La recharge intelligente et/ou bidirectionnelle

Description détaillée
Méthodes et pratiques
Impact sur les compétences en atelier

Innovation créatrice de nouvelles compétences: Oui
Innovation génératrice de nouvelles activités: Oui
Phase de développement de l'innovation: Récemment commercialisé

Date de création: 03 juillet 2024
Date de mise à jour: 03 juillet 2024

En bref

La charge intelligente et/ou bidirectionnelle est un mode de charge permettant de s'adapter aux enjeux environnementaux et techniques actuels en permettant des économies financières et énergétiques pour les utilisateurs.

Ces modes de charge nécessitent une évolution des bornes de charges et des véhicules notamment par la mise an place de protocoles de communications spécifiques.

Ces modes de charge représentent un défi pour l’après-vente tant sur les infrastructures, les connaissances techniques mais aussi l’accueil client et les services qui lui sont proposés.

Innovation créatrice de nouvelles compétences: Oui
Innovation génératrice de nouvelles activités: Oui
Phase de développement de l'innovation: Récemment commercialisé

Date de création: 03 juillet 2024
Date de mise à jour: 03 juillet 2024

Description détaillée

Le réseau électrique Français fait parti des plus sobres en terme d’émission CO2, grâce aux moyens de production faiblement émetteurs existant en France.

Quelques chiffres - Année 2018 :

En France, 100g de CO2/kWh produit
Moyenne Européenne, 400g de CO2/kWh produit

Avec l’arrivée des véhicules électriques on peut s’attendre à devoir augmenter les sources d’électricité. Mais avant cela il est important d'optimiser la consommation des ménages afin de ne pas générer de « Pic » de consommation et/ou un manque sur le réseau.

Pour limiter l’impact des véhicules électriques, différentes solutions techniques existent.

La recharge « intelligente ».
La recharge bidirectionnelle.

La recharge intelligente

La « recharge intelligente », aussi appelée « Smart Charging », permet de programmer automatiquement la charge du véhicule aux moments les plus opportuns, sans que l’utilisateur ait à intervenir.

De plus elle permet d’éviter certains frais d’installation ou de rénovation du réseau électrique domestique en lissant la recharge.

Eviter le pic de consommation national

Le client programme un départ à 8h le matin et souhaite une charge de son véhicule à 80%. La recharge intelligente favorisera une recharge lorsque la demande en électricité sera la plus faible sur le réseau électrique.

L'échange de données entre le véhicule et le point de recharge "intelligent" permet d'optimiser la recharge en modulant la puissance de charge selon la capacité du réseau électrique. La recharge sera donc privilégiée durant la nuit.

Cela sera totalement transparent pour le client. La batterie de son véhicule sera à 80% de charge à 8h. Il aura même fait des économies si son contrat intègre des heures creuses !

Eviter la surcharge du réseau électrique domestique

Le client arrive chez lui à 19h et branche son véhicule électrique. En rentrant chez lui, il allume également le four pour préparer le diner, il démarre une machine à laver et allume le chauffage électrique car la température extérieure est faible.

Sans la recharge intelligente, il y a un risque de surcharge du réseau électrique du client. Grâce à la recharge intelligente, la puissance électrique sera ajustée. Dans un premier temps, la recharge du véhicule électrique sera limitée pour privilégier l'électroménager et le chauffage. Puis lorsque la puissance électrique sera à nouveau disponible, elle sera renvoyée vers le véhicule électrique.

Cela permet au client d'éviter de basculer sur un contrat d'électricité offrant plus de puissance.

Cette technologie permet :

De réduire le cout de la recharge pour le client.
De réduire le cout de modernisation de l'installation électrique du client.
De limiter le pic de consommation en ajustant la plage de recharge.

Pour pouvoir bénéficier complétement de la recharge intelligente, différents prérequis sont nécessaires :

Un véhicule compatible
Une application smartphone de recharge compatible
Un point de recharge connecté (borne ou compteur électrique)

UN VEHICULE COMPATIBLE

Comme il est possible de préconditionner la température de l’habitacle du véhicule, il est possible de dire à quelle heure il doit commencer la charge. Généralement cette programmation s'effectue par l'IHM.

Elle permet entre autre de :

Régler l'heure de démarrage de la recharge.
Définir la capacité maximum à recharger dans la batterie de traction (Exemple : Charge maximum à 80%).
Définir le pourcentage de recharge à effectuer. Cette option plus rare permet d’adapter la charge quotidienne (exemple : Je réalise 80km de trajets domicile/travail quotidien. Cela correspond à 20% de ma charge batterie donc je programme la charge pour que la batterie se recharge de 20% supplémentaire.)

