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Solution de recharge VELes clefs du succès pour l’électro-mobilité

Lycée François Villon - BeaugencyPhilippe SeureLe 02 07 13

Schneider Electric 2-- Philippe Seure | Gobal Solutions | France | Expert Application Véhicule Electrique | Juin 13

ODJ :

●Contexte: VE & Infra sont indissociables

●Normes, Références & Modes de Charges

●Offre & Architecture

●ZE Ready / EV Ready

●SAVE

●Questions/Réponses


Solution de recharge VELes clefs du succès pour l’électro-mobilité

Contexte:VE & Infra sont indissociables


Infrastucture de charge VE:Enjeux

● Au cœur des enjeux énergétiques et environnementaux, le véhicule électrique est une réponse efficace et concrète pour diminuer l’empreinte environnementale des transports.

● Spécialiste mondial de la gestion de l’énergie, Schneider Electric compte jouer un rôle important dans l’adoption du véhicule électrique et concentre toute son expertise dans le développement de solutions de recharge sûres, faciles à utiliser, économiques et efficaces énergétiquement.

● Les équipements associés doivent répondre aux exigences en matière de sécurité pour les installations et s’intégrer dans le futur réseau électrique intelligent (smart grid). Cela pour garantir : des véhicules électriques disponibles, une facture énergétique optimisée et une empreinte carbone minimale.

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Le système de raccordement sur la borne de recharge, élément clé pour les véhicules électriques


Infrastructure de charge VE: Recharge

● L'arrivée du véhicule électrique dans le quotidien des usagers ne doit pas révolutionner leurs habitudes, ni les confronter à des situations nouvelles qui seraient potentiellement dangereuses lors de la recharge des véhicules

● La recharge d'un véhicule électrique apparaîtra à son utilisateur aussi simple que de brancher un appareil électrique habituel.

● Mais pour assurer que cette opération se passe en toute sécurité, le système de recharge doit assurer plusieurs fonctions de mises en sécurité et dialoguer avec le véhicule pendant la connexion et la recharge.

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Infrastructure de charge VE:Sécurité

● Premier enjeu : la sécurité ! Il s’agit d’éviter tout risque d’incendie et d’électrocution.

● Les diagnostics obligatoires sur installations électriques existantes réalisés en France depuis Janvier 2009 montrent que 30% du parc fait l’objet de non conformités graves

Une prise domestique n’a pas été conçue pour tenir un courant de 16A sur une longue durée : elle peut alors noircir, fondre et provoquer un incendie.


Infrastructure de charge VE:Sécurité

● La charge d’un VE n'est pas comme les autres charges domestiques. Par conséquent, Schneider Electric ne recommande pas d'utiliser la même infrastructure dédiée pour les charges domestiques pour charger un VE.

Slow charge comparison between washing machine and EV

Power

Washing machine Electric vehicle

Time


Solution préconisée par S

● Au regard des impératifs de sécurité et des contraintes d’utilisation, le dispositif de recharge des véhicules électriques doit être conçu selon un standard véhicule électrique spécifique afin de pleinement garantir la sécurité des biens et des personnes.

● Le circuit de recharge dédié imposé dans le « Mode 3 » et défini dans la proposition de norme IEC 61851-1 « ELECTRIC VEHICLE CONDUCTIVE CHARGING SYSTEM » permet de garantir une sécurité maximale des utilisateurs lors de la charge de leur véhicule électrique.

● Il permet par ailleurs d’agir au plus juste sur la puissance de recharge en cas de demande du fournisseur d’énergie (smart grid / demande-réponse) et il impose de plus un circuit de recharge spécifique et dédié.

● Un contrôleur de charge, coté infrastructure, vérifie les éléments suivants avant d’enclencher la recharge :● Vérification que le véhicule est bien connecté au système.● Vérification que la masse du véhicule est bien reliée au circuit de protection de l’installation.● Vérification de la cohérence des puissances entre le câble, le véhicule et le circuit de recharge.● Détermination de la puissance maximale de recharge qui sera allouée au véhicule

● L’ensemble de ces vérifications et de la communication se fait au travers d’une communication sur fil spécifique, dit « fil PILOTE ».


Infrastructure de charge VE:Quelques données pour la France / Quizz

● 28%: ●part du Transport dans la consommation d’énergie

● 33% : ●part du Transport dans les émissions de CO2

● 30 km :●Distance moyenne que roule une voiture par Jour

● 20 Heures : ●Durée moyenne par jour de stationnement, principalement au Domicile et au Lieu de Travail.

