Electronique Mag - Le journal de l'électronique.

La transition des moteurs à combustion interne (ICE) vers les véhicules électriques (VE) génère de nouveaux enjeux de société, notamment en termes d’accès au mode de charge. Les véhicules électriques peuvent être chargés de manières très diverses à de multiples localisations, il est alors essentiel que les utilisateurs aient une compréhension claires de ces options de charge. Ils doivent aussi avoir accès à des services simples qui permettront une adoption à grande échelle des moyens de transport décarbonés.

La méthode de recharge optimale pour un véhicule électrique dépend de différents facteurs : le temps disponible à un point de recharge, la quantité d’énergie requise, ainsi que le mode de facturation et la disponibilité de l’équipement de recharge. Les véhicules électriques disposent tous d’un chargeur intégré, avec une puissance limitée pour des raisons évidentes de poids et de coût. Cela limite l’utilisation de la recharge en courant alternatif (AC) à domicile ou sur le lieu de travail, où la puissance limitée du chargeur intégré, et donc le temps de charge, n’est pas une contrainte. Cependant, la généralisation de la mobilité électrique nécessite un accès facilité à la recharge rapide, en courant continu (DC). Ces bornes de recharge rapides permettent de réduire considérablement le temps de charge. Elles sont déployées dans des espaces publics dédiés ou sur les aires d’autoroutes.

L’expansion de l’infrastructure de recharge rapide soulève de nouvelles questions. Par exemple, comment les conducteurs peuvent-ils savoir s’ils ont payé un prix juste ? Comment les grands opérateurs de bornes de recharge peuvent-ils s’assurer que leur infrastructure applique bien les réglementations en vigueur pour la vente d’électricité à des usagers (règlementation AFIR en Europe), surtout en courant continu ? Quelles mesures doivent prendre des entités telles que les supermarchés, les centres de recharge urbains ou les dépôts d’utilitaires électriques pour s’assurer que leurs futurs systèmes de recharge puissent facturer des usagers ou des entreprises tierces de façon précise et contrôlable ?

Compteurs d’énergie

Les compteurs d’énergie sont la solution la plus évidente. La mesure de l’énergie utilisée pendant une session de recharge est à la fois équitable et transparente du point de vue des usagers et des tiers, ce qui favorise la confiance propice à l’acceptation des nouvelles technologies. Il est ainsi possible de s’assurer que les individus sont facturés en fonction de l’énergie réellement consommée pendant le processus de charge (mesuré en kilowatts par heure ou kWh). La réglementation de l’échange commercial d’électricité et les normes de métrologie fournissent un cadre clair non seulement pour les conducteurs, mais aussi pour les exploitants d’infrastructures de recharge, car ils peuvent compter sur des niveaux de performance fiables et lisibles.

L’objectif de la métrologie légale est d’assurer à toutes les parties concernées la confiance dans les valeurs mesurées.. Les instruments de métrologie contrôlés font partie de notre quotidien. Nous y avons recours pour boire de l’eau, nous nourrir, consommer de l’électricité, du gaz dans nos lieux de résidence, utiliser des véhicules traditionnels… et bien plus encore. Les résultats vérifiés par un instrument de métrologie légale sont à la base de toutes les transactions impliquant des poids et des mesures, et le processus d’échange d’électricité entre les chargeurs rapides en courant continu et les véhicules électriques s’appuie sur les mêmes principes. Cela concerne non seulement l’infrastructure de recharge publique, mais aussi les autres domaines où plusieurs entités ont recours à la facturation basée sur la consommation réelle d’énergie.

Avec de développement des infrastructures de recharge rapide de véhicules électriques, des directives et des normes sont mises en place dans les différentes régions pour assurer la cohérence du déploiement. En Europe, le paquet législatif « Fit for 55 » (législations permettant de réduire les émissions de gaz à effet de serre à l’horizon 2030) inclut une règlementation harmonisant le déploiement des infrastructures de recharge rapide (AFIR : Alternative Fuel Infrastructure Regulation). Il établit les règles pour une utilisation simple et la fourniture de services standardisés dans toute l’Union européenne, avec notamment l’adoption du paiement par carte bancaire de la session de recharge basé sur le kWh. De même, aux États-Unis, le programme NEVI (National Electric Vehicle Infrastructure) incorpore des règles de financement du déploiement des infrastructures de recharge rapide en courant continu et applique les mêmes principes de paiement au kWh.

