Un projet de recharge de véhicules électriques peut reposer sur des prévisions de trafic fiables et pourtant se heurter à des difficultés au niveau du raccordement lorsque la puissance nominale cumulée des chargeurs dépasse la capacité restante du transformateur.
MegSolid collabore avec les maîtres d'œuvre (EPC) et les développeurs de stations de recharge afin de dimensionner les systèmes de stockage d'énergie par batterie en fonction de la limite réelle du point de raccordement, du nombre de recharges simultanées, de la demande de la première heure et de la plage horaire de recharge.
Ce guide explique comment dimensionner un BESS pour les stations de recharge de véhicules électriques dans les pôles de recharge rapide publics, les dépôts de flottes, les sites routiers et les installations commerciales. Un BESS pour pôles de recharge VE doit être dimensionné à partir de la demande AC coïncidente des chargeurs et des charges de l'installation au-delà de la limite d'import approuvée. Les kW du PCS couvrent le déficit instantané ; les kWh utilisables de la batterie déterminent la durée pendant laquelle il peut le soutenir.
L'erreur commise lors de l'achat ne réside généralement pas dans le choix d'une composition chimique inadaptée pour la batterie. Elle consiste plutôt à considérer la puissance nominale du chargeur, la puissance du système de stockage d'énergie par batterie (BESS) et l'énergie de la batterie comme des valeurs interchangeables.
Une armoire de 215 kWh peut contenir suffisamment d'énergie pour un pic de recharge de courte durée, mais ne disposer d'une puissance CA insuffisante pour alimenter plusieurs chargeurs simultanément.
À l'inverse, un PCS de forte puissance doté d'une capacité de batterie insuffisante peut répondre à la première demande de puissance du véhicule, mais contraindre ensuite les conducteurs suivants à se recharger à un débit réduit.
Distinguer la puissance et l'énergie du système BESS
Le BESS doit passer deux tests indépendants :
- Test de puissance : Le PCS est-il capable de compenser la différence instantanée entre la demande du chargeur et la puissance fournie par le réseau ?
- Test énergétique : La batterie peut-elle supporter cette différence pendant la pointe de consommation de la première heure et tout au long du profil de charge prévu pour une journée type sur le site sans atteindre son niveau de charge (SOC) minimal ?
Le ministère américain de l'Énergie précise que les chargeurs rapides à courant continu peuvent fonctionner à des puissances allant jusqu'à 500 kW, bien que la puissance réelle varie en fonction du véhicule et du niveau de charge (SOC). Voir son Guide officiel des bornes de recharge pour véhicules électriques.
Le système de stockage par batterie importe de l'électricité à un débit contrôlé, la stocke entre deux sessions et couvre la partie de la demande du chargeur qui dépasse le niveau d'importation autorisé depuis le réseau.
Le DOE Fiche d'aide sur la recharge des véhicules électriques et le stockage d'énergie par batterie Il cite comme cas d'utilisation les contraintes du réseau, la réduction des pics de demande et la résilience à court terme, tout en soulignant qu'une batterie sous-dimensionnée peut s'épuiser et réduire la puissance de recharge.
Avant de choisir les équipements, les EPC devraient examiner le contexte plus large achat de stockage d'énergie commercial cadre permettant de définir clairement les responsabilités concernant la batterie, le PCS, l'EMS, l'appareillage de commutation, le transformateur et le périmètre de mise en service.