● 50% : ●part de la population vivant en zone Urbaine.


Infrastructure de charge VE:Définition du « véhicule électrique »:

100 %Electriques

Hybrides AVEC recharge sur le réseau

Hybrides SANS recharge sur le réseau

100% Thermiques (Pétrole, BioFuel, Gaz ..)

Schneider-ElectricSolutions de rechargepour VE


VE: Evénement mondial

Focus Electric2013

Transit Electric

Fluence ZE2011

Kangoo ZE2011

Zoé2012

Twizy2012

Tesla Roadster 2010Model S 2012Model X 2014

BMW Mini E2011

BMW Ser.1 Active E2012

Smart Fortwo2010

Blue Car Bolloré2011 (Autolib)

Heuliez Mia2011

Nissan Leaf2011

Toyota Prius PHEV2012

Class A E Cell2011

Peugeot Ion2010

Citroen C Zero2010

Mitsubishi I Miev2010

Partner & BerlingoVenturi 2010

BYD e62010


220

Standard charge

Battery exchange

Quick charge

Exchange Station

KW

AC Single Phase : 230V – 16/32A – 3/7 kWAC Tri-Phases : 400V – 16/32A – 11/22 kW

From 43kW up to 150kW (future) DC or AC – pending on car architecture

In a few minutes…

QUICK

43Standard

QD

8h to 1h

30min to 10min

10 min

Infrastructure de charge VE:Charge / Durée (ex 20kWh)

«…»

Normes, Références & Modes de Charges MAJ Juin 2013


Normes & Modes de Charges :Normalisation et Standards

IEC61851 :– Part 1: General requirements– Part 21: Electric vehicle requirements for conductive connection to an a.c./d.c. supply (to be published)– Part 22: AC electric vehicle charging station– Part 23: DC electric vehicle charging station (under consideration)

NFC 15-100 est la transposition de la normeinternationale CEI 60364.

CEI 62196 EV PLUG ALLIANCE

CEI 60309-2:1999,Prises de courant pour usages industriels

ISO/IEC 15118 Vehicle to grid communication interface Part 1


Normes & Modes de Charges ● La Norme internationale CEI 61851-1 a été établie par le comité d'études 69 de la CEI:

● Véhicules électriques destinés à circuler sur la voie publique et chariots de manutention électriques..

● Norme à tiroir qui s’appuie sur : (Références normatives)● CEI 60038:2009, Tensions normales de la CEI● CEI 60068-2-30:2005, Essais d'environnement – Partie 2-30: Essais – Essai Db: Essai cyclique de chaleur humide (cycle de 12 h + 12 h)● CEI 60068-2-75:1997, Essais d’environnement – Partie 2: Essais – Essai Eh: Essais aux marteaux● CEI 60068-2-78:2001, Essais d'environnement – Partie 2-78: Essais – Essai Cab: Chaleur humide, essai continu● CEI 60276, Définitions et nomenclature des balais de charbon, des porte-balais, des collecteurs et des bagues● CEI 60309-1:1999, Prises de courant pour usages industriels – Partie 1:Règles générales● CEI 60309-2:1999, Prises de courant pour usages industriels – Partie 2: Règles d'interchangeabilité dimensionnelle pour les appareils à broches et

alvéoles● CEI 60364-4-41:2005, Installations électriques à basse tension – Partie 4-41: Protection pour assurer la sécurité – Protection contre les chocs

électriques● CEI 60529:1989, Degrés de protection procurés par les enveloppes (Code IP)● CEI 60664-1:2007, Coordination de l’isolement des matériels dans les systèmes (réseaux) à basse tension – Partie 1: Principes, exigences et