Le concept de mesure du courant continu reste relativement nouveau pour de nombreux laboratoires et organismes régulateurs.

Pour assurer une mesure précise de la consommation, des compteurs d’énergie DC sont installés dans les bornes de recharge rapide, ciblant spécifiquement l’interface entre le chargeur et le véhicule électrique. Ainsi, la valeur en kWh représente de façon précise l’énergie consommée par le véhicule pendant le processus de charge. De cette façon, l’utilisateur n’est pas facturé pour les pertes de conversion ou induites par le câblage qui ne sont pas sous son contrôle. La mesure de l’énergie est réalisée par un matériel robuste et précis dans toutes les conditions, et les données sont protégées contre les modifications, puis transmises aux fournisseurs de services de mobilité électrique, qui sont responsables du calcul du prix final et du processus de facturation.

Afin de s’assurer que les mécanismes de protection des performances de mesure et de comptage sont bien en place, des normes et des directives conditionnent la conception et la production de l’équipement de mesure. Elles incluent notamment la directive MID 2014/32/UE, qui établit les exigences fondamentales de mesure active de l’énergie au niveau européen. Il vient en complément des législations nationales spécifiques dans des pays tels que l’Allemagne (Eichrecht) et la France (Décision n° 22.00.570.001.1).

La facturation au kWh présente un effet vertueux induit. Elle incite au développement de technologies de recharge énergétiquement vertueuses car elle motive les opérateurs de bornes de recharge rapide à minimiser les pertes d’énergie durant le processus de recharge. Ce qui en retour, est avantageux pour la communauté des utilisateurs de véhicules électriques.

En pratique, le calcul du prix total d’une session de charge rapide prend les kWh comme base, conformément aux réglementations de métrologie, mais peut également intégrer le temps passé lorsque le véhicule reste stationné alors que sa charge est terminée (afin d’éviter la formation de files d’attente).

Un besoin de transparence

Lorsque le secteur des véhicules électriques n’en était encore qu’à ses débuts, la recharge était facturée au temps passé. En d’autres termes, les utilisateurs payaient le temps passé à la borne de recharge. La conséquence était une facturation inéquitable, dépendante de la vitesse de recharge du véhicule électrique et des chargeurs. Aujourd’hui, la tendance est à l’adoption d’un tarif au kWh basé sur l’énergie réellement consommée. Armés de données précises en temps réel, les propriétaires de véhicules électriques comprennent mieux leurs sessions de recharge et peuvent ainsi prendre des décisions corrélées aux coûts.

Pour parvenir à une véritable tarification au kWh, les systèmes de mesure d’énergie certifiés doivent être intégrés dans les bornes de recharge de véhicules électriques. S’appuyant sur son expertise et ses réalisations en termes de mesures électriques, LEM est devenu un acteur majeur de la recharge de VE et propose des solutions de comptage d’énergie spécialement adaptées au comptage du courant continu. LEM est un pionnier de la mesure de l’énergie en courant continu et collabore de façon étroite avec les autorités de contrôle et les fabricants de bornes de recharge rapides. L’entreprise suisse est la première à avoir proposé un compteur d’énergie DC certifié MID 2014/32/UE et effectue depuis un plaidoyer actif pour cette certification. D’autre part, LEM a obtenu l’homologation pour l’étalonnage des compteurs d’énergie DC pour les marchés français et allemand. Enfin, les solutions LEM permettent de s’adapter rapidement aux nouvelles exigences du marché nord-américain, en fournissant des composants hautes performances permettant de satisfaire aux exigences CTEP pour tous les bornes de recharge rapide DC.

Leader de ce secteur depuis les débuts de son développement, LEM a évalué et identifié les nouveaux besoins des clients et réuni des données précieuses sur le marché pour développer le premier compteur d’énergie pour les bornes de recharge rapide en courant continu, DCBM 400/600. LEM a construit des relations étroites avec les principaux organismes régulateurs, afin d’anticiper l’évolution de la réglementation, commençant par développer son expertise dans la norme européenne puis abordant les réglementations nationales une par une, chaque marché ayant ses propres règles et spécificités.

