Que signifie une puissance de charge plus élevée pour les systèmes CC des véhicules électriques ?

La recharge des véhicules électriques entre dans une phase de puissance plus élevée.

L'infrastructure de recharge publique se développe, tandis que les bornes de recharge rapide et ultra-rapide représentent une part croissante des nouvelles installations. Les nouvelles plateformes pour véhicules électriques évoluent également vers des tensions de batterie plus élevées, avec l'arrivée sur le marché d'architectures de 800 V et même de 1 000 V.

Pour les équipements de charge, cette évolution soulève une question assez simple : que change-t-il lorsque la puissance de charge augmente ?

La solution ne réside pas simplement dans un convertisseur de puissance plus grand.

La tension et le courant se déplacent ensemble.

La puissance de charge dépend à la fois de la tension et du courant. Augmenter la tension du système permet de fournir la même puissance avec un courant plus faible.

Par exemple, fournir 350 kW à 400 V nécessite un courant théorique d'environ 875 A. À 800 V, le courant est réduit à environ 438 A.

Cela est important car le courant influe directement sur les pertes dans les conducteurs et la génération de chaleur. À puissance égale, une tension plus élevée peut donc contribuer à réduire les pertes lors de la charge.

Mais la réduction du courant ne résout pas les problèmes électriques. Le système de charge doit toujours supporter une tension continue plus élevée sur son circuit d'alimentation, notamment au niveau des dispositifs de commutation, des composants de protection, des barres omnibus, des connecteurs et des systèmes d'isolation.

Le chemin d'alimentation CC devient plus important

Un chargeur haute puissance comprend un certain nombre de composants entre l'étage de conversion de puissance et le véhicule.

Le circuit électrique peut comprendre des barres omnibus, des câbles, des connecteurs, des contacteurs, des fusibles et autres dispositifs de protection ou de commutation. Leurs caractéristiques ne peuvent être considérées indépendamment, car les conditions de fonctionnement d'une partie du système peuvent affecter les exigences des autres.

Par exemple, un contacteur CC utilisé dans un système de recharge pour véhicules électriques doit fonctionner à la tension et au courant requis tout en gérant les conditions de commutation réelles de l'application.

Il en va de même pour les fusibles à courant continu. Le courant nominal est important, mais ne constitue qu'une partie du processus de sélection. La tension du réseau, le courant de défaut disponible, le pouvoir de coupure, la température et les conditions d'installation doivent également être pris en compte.

Cela devient d'autant plus important que les équipements de charge évoluent vers des niveaux de puissance plus élevés.

La gestion thermique reste importante

Une tension système plus élevée peut contribuer à réduire le courant pour un niveau de puissance donné, mais la chaleur reste un facteur important à prendre en compte.

Des pertes de puissance se produisent tout au long du système de charge, notamment au niveau des connexions, des conducteurs, des composants de commutation et des étages de conversion de puissance. Un fonctionnement continu à haute puissance peut aggraver ces pertes, en particulier à l'intérieur des équipements de charge compacts.

C’est aussi pourquoi le refroidissement est devenu un élément important de la conception des chargeurs haute puissance.

Dans certaines applications, le câble de charge lui-même nécessite un refroidissement actif pour supporter un courant très élevé sans devenir excessivement lourd ou difficile à utiliser. À l'intérieur du chargeur, les composants électroniques de puissance et autres sources de chaleur doivent également fonctionner dans leur plage de température spécifiée.

Le choix des composants doit donc tenir compte de l'environnement thermique réel, et non pas seulement des valeurs nominales de tension et de courant.

Les exigences de protection évoluent avec le système

Les systèmes CC de forte puissance nécessitent également une attention particulière en matière de protection contre les défauts.

Un système de charge doit réagir de manière appropriée aux courts-circuits et autres anomalies tout en isolant le circuit concerné. Le fusible, le contacteur et les autres dispositifs de protection doivent fonctionner dans les limites de tension et de défaut du système.

Ceci est particulièrement pertinent pour les architectures à haute tension, car l'interruption des défauts CC devient plus exigeante à mesure que la tension du système augmente.

La conception du système de protection doit donc être envisagée conjointement avec l'architecture électrique, plutôt que traitée comme une étape distincte de sélection des composants.

Au-delà de 800 V

La norme 800V est devenue une référence importante pour les plateformes de véhicules électriques hautes performances, mais l'industrie s'oriente déjà vers des solutions plus avancées.

Des plateformes de véhicules électriques de tourisme de 1000 V font leur apparition sur le marché, tandis que des systèmes de recharge ultra-rapides et à l'échelle du mégawatt sont également développés pour les applications où la réduction du temps de recharge est particulièrement importante.

Pour les véhicules de tourisme, les performances de recharge dépendront de plus en plus de la compatibilité entre le véhicule et l'infrastructure de recharge.

Pour les véhicules utilitaires et les camions électriques, les exigences peuvent être encore plus élevées. La recharge à l'échelle du mégawatt est en cours de développement pour les applications intensives, où des temps de charge plus courts peuvent avoir un impact direct sur l'utilisation des véhicules.

À mesure que ces systèmes évoluent, le circuit d'alimentation CC devra supporter une tension plus élevée, un courant continu élevé, des conditions thermiques plus exigeantes et des exigences de protection de plus en plus sophistiquées.

Conception du système CC dans son ensemble

L'évolution vers une recharge plus rapide des véhicules électriques modifie bien plus que la simple puissance nominale du chargeur.

Le niveau de tension, le courant, les conditions thermiques, les performances de commutation et la protection contre les défauts sont étroitement liés. Les composants tels que les contacteurs CC et les fusibles doivent être sélectionnés en fonction des conditions réelles de fonctionnement du système de charge, et non uniquement de leurs caractéristiques nominales.

Pour les fabricants de bornes de recharge pour véhicules électriques, cette approche systémique deviendra de plus en plus importante à mesure que la puissance de recharge continuera d'augmenter.