essais● CEI/TR 60755:2008, Exigences générales pour les dispositifs de protection à courant différentiel résiduel● CEI 60884-1:2002, Prises de courant pour usages domestiques et analogues – Partie 1:Règles générales● CEI 60884-2-5:1995, Prises de courant pour usages domestiques et analogues – Partie 2: Règles particulières pour les adaptateurs● CEI 60947-3:2008, Appareillage à basse tension – Partie 3: Interrupteurs, sectionneurs, interrupteurs-sectionneurs et combinés-fusibles● CEI 60950-1:2005, Matériels de traitement de l'information – Sécurité – Partie 1: Exigences générales● CEI 60990:1999, Méthodes de mesure du courant de contact et du courant dans le conducteur de protection● CEI 61000-6-1:2005 , Compatibilité électromagnétique (CEM) – Partie 6-1: Normes● génériques – Immunité pour les environnements résidentiels, commerciaux et de l'industrie légère● CEI 61000-6-3:2006, Compatibilité électromagnétique (CEM) – Partie 6-3: Normes● génériques – Norme sur l'émission pour les environnements résidentiels, commerciaux et de l'industrie légère● CEI 61008-1:2010, Interrupteurs automatiques à courant différentiel résiduel sans dispositif de protection contre les surintensités incorporé pour

usages domestiques et analogues (ID) – Partie 1: Règles générales● CEI 61009-1:2010, Interrupteurs automatiques à courant différentiel résiduel avec dispositif de protection contre les surintensités incorporé pour

usages domestiques et analogues (DD) – Partie 1: Règles générales● CEI 61180-1:1992, Techniques des essais à haute tension pour matériels à basse tension – Partie 1:Définitions, prescriptions et modalités relatives

aux essais● CEI 62196-1:2003, Fiches, socles de prise de courant, prises mobiles et socles de connecteur pour véhicule – Charge conductive des véhicules

électriques – Partie 1: Charge des véhicules électriques jusqu’à 250 A c.a. et 400 A c.c..● ISO 6469-2:2009, Véhicules routiers électriques – Spécifications de sécurité – Partie 2: Mesures de sécurité fonctionnelle et protection contre les

défaillances du véhicule● ISO 6469-3:2001, Véhicules routiers électriques – Spécifications de sécurité – Partie 3: Protection des personnes contre les dangers électriques● EN 50065-1:2001, Transmission de signaux sur les réseaux électriques basse-tension dans la bande de fréquences de 3 kHz à 148,5 kHz – Partie

1 : règles générales, bandes de fréquences et perturbations électromagnétiques● SAE J1772:2010, Recommended practices: SAE Electric Vehicle and Plug In Hybrid Electric Vehicle Conductive Charge Coupler


Normes & Modes de Charges Livre VERT

● Livre Vert sur les infrastructures de recharge ouve rtes au publicpour les véhicules « décarbonés »


Normes & Modes de Charges :Le véhicule électrique

Le moteurLa voiture est généralement équipée d’un ou plusieurs moteurs électriques dont la puissance totale peut aller de 15 à100 kW selon sa taille, l’usage et les performances recherchées.Exemple : 48 kW (65 ch.) pour une petite berline 4 places.

1 > Prises de raccordement pour recharge2 > Chargeur intégré (3,3 KW)3 > Groupe de batteries permettant le stockage de l'énergie4 > Onduleur et Moteur(s) de traction

Batteries et autonomieLe groupe de batteries fournit l’énergie provenant :soit de la recharge par câble depuis une source extérieure, soit de la décélération du véhicule, le moteur fonctionnant alors en générateur. La capacité des batteries est de l’ordre de 5 à 40 kWh, leur tension totale de 300 à 500 V pour une autonomie de 150 Km environ


Normes & Modes de Charges :Les prises de recharge (1)

Côté véhicule


Normes & Modes de Charges : Les prises de recharge (2)

Côté borne de recharge ou infrastructure

En extrémité du câblesolidaire de la borne


CEI 62196 – EV PLUG ALLIANCESchneider Electric est co-fondateur


Normes & Modes de Charges : Les modes de recharge (1)

Mode 1 : Prise fixe non dédiéeBranchement du véhicule électrique au réseau de distribution du bâtiment par le biais de socles de prise de courant domestique monophasé ou triphasé, avec conducteurs de terre et d’alimentation.La ligne n’étant pas dédiée, la consommation appareil électroménager + charge batterie peut amener au déclenchement des protections du circuit. Le temps de charge est plus long.

Mode 2 : Prise non dédiée avec dispositif de contrô le incorporé au câbleBranchement du véhicule électrique au réseau de distribution du bâtiment par le biais de socles de prise de courant domestiques monophasé ou triphasé, avec conducteurs de terre et d’alimentation. Une fonction de contrôle de recharge est intégrée soit à la prise, soit à un boîtier solidaire du câble. La charge est limité à 10 A. Le temps de charge est plus long.

