Le choix du type et de la marque de bus électrique est souvent un point essentiel lorsqu'il s'agit de convertir une ou plusieurs lignes d’un réseau de mobilité urbaine. La flotte de bus doit répondre à des critères d’autonomie, de confort et d’ergonomie qui peuvent être adaptés au besoin. Il est donc pertinent d’inclure dans cette réflexion, des fournisseurs de bornes de recharge qui pourront proposer les solutions adaptées à chaque situation. Découvrez les informations indispensables afin de bien choisir sa borne de recharge pour une flotte de bus électriques.
Définir son besoin en exploitation
Il est primordial de définir son ou ses modes de charge. Dans la majorité des cas, la recharge des bus électriques s’effectue au dépôt. Cependant, d’autres solutions hors du dépôt, peuvent être envisagées lorsque l’autonomie du bus pourrait être insuffisante pour couvrir le trajet aller-retour.
La charge au dépôt
Une fois son trajet réalisé, chaque bus rentre au dépôt pour stationner, réaliser sa maintenance, son nettoyage et/ou recharger ses batteries. Le mode d’exploitation de chaque bus permettra soit un arrêt court pour compléter la charge de la batterie (souvent en cours de journée) soit une pause plus longue qui permettra une recharge complète (généralement la nuit).
Le dépôt peut être équipé de systèmes de recharge sous forme de bornes ou sous forme de portique qui permet une recharge sans que le conducteur n'intervienne pour réaliser la connexion du pistolet (de la prise) sur le bus.
Les bornes de recharge
Une très longue pause du bus sur son trajet permet d’envisager une recharge avec une borne AC (dans ce cas, le chargeur est embarqué dans le bus avec les batteries). La durée de recharge étant souvent relativement limitée et la batterie du bus de forte capacité, on privilégie la charge DC qui permet de délivrer plus de courant et donc d’énergie dans ce temps limité. Ceci garantit que le bus disposera de sa pleine autonomie avant de reprendre la route.
Un chargeur DC peut permettre de recharger un ou deux bus simultanément (s’il est équipé de 2 pistolets). Dans ce cas, sa puissance s’adapte et se répartit selon les besoins de chaque bus. Pour des raisons d’ergonomie et de sécurité, on peut aussi préférer libérer le passage piéton près du bus. Dans ce cas, l’électronique de puissance sera logée dans un coffret et seul(s) le ou les pistolets seront mis à disposition du chauffeur sur un support dédié au plus proche de chaque bus. Ce sont les notions de chargeur Proxi (Proximité) ou Déporté. De nombreux accessoires améliorent aussi l’ergonomie et facilitent la vie des chauffeurs.
La recharge via portique
Dans une configuration portique, un grand cadre métallique enjambe le parking et porte des dispositifs qui viendront se connecter au toit de chaque bus. Le principal avantage est que le système permet de véhiculer de fortes puissances DC : la charge est donc rapide voire ultra-rapide.
Le second avantage réside dans le fait que le conducteur n’ait pas à manipuler les câbles et les connecteurs. Il doit simplement garer son bus électrique sous le portique afin de lui permettre de se recharger. La recharge par portique présente cependant deux inconvénients : le dépôt doit pouvoir accepter ce type de structure et le bus doit être équipé sur son toit du dispositif ad’hoc pour recevoir l’énergie.
La charge hors dépôt
On peut distinguer deux types de charge hors dépôt, leur choix dépend de l’adéquation bus - parcours, du temps qu’on peut allouer à cette phase de recharge et des performances du réseau électrique à l’endroit considéré.
La recharge en fin de parcours
Si le trajet aller-retour est incompatible avec l’autonomie du bus, une des solutions à envisager est de procéder à une recharge d’appoint au terminus avant de commencer le trajet retour. Dans ce cas, le temps de pause du bus est mis à profit pour effectuer le complément de recharge (la batterie n’est jamais totalement déchargée à cette étape). Selon le temps de pause, on procédera à une charge rapide par borne ou ultra-rapide par pantographe. Le dimensionnement de l’installation (puissance de la borne de recharge) sera fonction de la quantité d’énergie à produire dans le laps de temps alloué.
La recharge par opportunité
Une recharge par opportunité peut s’envisager lors d’un arrêt, pendant la descente et la montée des passagers, un dôme installé au niveau de l’arrêt permettra alors de recharger les batteries en quelques minutes en se connectant au toit du bus. C’est une solution qui s’intègre bien dans le paysage urbain, mais pour l’envisager il faut s’assurer que le réseau de distribution électrique à proximité de l'arrêt dispose de la puissance nécessaire.
Comment gérer le temps de charge et choisir la puissance minimale de recharge nécessaire ?
Définir la puissance de recharge
Chaque bus dispose de batteries qui constituent son réservoir d’énergie. Leur capacité dépend de l’autonomie recherchée pour le bus. Pour recharger une batterie et donc lui permettre d’accumuler de l’énergie, il faut lui fournir du courant électrique pendant un certain temps. On peut donc jouer sur les deux facteurs pour stocker la même quantité d’énergie : fournir plus de courant dans un temps limité ou fournir un courant limité pendant une durée plus longue. Le bus aura donc consommé une partie de l’énergie stockée dans ses batteries au moment où il se présentera pour être rechargé. L’objectif est de lui redonner une autonomie suffisante pour son prochain trajet, donc de compléter la charge de la batterie à un niveau suffisant. Le temps maximum disponible pour compléter la charge des batteries du bus électrique est un facteur lié à son planning d’utilisation. En fonction de la quantité d’énergie à transférer, le courant de charge devra être adapté.
