs, ce qui en fait une valeur exclusive clé160), l'échange de batteries peut nécessiter un réseau de stations d'échange distinct pour chaque constructeur automobile ou un équipement d'échange distinct pour différents modèles et tailles des véhicules.Bien que des camions mobiles d’échange de batteries aient été proposés161, ce modèle commercial n’a pas encore été mis en œuvre.