(Dispositif de contrôle communicant incorporé au câble)


Normes & Modes de Charges : Les modes de recharge (2)

Mode 3 : Prise fixe sur circuit dédiéBranchement du véhicule électrique au réseau de distribution du bâtiment par le biais de socles pour prises de courant spécifiques sur un circuit dédié. Une fonction de contrôle de recharge est intégrée au socle de la prise.Pour des raisons de sécurité Schneider Electric ne p ropose que des solutions de type "mode 3".

Mode 4 : Connexion DCBranchement du véhicule électrique sur un chargeur externe équipé d’un câble fixe spécifique e t délivrant du courant continu.Nota : Le chargeur intègre la fonction de contrôle et la protection électrique.


Ce qu’il faut retenir …

Côté infrastructure– prise type 3 pour toutes charges AC (jusqu’à 22kW)– Prise type 2….– prise type E pour charge normale seulement (8 A) usage vélo ou

scooter électrique– câble relié à la borne en AC 43 kW et DC 50 kW

Côté véhicule : lié aux normes internationales– type 1 (Renault, Nissan Leaf)– type 2 (ZOE , VE Allemandes)– Cordon spiralé (Twizzy)

– … ComBo (Mixte DC /AC)


Normes & Modes de Charges :Les différentes durée de charge

Durée pour 24kWh10-12h

6-8h

3-4h

2-3h

1-2h

20-30mins

2kW 3kW 7kW 11kW 22kW 43kW 3-ph 63A

50kW DC 125A

Rapide

1-ph 8/10A Très lent

1-ph 16A & 32 A Standard

3-ph 16A & 32A Accéléré

Mode 2

Mode 3Mode 4

/CHAdeMO

«…»

Offre & Architecture

MAJ Juin 2013


Schneider Electric complete solutions…

Park & charge

We offer

Sleep & charge

Coffee & chargePay, park & charge

Employees take the car at home

Cars are charged at the

facilities

Fast charge, for unexpected

interventions.

Public Charge


Safety●Mode 3

● Earth leakage protection● Shutters on connectors● Lighting protection

Energy management to improve energy availability● Load shedding

● Hours programming● Smart/custom management

Proposed services:● Installation audit by Schneider

Electric certified electrician

EVlink Residential wall box

Sleep & charge


Fire and Safety risk 100% Safety

Sleep & chargeMode 1,2 vs Mode 3


Park & charge

Safety●Mode 3 & Mode 2 (Domestic Plug)●Earth leakage protection●Shutters on connectors●Anti-vandalism terminalTechnical characteristics●Power: 3 to 22kW●Option: integrated surge protection device Services●Management of access members●Controlled, personalised, by RFID card and subscription●Supervision with management of the infrastructure (alarms, tests on materials, etc)●Management of energy (limitation of power, load shedding, etc)●For final user, possibility to book a terminal●For final user, reception of sms when vehicle is charged

Private company’s car park,Fleet car parks


Power

CommunicationAvailable

power mesure

Power & Control panel

Park & charge

Supervision system

Standalone or Split Solutions


Park & charge / Standalone


● Installation importance:

Park & charge / Spot


Ethernet / Modbus

230 V / 1 ph

Branchement ERDF

Ethernet / Modbus

230 V / 1 ph

Branchement ERDF

Pay, Park & Charge

A solution to integrate EV charging into citiesOn street parkingMunicipal parking

Aiming at:Accompanying the evolution of city centersIntegrating charging solution into urban environmentManaging EV parking smartlyMutualizing parking infrastructure (short duration, long duration, reserved places, EV, …)


●Civil works example

Pay, Park & charge


Coffee & charge

Safety●Mode4●Earth leakage protection● Specific plugs●Anti-vandalism terminalTechnical characteristics●Ac or DC current standards●DC is CHAdeMO standard●Power: 43kW Ac to 50kW DC●IP54 IK10 (vandalism)●Temperature Services●Integrated payment●Controlled, personalised, by RFID card and subscription●Supervision with management of the infrastructure communication via GSM GPRS (alarms, tests on materials, etc)●Management of energy (limitation of power, load shedding, etc)●For final user, emergency solution available in gas stationQuick charging


Coffee & charge

Supervision systemQuick charging AC & DC


Coffee & charge

«…»

ZE Ready

1 & 2 Decembre 2012


Démarrer avec ZE Ready

● Combler les faiblesses normatives et apporter plus de garanties à Renault et à ses clients V.E.