Pour rappel, les chargeurs AC ne délivrent qu’une toute petite puissance, leur temps de charge est donc assez long. Les chargeurs DC sont capables de transférer beaucoup plus de courant et permettent donc de mieux moduler le temps de recharge. Idéalement, un chargeur DC doit être flexible sur toute sa durée de vie et doit pouvoir être équipé, après installation, de modules de puissance complémentaires qui lui permettront de prendre en compte de nouveaux types de batteries plus gourmandes en énergie.
Définir le temps de charge
Dans un format borne (proxi ou distante), la limite de courant maximum résulte de l’utilisation du pistolet et de la prise CCS associée. Pour des puissances plus importantes et une recharge ultra-rapide, il faudra privilégier les solutions dôme ou portique et pantographe. En fonction du bus, de la capacité des batteries embarquées et des caractéristiques du parcours, il est pertinent de réaliser une estimation de la consommation engendrée par le trajet. Le planning d’utilisation du bus permettra ensuite de connaître le temps de charge maximum avant son nouveau départ. La puissance de la borne de recharge sera alors dimensionnée pour assurer la recharge suffisante afin de garantir l’autonomie du prochain voyage.
Quelle infrastructure en amont des chargeurs ?
Pour que les chargeurs puissent délivrer de l’énergie aux bus, il est nécessaire qu’ils en reçoivent. Ils doivent donc être raccordés à une infrastructure électrique. Il peut être pertinent de surveiller ou piloter les chargeurs depuis les bureaux du dépôt, souhaiter qu’ils se synchronisent sur le planning d’utilisation des bus et qu’ils se coordonnent entre eux pour du smart charging. Il peut également être intéressant que les chargeurs émettent un message via le web lorsqu’une maintenance est nécessaire. Pour cela, il faut donc penser aussi à les raccorder au réseau informatique.
L’infrastructure électrique
Chaque borne est alimentée en basse tension via un disjoncteur de protection. Un disjoncteur a pour rôle de protéger la borne et son câble d’alimentation, il peut aussi intégrer une mesure de l’énergie distribuée voire communiquer des informations via un réseau informatique. Un tableau électrique basse tension regroupe tous les disjoncteurs et reçoit son énergie d’un poste de livraison du réseau électrique national.
Si l’installation du dépôt comporte beaucoup de bornes ou si de fortes puissances sont mises en œuvre, plusieurs tableaux électriques et/ou postes de livraison peuvent être nécessaires. Il est également possible d’envisager de sécuriser la disponibilité de l’énergie électrique en connectant chaque tableau électrique à deux sources ou à un groupe de secours. Le raccordement au réseau électrique national peut être l’une des sources d’énergie si le site dispose d’une installation d’énergie alternative comme par exemple des panneaux photovoltaïques.
Au-delà du raccordement physique au réseau, le fournisseur d’énergie électrique sera choisi selon différents critères, dont ceux économiques. Pouvoir prédire sa consommation et savoir la moduler au besoin sont des atouts pour négocier de bonnes conditions d’achat. L’utilisation d’un système de smart-charging peut permettre de réaliser rapidement des économies.
L’infrastructure informatique
Chaque borne intègre un système informatique pour gérer les échanges entre le véhicule et la borne. Ce dispositif permet d'identifier le véhicule et moduler la charge dont il a besoin. Il peut être pertinent d’interconnecter tous ces dispositifs pour permettre un dialogue et une synchronisation avec les outils de gestion des activités du dépôt.
Les bornes de recharge, une fois raccordées à un réseau informatique dédié et privé, peuvent être pilotées par une solution de smart-charging qui synchronisera les charges en fonction du temps d’arrêt des bus et de leur planning d’utilisation, optimisant ainsi la consommation d’énergie du site. Le système de smart-charging s'interconnecte avec le réseau informatique du dépôt et communique avec les outils de planification pour prendre en compte les changements de dernière minute.
Dans le cas où une liaison vers l’extérieur est mise en place (via 5G, 4G ou via internet en passant par le firewall du site pour protéger les accès et données) les bornes peuvent transmettre leurs informations de fonctionnement pour analyse par une application déportée. La compilation de ces informations permettra de fournir des graphiques, historiques, rapports de fonctionnement ou de consommation périodiques. En cas de besoin spécifique, chaque borne de recharge pourra directement envoyer un message pour demander une maintenance préventive ou curative. Elle pourra aussi informer l’exploitant d’une situation particulière en lui envoyant un message directement sur son smartphone. Celui-ci pourra alors se connecter, avec son smartphone ou sa tablette, à la plateforme de supervision pour avoir un état des lieux complet et en temps réel de la situation au dépôt.
Pour bien choisir sa borne de recharge de bus électriques, plusieurs critères doivent être étudiés et pris en compte : le type de charge (charge au dépôt ou hors dépôt), le temps de charge, et l’infrastructure en amont des chargeurs. Les solutions de recharge pour véhicules électriques lourds sont multiples et certains produits permettent de compléter parfaitement le choix d’un type de bus ou apportent la solution adéquate pour une ligne particulière d’un réseau urbain. Il est donc recommandé de prendre en compte tant le constructeur de bus que le fournisseur de solutions de recharge dans la définition d’une stratégie pour équiper son réseau de mobilité en bus électriques.
