L'avenir électrique : suivi de l'infrastructure de recharge des véhicules électriques d'aujourd'hui à 2030

Chaque jour, des millions d'Américains effectuent de courts trajets aller-retour que presque tous les véhicules électriques peuvent aisément réaliser. Branchez votre voiture la nuit, et elle sera prête le lendemain matin. Mais que se passe-t-il si vous oubliez de la brancher ? Ou si vous devez faire un trajet de 600 miles ? Cela signifie-t-il que vous devrez renoncer au voyage, louer un autre véhicule, ou peut-être risquer de rester bloqué sur le bord de la route ?

Pour éviter de telles situations—et pour encourager l'adoption des véhicules électriques (VE)—une infrastructure de recharge robuste est nécessaire, incluant des stations de recharge rapide DC à haute intensité capables de recharger une batterie de VE en quelques minutes plutôt qu'en plusieurs heures. Ces stations devraient être correctement espacées et positionnées, afin que les conducteurs aient la liberté de s'arrêter quand cela leur convient, plutôt que de planifier leurs trajets en fonction de l'infrastructure de recharge disponible.

Estimations pour l'avenir des infrastructures de recharge pour VE

Selon le rapport T2 2023 du National Renewable Energy Laboratory (NREL), il y avait 3,8 millions de véhicules électriques (VE) en circulation aux États-Unis en juin 2023. Il y a 14 244 bornes de recharge rapide DC publiques (définies comme ayant une capacité de livraison de puissance de 150 kW ou plus) et 114 470 bornes de recharge AC L2 publiques disponibles. Cela équivaut à 0,4 rechargeurs rapides DC et 3,0 rechargeurs de niveau 2 pour 100 VE.

Ce même rapport estime que 33 millions de véhicules électriques seront sur les routes aux États-Unis d'ici 2030, et que 0,6 borne de recharge rapide publique en courant continu et 3,2 bornes publiques de niveau 2 seront nécessaires pour 100 véhicules électriques. En termes de chiffres bruts, le rapport indique un besoin de 182 000 bornes DC et 1 067 000 bornes L2 au total—une augmentation totale de bien plus d’un million.

Déploiement de l'infrastructure des stations de charge pour véhicules électriques

L'infrastructure publique de recharge des véhicules électriques peut être divisée en deux types de base : à long terme (souvent pendant la nuit) et à court terme utilisée pour recharger les batteries avant de reprendre immédiatement un trajet.

Une infrastructure de recharge AC plus lente est assez simple, car elle nécessite peu plus qu'une prise robuste et une installation adéquate, et elle est utile dans des situations telles que des séjours à l'hôtel pendant la nuit ou dans le garage de stationnement d'une entreprise. Les entreprises privées ont un incitatif naturel à développer cette infrastructure. La recharge sur place est un énorme incitatif à passer du temps dans un établissement. Toutefois, la recharge AC limite en grande partie la distance que quelqu'un peut parcourir en une journée à l'autonomie de la batterie d'un véhicule électrique—généralement moins de 300 miles.

Les infrastructures de recharge rapide DC, capables de recharger entièrement un véhicule en quelques minutes, sont plus complexes que leurs homologues AC. Dans ce cas, l'alimentation nécessite une conversion de l'énergie AC du réseau en une sortie DC haute puissance avant d'être envoyée au véhicule.

Une gestion et une conversion robustes de l'énergie peuvent être facilitées grâce à des technologies telles que les transistors à base de carbure de silicium. Les capteurs de courant sont également nécessaires pour mesurer la quantité d'énergie transférée à un véhicule pendant la charge, et des ressources informatiques locales et basées sur le cloud seront nécessaires pour maintenir le réseau général et le réseau de recharge à une capacité optimale.

Besoins fondamentaux en alimentation électrique et infrastructure EVSE

Installer un équipement d'alimentation pour véhicules électriques (EVSE, c'est-à-dire des stations de recharge) adéquat est une tâche énorme. Ce qui est peut-être encore plus important, c'est l'infrastructure du réseau sous-jacente qui fournit de l'énergie à ces stations, ainsi que la multitude de dispositifs électriques que nous considérons largement comme acquis aujourd'hui.

Considérez que si les 182 000 ports DC EVSE proposés chargeaient simultanément à 350 kW (la valeur élevée citée pour les chargeurs DC, un chiffre qui augmentera probablement à l'avenir), cela créerait une charge électrique de 63,7 gigawatts (GW). Ajoutez 1 067 000 chargeurs L2 jusqu'à 19 kW chacun, et nous avons une charge supplémentaire de 20,3 GW. Ensemble, cela donne un total théorique de 84 GW de consommation électrique.

Bien qu'il soit quasiment impossible que chaque chargeur fournisse de l'énergie simultanément, même une fraction de 84 GW représente un pourcentage significatif des quelque 1200 GW de capacité totale de production d'énergie du pays aujourd'hui. Des mises à niveau devront être effectuées sur l'infrastructure existante pour gérer ces charges plus importantes. Parallèlement, les véhicules électriques connectés peuvent également être utilisés comme solution de secours bidirectionnelle pour les batteries, de sorte qu'avec une planification minutieuse, l'adoption rapide des véhicules électriques pourrait également offrir certains avantages pour l'infrastructure.

Bien sûr, au-delà de l'alimentation et de l'électronique pour la gérer, les conducteurs auront également besoin de la prise correcte et du protocole de charge pour établir l'interface entre leur véhicule et l'EVSE. À cet égard, il y a un excellent développement.

La bonne nouvelle : compatibilité Tesla NACS

Les chiffres de NREL mentionnés ci-dessus incluent l'équipement Tesla, qui représente 61,6 % des bornes de recharge rapide DC publiques et 8,7 % des bornes L2 publiques. À la date de rédaction, ces chargeurs ne sont pas facilement accessibles aux autres fabricants de VE.

Cependant, en mai 2023, Ford a annoncé que ses véhicules électriques seraient équipés d’un port NACS (North American Charging Standard) de type Tesla intégré à partir de 2025. Cela signifie que les véhicules électriques de Ford pourront utiliser le réseau de Superchargeurs de Tesla sans nécessiter d’adaptateur. Ce mouvement (peut-être évident) a déclenché une véritable avalanche virtuelle d’autres fabricants annonçant leur future compatibilité avec le NACS. Cela inclut des marques automobiles bien connues comme GM et Volvo, ainsi que de nouveaux producteurs de véhicules électriques comme Rivian et Fisker. D'autres, comme Volkswagen et Honda, évaluent encore leurs options fin 2023.

De l'autre côté de la médaille, les réseaux de recharge pour véhicules électriques non-Tesla comme Blink et Electrify America adoptent le standard de connecteur NACS. Tesla a ouvert ses protocoles de recharge en novembre 2022, et ce standard relève désormais de la compétence de SAE International. Étant donné la tendance massive vers l'adoption du NACS à la fois sur les véhicules et les infrastructures de recharge, la standardisation semble imminente.

L'avenir de la recharge des véhicules électriques

La tendance à la fin de 2023 s'oriente vers une mise en œuvre accrue des véhicules électriques et une standardisation de l'infrastructure de recharge. Peu importe la forme que prendra finalement l'électrification généralisée, une infrastructure électrique bien plus robuste sera nécessaire à l'avenir, soutenue par des composants internes efficaces, performants et durables pour gérer la transmission et l'utilisation de l'énergie.