● Garantir une recharge du véhicule en toute sécurité (pour le client et pour le V.E.)● Assurer la compatibilité des infrastructures de rech arge Schneider Electric avec

les V.E. de Renault (ZE ready) et les véhicules des autres marques membres (EV Ready)

●VE : pour Véhicule électrique

● ZE : pour Zéro émission

●Sont des acronymes présent dans la communication des constructeurs automobiles

●En revanche ZE Ready est un message pour la conformité de l’Infrastructure de recharge


Démarrer avec ZE Ready

●Ce qu’il faut retenir !● Infrastructure de recharge = bornes + équipements associés.● Le cadre normatif qui entoure aujourd’hui l’installation des infrastructures de

recharge, n’offre pas suffisamment de garanties en termes de sécurité et d’interopérabilité. D’où Z.E. Ready et E.V. Ready.

● Conformité Z.E. Ready = compatibilité certifiée de l’installation et l’infrastructure de recharge avec les V.E. de marque Renault .

● Conformité EV Ready = compatibilité certifiée de l’installation et l’infrastructure de recharge avec tous les V.E. des fabricants membres EV Ready .

● Schneider Electric est directement impliqué dans les deux modèles de conformitédes installations : Z.E. Ready et E.V. Ready

●Ne peut pas être Z.E. Ready… :● Le produit seul ● L’installation seule


ZE Ready / EV Ready

●En résumé : 52 points qui concernent :● Le produit -> SE

● L’installation -> Installateur

● Infras Requirement table ZE-EV Ready 1 V4.2.xls

● ZE Ready Certification de l’Installation (Module Formation VEFBR)

● Fiche de reception ZE Ready V1.41 DL

● Evolution vers EV Ready 2.0 avec un certificateur tiers

«…»

SAVE: Seine Aval Véhicule Electrique


SAVE

● Automobile» Grands projets» L’expérimentation SAVE, Seine Aval Véhicules Electriques :

● L’alliance Renault-Nissan en partenariat avec EDF ont choisi le département des Yvelines et plus particulièrement la Vallée de la Seine, pour expérimenter l’utilisation grandeur nature de leurs véhicules électriques. Test des infrastructures possibles, analyse des usages clients sont les principales capitalisations d’informations attendues…

● Du printemps 2011 à l’été 2012 et avec un budget de plus de 23 millions d’euros financés en partie par l’ADEME, le Conseil Général des Yvelines et la région Ile-de-France, l’expérimentation SAVE représente :

● Une centaine de véhicules électriques (Renault Kangoo, Renault Fluence, Nissan Leaf)● Plus de 150 bornes de recharge grâce à EDF et Schneider Electric● Différents types de charge : normale et rapide (en partenariat avec Total)● Des testeurs privilégiés (particuliers, entreprises, administration)● Des batteries lithium-ion fournies par AESC (Nissan-Nec)● Système de navigation intelligent (localisation des bornes, occupation des bornes,…)


RÔLE DES PARTENAIRES

● L’Alliance Renault-Nissan pilote l’expérimentation, fournit les véhicules électriques et les services associés (services connectés d’aide à la gestion de l’autonomie et services après-vente), étudie les usages clients et leur satisfaction.

● Le groupe EDF propose aux clients les offres d’infrastructures (bornes de recharge et services), assure la supervision du réseau de charge (localisation et réservation des points de charge par les clients, gestion à distance des bornes de charge) et réalise une analyse technique et sociologique sur l’utilisation des points de charge.

● Schneider Electric fournit les infrastructures de charge (en espace privé et pour les parkings publics concédés), les systèmes de supervision technique, de collecte des informations et de gestion d'énergie des bornes et participe également au retour d'expérience,

● Total implantera et testera des bornes de recharge rapide en station-service,

● L’EPAMSA assure le lien avec les collectivités locales pour le déploiement du projet SAVE, participe aux ingénieries technique, juridique et financière du projet et assure, à travers le comité de Pilotage, la bonne marche de l'expérimentation dans son ensemble.

● Le Conseil Général des Yvelines finance l’infrastructure de charge en voirie.

● La Région Ile-de-France soutient le projet SAVE.

● Le projet SAVE a reçu le soutien du Fonds démonstrateur de recherche dans le cadre d’un appel à projets géré par l’ADEME (Agence De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie) sur les véhicules à faibles émissions de gaz à effet de serre.

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