UNE APPLICATION SMARTPHONE

Plusieurs constructeurs proposent de gérer la programmation de la recharge via une application smartphone. Cette gestion de la recharge permet de piloter la recharge à distance.

Modifier le paramétrage de la recharge différée,
Demander la recharge immédiate,
Stopper la recharge
...

Exemple d'application constructeur :

MyPeugeot,
Tesla,
Mobilize power solution (Renault) …

UN POINT DE RECHARGE CONNECTE

Le point de recharge connecté peut être :

Grace à cette connectivité, les fournisseurs d’énergie peuvent piloter la recharge des véhicules en autorisant ou non le passage du courant.

3 modes de pilotages sont possibles :

Un pilotage temporel de la recharge afin de déplacer la recharge en heure creuse.
Un pilotage pour maximiser l’autoconsommation lorsque l’on a des panneaux solaires, le point de recharge connecté redirigera l’électricité « verte » vers le véhicule.
Un pilotage de répartition de la puissance disponible appelé le « délestage dynamique » permettant d'abaisser momentanément la puissance de charge du véhicule lorsque la maison a un fort besoin d'électricité.

Le délestage dynamique

La demande de puissance électrique peut être importante pour certaines installations domestiques. Pour éviter toute surcharge électrique, les constructeurs de bornes de recharge peuvent intégrer une fonction de « délestage dynamique ».

Cette fonction a pour but de limiter temporairement la puissance délivrée par la borne, afin de de prioriser les équipements électriques de l’habitation.

Application de gestion des points de recharge

Avec l'arrivée du point de recharge connecté, les fournisseurs d’énergie proposent des applications permettant de consulter et/ou de piloter la recharge des véhicules en autorisant ou non le passage du courant.

Comme avec les applications constructeurs, il est possible :

De choisir l’heure de démarrage de la charge.
D'afficher un bilan des différentes charges effectuées.
D'activer ou désactiver la charge à distance.
De configurer la charge dynamique.

Des fonctionnalités supplémentaires permettent de faciliter la recharge lors d'un long déplacement (état des bornes de recharges, réservation à distance...).

SYNTHESE

En résumé la recharge intelligente offre plusieurs possibilités :

Basculement de l’heure de recharge sur les tarifs heures creuses.
Autoconsommation de l’électricité « verte » produite à la maison.
Limiter les frais d’installation par le délestage dynamique.
Régler la puissance et la quantité d’électricité rechargée.
Déclencher la recharge à distance.
Consulter l’historique des consommations liées à la recharge des véhicules électriques.

Toutefois certaines de ces possibilités s’accompagnent d'un point de recharge connecté et/ou d'une connectivité à bord du véhicule.

La recharge bidirectionnelle

Le terme « bidirectionnel » désigne un fonctionnement dans deux directions. La charge bidirectionnelle des véhicules électriques correspond exactement à cela : une charge qui fonctionne dans les deux sens.

De l'infrastructure de recharge vers le véhicule.
Du véhicule vers l'infrastructure de recharge.

Cette innovation a pour but :

De soulager le réseau électrique national lors des pics de consommation électrique.
De servir d’alimentation secondaire pour le réseau domestique.

Les moyens de productions électriques s’orientent de plus en plus vers des sources vertes et non pilotables tel que l’éolien ou le solaire. Ces énergies vertes sont facilement consommées durant la journée, mais elles sont sous exploitées la nuit à cause d'une demande d'énergie très faible. Il faut donc stocker cette énergie produite pour ensuite répondre aux besoins du réseau lors des pics de consommation.

Lors d'une journée fortement ensoleillé ou avec beaucoup de vent, le besoin de stockage est le même.

C’est ici que la charge bidirectionnelle trouve tout son sens. En effet, chaque véhicule équipé de batterie de traction est une unité potentielle de stockage électrique mobile.

La voiture électrique se charge pendant la nuit (en bénéficiant d'un tarif d’énergie plus bas), ce qui en fait une solution respectueuse de l’environnement. Ensuite cette énergie est réutilisée sur le réseau domestique ou le réseau de distribution national pour un besoin ponctuel.

UN PROTOCOLE DE COMMUNICATION SPECIFIQUE

La charge bidirectionnelle et le Smart Charging s’appuient sur des protocoles connus sous le nom V2X (Vehicles to everything) comprenant différents niveaux. Ces communications sont normées par l’ISO 15118.