Données nécessaires pour déterminer la capacité d'un système de stockage d'énergie (BESS) destiné à la recharge des véhicules électriques
Un appel d'offres qui se contente d'indiquer “ deux chargeurs de 150 kW et une batterie de 215 kWh ” n'est pas suffisant pour la conception. Les maîtres d'œuvre (EPC) ont besoin des informations suivantes :
| Contribution technique | Pourquoi est-ce important ? | Preuve minimale |
|---|---|---|
| Puissance nominale du transformateur et charge de pointe actuelle | Détermine la capacité restante du site | Plaque signalétique du transformateur, schéma unifilaire et données du compteur d'intervalle |
| limite de soutirage des services publics | Définit la puissance maximale au point de couplage (PCC) | Exigences en matière d'autorisation et de protection des services publics |
| Puissance du chargeur et nombre de charges simultanées | Détermine la demande simultanée en véhicules électriques | Fiche technique du chargeur et prévisions de session |
| Demande de la première heure et de la journée de conception | Teste la poussée initiale et la récupération de la batterie | Profil de recharge en série chronologique |
| Charge de base de l'installation | Utilise la même capacité de transformateur | Données à intervalles d'au moins 15 minutes |
| Profil photovoltaïque ou profil du générateur | Peut prendre en charge la recharge, mais ce n'est pas toujours garanti | Données de production alignées dans le temps |
| Tarif | Détermine la valeur de lissage des pics | Frais de puissance et tranches horaires |
| Exigences en matière de sauvegarde | Modifications apportées à l'appareillage électrique et au SOC de réserve | Ports critiques et sessions d'interruption obligatoires |
Utilisez le Liste de contrôle pour l'acquisition d'un système de stockage d'énergie par batterie (BESS) C&I afin de vérifier que l'appel d'offres précise également les responsabilités en matière de garantie, de test d'acceptation sur site (FAT), d'environnement d'installation, de documentation et de mise en service.
Convertir la puissance de sortie du chargeur, la capacité du transformateur, la puissance du PCS et la consommation des équipements auxiliaires en une même valeur de courant alternatif au point de couplage commun.
Privilégiez la concurrence et un profil de séries chronologiques plutôt que la somme des puissances nominales de chaque chargeur ou une moyenne quotidienne qui masque les pics d'arrivées.
Formule de dimensionnement de la puissance des systèmes de stockage d'énergie (BESS) pour la recharge des véhicules électriques
À la frontière commune du courant alternatif, calculez la puissance de décharge minimale de l'écran comme suit :
PBESS, CA ≥ PEV, simultané + Psite − Pgrille, autorisé − PPV, entreprise
Ces variables représentent la demande simultanée des véhicules électriques, les autres charges du site, l'importation approuvée depuis le réseau et la production photovoltaïque fiable pendant l'événement étudié. Pour un scénario en soirée ou à faible ensoleillement, fixez la production photovoltaïque ferme à zéro.
Le PCS retenu doit également satisfaire aux exigences de tension, de phase, de fréquence, de courant, de contribution au court-circuit, de coordination des protections, d'harmoniques et de puissance réactive.
Critique Ingénierie PCS et onduleurs avant de choisir une batterie en fonction de la seule puissance (en kW) du chargeur.
Formule de dimensionnement énergétique pour les systèmes de stockage d'énergie (BESS) destinés à la recharge des véhicules électriques
Intégrer le déficit de puissance sur l'ensemble de l'événement étudié :
Etampon = ∫ max[0, Pcharger(t) − Pdisponible(t)] dt
Convertir l'énergie fournie en puissance nominale :
Enominal ≥ Etampon ÷ (ηchemin de décharge (× fenêtre SOC utilisable × facteur SOH en fin de vie)
Il convient de prendre en compte les charges auxiliaires, le déclassement thermique, les limites de recharge et le nombre de cycles répétés avant que la batterie ne puisse se régénérer. Les critères “ First Hour ” et “ Design Day ”, développés par le NREL et présentés dans la fiche d'aide hébergée par le DOE, constituent des outils de sélection utiles, mais ils ne remplacent pas une étude réalisée par le gestionnaire de réseau local ni une simulation de séries chronologiques.