La gamme DCBM, de compteurs d’énergie DC certifiés, permet aujourd’hui aux opérateurs de bornes de recharge de véhicules électriques (EVCS) d’offrir aux utilisateurs l’expérience souhaitée de facturation au kWh. Elle a été conçue pour intégrer le plus simplement possible la fonction de mesure de courant dans bornes de recharge souvent complexes et modulaires. Les compteurs DCBM incluent un affichage qui permet de communiquer en temps réel les mesures d’énergie et les données légales. Destinés aux bornes de recharge rapide en courant continu, les compteurs d’énergie de la gamme DCBM peuvent atteindre 600 A et 1 000 V c.c.. Ils garantissent une communication sécurisée, une facturation authentique, une connectivité simple aux systèmes backend et un processus de certification rapide conforme aux règlementations de métrologie.

Outre la réglementation Eichrecht et la directive 2014/32/UE MID, ainsi que la réglementation française n° 22.00.570.001.1, les DCBM sont conformes aux réglementations EN 50470-1:2006, EN 50470-3:2006, PTB-A 50.7, PTB-A 20.1, CISPR32 émissions de Classe B, CEI 62052-11:2003, CEI 61000-6-2:2016, CEI 61000-6-3:2016, UL 61010-1, CAN/CSA-C22.2 n° 61010-1 et UL94-V0. Dit plus simplement, les compteurs d’énergie DCBM sont certifiés pour l’ensemble de l’Europe et de l’Amérique du Nord.

Facturation équitable, juste et transparente

Des compteurs d’énergie DC sont essentiels pour facturer la recharge rapide des véhicules électriques en courant continu de façon équitable, juste et transparente. C’est la seule façon de s’assurer que les utilisateurs et les tiers bénéficient de mesures précises, contrôlées légalement et fiables pour la facturation. Ils permettent également de s’assurer que l’infrastructure de recharge est prête pour les évolutions futures et pour s’adapter aux changements. Le choix de DCBM permet aux fabricants de bornes de recharge de mettre en place facilement la facturation basée sur les kWh, et de concentrer ainsi leurs investissements R&D sur les processus de déploiement et d’expansion de l’infrastructure.

Premiers compteurs d’énergie DC modulaires du marché (brevet en attente), les DCBM offrent des possibilités de conception compactes et flexibles. Ils se composent d’un module capteur qui mesure les flux d’énergie bidirectionnels, la tension, le courant et la température des busbars, et d’un module compteur assurant l’affichage et la communication vers la borne de recharge. Le compteur reçoit et traite les données mesurées, gère les sessions de charge et les formats, et authentifie les données pour s’assurer que les mesures peuvent être traitées et facturées en toute confiance.

De plus en plus d’entreprises souhaitant mettre en place des solutions de recharge au kWh pour les individus et les flottes comprennent l’importance de disposer d’un système certifié de mesure de l’énergie. Les compteurs d’énergie DCBM de LEM se déclinent en deux versions, 400 ou 600 A. Avec un nombre considérable d’unités installées en Europe, où ils jouent un rôle crucial pour déployer l’infrastructure de recharge au kWh.

Fidèle à son principe d’innovation constante, LEM a également lancé récemment le compteur bidirectionnel DCBM 100 de 80 A (V2G) pour les applications de recharge en courant continu dans la plage de 30 kW (avec une certification obtenue pour MID et Eichrecht). Ce compteur d’énergie compact offre une connectivité simple, ainsi qu’un processus de certification rapide conforme à l’ensemble des normes applicables.

En résumé, la facturation au kWh est gage d’équité. Elle est vitale dans la réussite du déploiement d’une infrastructure de recharge rapide et fiable des véhicules électriques et permet d’assurer des services homogènes et une transparence totale, quel que soit le pays. Les utilisateurs et les tiers ont ainsi l’assurance que les sessions de recharge des véhicules électriques sont facturées de façon intègre et en toute sécurité, et que les données avec lesquelles ils interagissent sont précises et à jour. Le recours à des solutions certifiées et extrêmement robustes est incontournable pour permettre aux opérateurs de répondre au plus près à l’augmentation rapide de la demande en faisant évoluer leur infrastructure de recharge.

https://www.lem.com/