Le but des cette norme est d'établir un réseau électrique intelligent (Smart Grid) et d'utiliser les batteries des véhicules électriques comme point de stockage tampon de l'énergie.

Voici un rappel des différents niveaux de communications concernant la charge bidirectionnelle.

V2H : Vehicle to Home / Véhicule vers l'Habitation : Permet d'utiliser l'énergie du véhicule pour alimenter en électricité le réseau électrique domestique.

Exemple : Lors d'une coupure de courant / Pour alimenter les éclairages de la maison.
V2L : Vehicle to Load / Véhicule vers un appareil électrique : Permet d'utiliser l'énergie du véhicule pour alimenter un équipement électrique branché sur la prise de charge du véhicule

Exemple : Pour recharger un vélo électrique / Pour brancher une glacière électrique.
V2G : Vehicle to Grid / Véhicule au réseau : Permet d'utiliser l'énergie du véhicule pour alimenter le réseau électrique afin de limiter les pics de consommation sur celui-ci.

Exemple : En hiver entre 18 heures et 22 heures.

Déploiement en cours sur les infrastructures

Cette innovation s’appuie sur des protocoles de communications en cours de déploiement et pas encore généralisés. En plus des protocoles de communication certains composants du véhicule (exemple : Le chargeur embarqué) doivent évoluer pour être compatible à cette technologie.

La norme ISO 15118-20

Publiée en Avril 2022 elle étend la norme ISO 15118-2 publiée en 2014.

Cette nouvelle version apporte les fonctionnalités suivantes :

Charge bidirectionnelle (BPT) : charge et décharge du véhicule.
Profils de charges dynamiques et planifiés : les profils peuvent êtres calculés localement ou fournis par un système externe.
Charge sans-fil (WPT) : définition de messages pour échanger les informations nécessaires entre le véhicule et le chargeur sans-fil en complément de l’IEC 61980.
Multiplexage de la communication : ouverture de canaux de communications en parallèle du canal principal qui gère la charge. Ces canaux permettent de modifier certains paramètres de recharge et (exemple : les horaires) et d'envoyer des données de mesure sans perturber la charge en cours.
Automated Connection Device (ACD) : processus de connexion et déconnexion automatique pour le transfert d’énergie par conduction. (exemple : le pantographe pour un bus électrique).
Amélioration de la sécurité : mise à jour des algorithmes de cryptographie.
Gestion de multiples contrats : méthode explicite pour installer plusieurs contrats Plug & Charge dans le véhicule.

LES EVOLUTIONS TECHNIQUES

L'architecture de la chaîne de traction ne va pas évoluer énormément. Mais quelques éléments vont devoir évoluer afin de répondre à la norme IEC 15118 en particulier le chargeur embarqué

Le chargeur embraqué est spécifique car il doit être réversible.

C'est à dire qu'il doit être en capacité de transformer l'énergie de la batterie (courant DC généralement de 400 Volts) en courant alternatif 230 volts permettant d'alimenter des composants externes au véhicule.

Pour cela il intègre un convertisseur supplémentaire permettant cette transformation.

Le courant AC est donc disponible en sortie de prise. Pour des raisons de sécurité, l'adapteur V2X intègre des résistances internes pour informer le véhicule de la présence d'un adaptateur.

Selon les modèle, un bouton d'activation peut renforcer cette sécurité (exemple avec l'adaptateur Renault) .

Diffusion sur le marché	Les constructeurs automobiles vont vers une application globale de la norme ISO - 15118 sur leurs véhicules de séries, celle-ci entraîne des modifications techniques sur les câbles de charges, les chargeurs embarqués, les batteries de tractions, un contrôleur V2X et différents adaptateurs pour le V2L.
Constructeurs concernés	Tous les constructeurs sont concernés. Quelques exemples sur le marché ou en cours de développement : • Tesla est en avance puisque depuis le cybertruck, la fonction « Power Share » est en cours de déploiement. • Renault annonce que la R5 électrique sera le premier véhicule compatible à la recharge bidirectionnelle. • Mitsubishi intègre le V2X sur le Outlander, • Nissan avec la Leaf et la e-NV200 sont compatibles V2X. • Kia a sortie la EV6 compatible V2X. • Hyundai avec les Ioniq5 et 6 sont compatible V2X. • MG Marvel, MG4 et MG5 sont compatible V2X. • Volkswagen avec l’ID Buzz est compatible avec ces 2 technologies, et a une volonté de le généraliser à toute sa gamme.
Innovation engendrant des entretiens	Non
Innovation engendrant des réparations	Oui
Dispositif législatif en rapport avec l'innovation	ISO 15118 (IEC 15118) NFC 18550 NFC 15100 Loi LOM Décret 2017-26 EN 61851
Contrôle technique	Les contrôles à réaliser sont identiques à un véhicule électrique ou hybride rechargeable: Contrôle du non démarrage du véhicule lorsqu'il est en charge. Résistance entre la terre de la prise de charge et la masse du véhicule < à 100 ohms. Contrôle de l'étanchéité de la trappe de charge. Contrôle de l'état du cable de charge lorsque celui-ci est présenté. Pour le contrôleur : Obligation d'être habilité B2XL contrôle technique. Contrôles réalisés avec les équipements de protections individuels (EPI) spécifiques aux véhicules électriques et hybrides.
Mots-clés	bidirectionnelle smart charging charge programmée recharge intelligente recharge