Exemple concret : pourquoi une puissance de 215 kWh ne permet pas automatiquement d'alimenter deux chargeurs de 120 kW
Prenons l'exemple d'une station de recharge commerciale présentant le scénario de conception suivant :
| Saisie | Valeur illustrative |
|---|---|
| Prises de recharge CC | 2 × 120 kW |
| Demande simultanée simplifiée au niveau de la frontière commune | 240 kW |
| limite de soutirage des services publics | 120 kW |
| Charge de base de l'installation | 30 kW |
| Crédits photovoltaïques garantis pendant l'événement | 0 kW |
| Durée de forte demande | 45 minutes |
Pour ce pré-dimensionnement, la demande de 240kW est ramenée à la frontière AC commune ; la conception détaillée devra ajouter la cartographie réelle des pertes du chargeur. Le réseau ne dispose que de 90kW pour la recharge après alimentation de la charge de l'installation. La puissance requise du BESS est donc :
240kW + 30kW − 120kW = 150kW AC
Pendant un événement de 45 minutes, le BESS doit fournir environ :
150kW × 0,75 heure = 112,5kWh
Si le modèle préliminaire suppose un rendement de 90 % sur le chemin de décharge, une fenêtre de SOC utilisable de 80 % et un facteur de SOH de 80 % en fin de vie, le dimensionnement énergétique nominal devient :
112,5 ÷ (0,90 × 0,80 × 0,80) = 195,3kWh nominaux
Cet exemple révèle le piège de l'approvisionnement. Une armoire de 215,04kWh semble satisfaire le calcul énergétique préliminaire, mais une armoire de 100kW AC nominaux ne satisfait pas l'exigence de puissance de 150kW.
Le projet exige donc une architecture de puissance supérieure ou multi-armoires conçue sur mesure, ou une stratégie de commande limitant la puissance simultanée des chargeurs. Le fonctionnement en parallèle, la protection, les rampes de puissance des chargeurs et le comportement à faible SOC doivent être validés et non supposés.
Les facteurs de rendement et de réserve ci-dessus sont des hypothèses illustratives, et non des spécifications de produit MegSolid ni un résultat de projet garanti.
Quand le MegSolid ESSA0100B-0215 constitue un bon point de départ
Le Série d'armoires d'extérieur MegSolid ESSA comprend l'ESSA0100B-0215.
Son tableau de paramètres actuel indique des cellules LFP et un refroidissement par air intelligent. La plateforme ESSA0100B-0215 peut aussi être configurée avec des cellules à l'état solide selon les exigences du projet. Il ne s'agit pas d'une armoire à refroidissement liquide. Le modèle exact de cellule et l'architecture d'électrolyte doivent être confirmés dans le devis spécifique au projet, la fiche technique signée et la BOM.
| Paramètre de l'ESSA0100B-0215 | Valeur actuellement indiquée | Implication pour la conception de la recharge VE |
|---|---|---|
| Puissance nominale en courant alternatif | 100 kW | Candidate lorsque le tampon AC requis ne dépasse pas la limite de fonctionnement validée |
| Puissance nominale | 215,04 kWh | À déclasser selon le SOC utilisable, les pertes de conversion et la capacité en fin de vie |
| Configuration de la batterie | 1P240S | La tension DC nominale est de 768V |
| Taux de charge/décharge à 25°C | 0,5 °C | Le cycle de service et l'intervalle de recharge nécessitent encore une simulation |
| Refroidissement | Refroidissement par air intelligent | Le débit d'air, la charge de poussière et la température ambiante doivent être évalués |
| Température de fonctionnement | 0–45 °C | Les sites hors de cette plage exigent une autre sélection ou une régulation environnementale conçue sur mesure |
| Annexe | IP54 | Ne remplace pas la conception du drainage, de la protection contre la corrosion et contre les chocs du site |
| THD du courant réseau | <3% | À confirmer au point de fonctionnement du projet et pendant le FAT |
| Communications | RS485 et TCP-IP | Le mappage des signaux avec l'EMS et les commandes des chargeurs reste spécifique à chaque projet |
La page produit indique au moins 5 000 cycles sans conditions de comparaison complètes. Demandez les conditions d'essai contrôlées, le débit d'énergie couvert par la garantie et le critère de capacité résiduelle.
Une armoire peut être candidate lorsque le déficit réseau calculé reste inférieur à 100kW et que la batterie peut se recharger entre les sessions. Elle ne convient pas universellement à un chargeur de 150kW ou 240kW simplement parce que son énergie dépasse celle d'une session de véhicule.