Méthodes et pratiques

L'évolution de la chaine de traction, étant presque identique, les méthodes de réparation reste identique.

Mais lors d'un diagnostic du système V2X, le technicien devra être en capacité :

De contrôler le type de chargeur embarqué présent sur le véhicule (Avec ou sans la fonction V2X si elle est en option sur le véhicule)
De contrôler l'adaptateur (contrôle des résistance sur la ligne PP).
De contrôler le bouton d'activation (si l'adapteur intègre un bouton d'activation).

Exemple pour le contrôle de l'adaptateur Renault :

En cas de remplacement du chargeur embarqué, l'intervenant doit vérifier que le nouveau chargeur correspond bien à la définition technique du véhicule.

Entreprises concernées aujourd'hui	Carrosserie / Peinture, Centres auto, Spécialistes, MRA, RA2, RA1, Equipementiers
Métiers concernés	Carrossier et Peintre, Démonteur automobile, Encadrement d'atelier, Magasinier vendeur PRA, Mécanicien-Technicien Auto, Mécanicien-Technicien Moto, Réceptionnaire

Impact sur les compétences en atelier

Avant toute intervention, l' atelier après vente devra être en mesure de différencier un fonctionnement normal d'une défaillance externe au véhicule.

Exemple :

Une défaillance du réseau électrique chez le client, ou un mauvais paramétrage de l'application client pourrait faire croire au client qu'il y a un problème sur le véhicule.

GNFA

Pour cela le personnel devra être en mesure de réaliser des contrôles spécifiques :

La compatibilité du véhicule (option présente, chargeur embarqué correspondant ...)
L'existence d'un compte client et d'un contrat permettant la recharge bidirectionnelle.
Le vieillissement prématuré des batteries de tractions (état de santé)
Le lien véhicule / smartphone ou la connectivité du véhicule en cas de défaillance.

Les entreprises quand à elles devront se positionner sur :

Une nécessité d’accroître les connaissances techniques sur les thèmes de l’informatique et des communications pour les populations d'atelier.
Un accompagnement client face à ces nouvelles technologies.

Les interventions de réparation et de diagnostic sur ces systèmes exigent les compétences générique ci-dessous :

Maîtriser la lecture des schémas électriques.
Maîtriser toutes les fonctions de l'outil de diagnostic (Paramètres, activation des actionneurs ...)
Connaître les procédures d'intervention.
Posséder une habilitation

Les personnes ne possédant pas d'habilitation ou à minima d'un niveau averti ne peuvent pas intervenir sur ces véhicules.

Limite de l'habilitation atelier

Les habilitations atelier ne permettent pas de contrôler le réseau électrique chez le client. Seul un électricien pourra contrôler ou intervenir sur le réseau électrique du client.

Vieillissement prématuré des batteries de tractions

Selon une étude de l'université de Warwick, l'utilisation d'une batterie dans un scénario V2G ne nuit pas nécessairement à ses performances.

Après avoir effectué des simulations à l'aide d'un "modèle complet de dégradation de la batterie", les chercheurs ont conçu une technique V2G permettant de minimiser la dégradation de la batterie. Ils ont même découvert que, dans certaines circonstances, le transfert d'énergie vers le réseau pouvait prolonger la durée de vie de la batterie. "Les résultats d'une modélisation approfondie montrent que si un cycle de conduite quotidien consomme entre 21% et 38% de l'état de charge, le fait de décharger 40% à 80% de l'état de charge des batteries vers le réseau peut minimiser l'affaiblissement de la capacité d'environ 6% et l'affaiblissement de la puissance de 3% sur une période de trois mois", ont déclaré les chercheurs.