Parcours préliminaire de sélection du produit
| Besoin calculé en tampon AC | Orientation préliminaire du produit |
|---|---|
| Jusqu'à 100 kW | Évaluez un ESSA0100B-0215 |
| 100–125kW | Évaluez le système à refroidissement liquide 261,24kWh/125kVA ; confirmez les kW utilisables et le facteur de puissance |
| 150 à 500 kW | Évaluez une configuration de batteries sur mesure avec un PCS MEGA de 150kW, 250kW ou 500kW |
| Au-delà de 500kW | Comparez un BESS mutualisé en conteneur et une commande centralisée des chargeurs |
Ce tableau est un parcours de demande préliminaire, et non une garantie d'adéquation du produit. La sélection finale dépend toujours de la puissance utilisable, de la durée énergétique, du profil du chargeur, de la tension, de la protection, des conditions thermiques, des exigences du réseau et de l'architecture système validée.
Pour plus de contexte au niveau du modèle, consultez le guide d'ingénierie du système de stockage en armoire extérieure de 215kWh.
Architectures BESS à couplage AC, à couplage DC et mutualisées
| Architecture | Principal avantage | Principal risque d'approvisionnement |
|---|---|---|
| BESS à couplage AC | Frontières d'équipement claires ; pratique pour les rénovations | Le PCS, le tableau de distribution, le compteur et les commandes des chargeurs doivent être coordonnés |
| Stockage à couplage DC | Chemin de puissance potentiellement plus intégré | Compatibilité DC, isolation, isolement des défauts et responsabilité de certification |
| BESS central mutualisé | Partage la capacité réseau et l'énergie stockée entre les ports | Commandes communes et modes de défaillance au point commun |
| Une batterie par port | Isole la capacité de chaque chargeur | Davantage d'énergie inexploitée et d'équipements dupliqués |
Les tableaux de référence du DOE distinguent les systèmes mutualisés et séparés et montrent pourquoi la mutualisation peut exploiter plus efficacement la capacité du réseau. Choisissez l'architecture à partir de la cartographie complète des pertes, de l'étude de défauts et de la matrice des responsabilités, et non d'un titre de rendement.
Pour les sites appelés à passer de centaines de kilowatts à la recharge de flottes à l'échelle du mégawatt, comparez armoires modulaires et ESS conteneurisé avant de figer l'implantation de génie civil.
L'EMS et la communication avec les chargeurs doivent faire respecter la limite du réseau
Le contrôleur du site doit maintenir la demande au PCC dans la limite approuvée tout en protégeant le SOC de la batterie et en répartissant la puissance disponible entre les chargeurs. Spécifiez une réserve minimale de SOC et une règle de limitation de puissance des chargeurs en cas de faible SOC, puis planifiez la recharge de la batterie dans la marge réseau disponible avant le prochain pic de recharge prévu. Confirmez ces consignes EMS et l'interface du contrôleur de chargeur dans la conception du projet. Comparez le Gamme MegSolid C&I BESS à ce profil de puissance et d'énergie et vérifiez les limites des équipements retenus.
Une hiérarchie pratique est la suivante :
- Compteur PCC : Mesure la puissance réelle d'import/export.
- Site EMS: Calcule les consignes autorisées pour le chargeur et le BESS.
- PCS/BMS: Impose les limites de tension, de courant, de SOC et de température de la batterie.
- Système de gestion de la station de recharge : Répartit la puissance de recharge entre les ports et les sessions.
- Chargeur : Délivre la puissance demandée par le véhicule dans la limite attribuée.
L'Open Charge Alliance définit l'OCPP comme le protocole entre les stations de recharge et les systèmes de gestion de la recharge. Ses versions prises en charge incluent 1.6, 2.0.1 et 2.1. Consultez les informations officielles sur les versions d'OCPP, mais ne considérez pas une étiquette de protocole comme une preuve d'interopérabilité testée.
Figez tous les signaux requis dans une matrice de communication. La Architecture de communication entre le BMS et l'EMS doit définir la responsabilité des limites de SOC, des ordres de puissance, des alarmes, des arrêts d'urgence et du comportement de sécurité en cas de défaut.
La sécurité et la conformité sont des responsabilités au niveau du système
Le chargeur, la batterie stationnaire, le PCS et l'ESS complet ont des périmètres d'homologation différents. La carte des normes EV et EVSE d'UL Solutions distingue ces catégories d'équipements. Le pays du projet et l'autorité compétente déterminent les normes applicables.
L'EPC doit confirmer :
- Électrique : Charge du transformateur, niveau de court-circuit, mise à la terre, protection et sectionneurs.
- Matériel : Documents spécifiques au modèle pour le chargeur, la batterie, le PCS et l'ESS complet.
- Site : Distances de sécurité incendie, drainage, protection contre les chocs, ventilation, température, poussière et corrosion.
- Interaction avec le réseau : Limitation de l'import, contrôle de l'export, harmoniques et comportement en cas de perte du réseau.
Ne généralisez pas un certificat du chargeur au BESS, d'une cellule à l'armoire, ni d'un modèle MegSolid à un autre. Avant d'émettre le bon de commande, utilisez le cadre expliquant comment qualifier un fournisseur commercial de stockage d'énergie par batteries et demandez le périmètre réel des documents.
Liste de contrôle RFQ pour un BESS de recharge de véhicules électriques
Envoyez les données de projet suivantes avant de demander une recommandation système ferme :
- Pays du projet, adresse du site et environnement d'installation.
- Fabricant du chargeur, modèle, nombre de ports et kW nominaux par port.
- Données du transformateur, pic de demande actuel et limites d'import/export approuvées.
- Schéma unifilaire et point de raccordement proposé du BESS.
- Données de charge du site, sessions prévues, kWh par session et temps de stationnement.
- Profils de la première heure, du jour de conception et de l'extension future.
- Exigences relatives au PV, au groupe électrogène, au mode secours et au SOC de réserve.
- Normes applicables, date de livraison, mise en service et périmètre de garantie.
FAQ
Q1 : Un système de stockage d'énergie par batterie (BESS) permet-il toujours d'éviter la mise à niveau du transformateur d'une borne de recharge pour véhicules électriques ?
Non. Un système de stockage d'énergie par batterie (BESS) peut réduire la capacité requise du réseau lorsque les pics de charge sont intermittents et que la batterie a le temps de se recharger. Il ne peut toutefois pas pallier le sous-dimensionnement d'un transformateur si la demande quotidienne de charge dépasse de manière soutenue l'énergie que le raccordement au réseau est en mesure de fournir.
Q2 : La capacité d'un système de stockage d'énergie (BESS) destiné à la recharge des véhicules électriques doit-elle être exprimée en kW ou en kWh ?
Les deux. La puissance (PCS en kW) détermine l'ampleur du déficit instantané du réseau que le système de stockage par batterie (BESS) peut couvrir. La capacité en kWh de la batterie détermine la durée pendant laquelle elle peut couvrir ce déficit et le nombre de sessions qu'elle peut prendre en charge avant d'être rechargée.
Q3 : Un armoire de 100 kW/215,04 kWh peut-elle prendre en charge un chargeur rapide en courant continu de 150 kW ?
Cela dépend de la puissance disponible sur le réseau et des autres charges de l'installation. Si au moins 50 kW restent disponibles sur le réseau au niveau de la limite étudiée, le déficit de puissance du système de stockage d'énergie par batterie (BESS) peut être de 100 kW ou moins. Les calculs relatifs à l'énergie et à la recharge doivent toutefois être valides. La puissance nominale d'un chargeur de 150 kW ne suffit pas à elle seule à déterminer la réponse.
Q4 : Quelle capacité de stockage de batterie est nécessaire pour quatre bornes de recharge de 150 kW ?
Il n'existe pas de valeur universelle en kWh. Le test de la première heure du DOE part d'une valeur de 150 kWh par borne et soustrait l'énergie fournie par le réseau pendant cette heure. La conception finale doit également prendre en compte l'utilisation prévue lors d'une journée type, les pertes de conversion, le niveau de charge utile (SOC), la dégradation et la recharge entre deux sessions.
Q5 : La borne de recharge peut-elle continuer à fonctionner en cas de coupure de courant ?
À condition que le système de contrôle et de surveillance (PCS), l'appareillage de commutation, les dispositifs de protection, les commandes et les chargeurs soient conçus et mis en service pour un fonctionnement hors réseau. L'installation d'une batterie à elle seule ne suffit pas à assurer une capacité de recharge en cas de coupure de courant. Le nombre de sessions prises en charge sera limité par l'énergie utilisable réservée.
Q6 : Quel est le meilleur choix entre le couplage CA et le couplage CC pour une charge avec batterie tampon ?
Le couplage en courant alternatif permet souvent de mieux délimiter les équipements et peut simplifier les mises à niveau. Le couplage en courant continu peut offrir un circuit d'alimentation plus intégré, mais nécessite une compatibilité en courant continu plus stricte, une protection contre les défauts et une coordination entre les fournisseurs de chargeurs. Le choix doit être déterminé par l'architecture du projet et le périmètre de la certification.
Q7 : Une installation solaire sur site peut-elle réduire la taille nécessaire du système de stockage d'énergie par batterie (BESS) ?
L'énergie solaire peut permettre la recharge pendant la journée et la reconstitution de la batterie, mais la production photovoltaïque variable ne doit pas être considérée comme une capacité ferme pour un scénario de fonctionnement en soirée ou en cas de faible ensoleillement. Il convient d'étudier séparément des scénarios prudents et des scénarios basés sur la production attendue.
Q8 : En combien de temps le système de stockage d'énergie par batterie (BESS) doit-il se recharger entre deux sessions de recharge de véhicules électriques ?
La fenêtre de recharge dépend des schémas d'arrivée, de la marge du réseau, de la réserve de SOC et du prochain pic prévu. Un système de gestion de l'énergie (EMS) doit rétablir un SOC suffisant sans dépasser la limite du transformateur ou la limite de soutirage du réseau.
Q9 : L'OCPP intègre-t-il automatiquement le chargeur au système de gestion de l'énergie (EMS) du système de stockage d'énergie par batterie (BESS) ?
Non. L'OCPP prend en charge la communication entre les bornes de recharge et leur système de gestion. Le projet nécessite encore la mise au point d'une interface testée entre le contrôleur de la borne de recharge, le système de gestion du site (EMS), le compteur PCC, le PCS et le BMS, incluant notamment des mécanismes de délai d'expiration et de sécurité en cas de défaillance.
Q10 : De quelles informations un fournisseur de systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) a-t-il besoin pour établir un devis concernant un projet de recharge de véhicules électriques ?
Au minimum : nombre et puissance des chargeurs, limites du transformateur et du PCC, profil de charge du site, prévisions de session, tension du réseau, données relatives aux panneaux photovoltaïques ou aux générateurs, mode de secours requis, environnement d'installation, normes applicables et périmètre de mise en service.
Q11 : Qu'est-ce qu'un BESS pour une borne de recharge de véhicules électriques ?
Un système BESS destiné à une borne de recharge pour véhicules électriques stocke de l'énergie lorsque le réseau dispose de capacité suffisante et la restitue lorsque la demande des chargeurs dépasse une limite définie pour le site. Il peut permettre d'écrêter les pics de consommation, d'assurer une recharge rapide malgré les contraintes du réseau et de maintenir un fonctionnement limité en cas de coupure de courant, à condition que l'ensemble du système soit conçu pour ces fonctions.
Q12 : Comment les EPC dimensionnent-ils les systèmes de stockage par batterie pour la recharge rapide en courant continu ?
Les EPC calculent le déficit maximal de puissance alternative au point de raccordement, puis intègrent ce déficit sur les profils de charge de la première heure et d'une journée type. La capacité nominale de la batterie est ajustée en fonction des pertes de conversion, du niveau de charge utile (SOC), de l'état de santé (SOH) en fin de vie, de la température et des exigences de recharge.
Q13 : Un système de stockage d'énergie par batterie (BESS) de 100 kW/215 kWh est-il adapté à la recharge rapide des véhicules électriques ?
Cette solution peut être adaptée lorsque la contribution requise de la batterie ne dépasse pas la puissance validée du PCS et que l'énergie disponible permet de couvrir la session de recharge tout en conservant une réserve suffisante. La puissance nominale du chargeur, la marge du transformateur, la charge du site et la fréquence des sessions doivent être évaluées conjointement.