Recharge rapide et rentable des bus électriques : aménagement simplifié des arrêts « Charge & Go » grâce à un système modulaire

« Charge & Go » pour bus électriques

Avec les bus électriques pouvant être chargés automatiquement et sans câble, le problème de la recharge devient secondaire. De brèves haltes à des arrêts de bus aménagés suffisent pour récupérer une quantité d’énergie suffisante pour continuer le service. Les bus électriques capables de recharger leurs batteries en cours de parcours sont non seulement plus flexibles que les bus ne pouvant être rechargés que la nuit, mais aussi plus économiques. Ils peuvent être équipés de batteries plus petites et ont néanmoins une durée de service plus longue. Afin que l’intégration des stations de charge par couplage inductif soit aussi simple et confortable que la recharge par elle-même, Conductix-Wampfler a conçu un système modulaire fonctionnant comme un kit. Selon la taille des bus, 60, 120 ou 180 kW peuvent être rechargés sans câble, des performances de charge pouvant même être réalisées avec des réseaux de 400 V. Les modules de recharge sont fournis prêts à être placés dans les fosses dès la terminaison des travaux de génie civil. La station de charge par couplage inductif est presque immédiatement prête à l’emploi, un système pratiquement « Plug & Play ».

La technologie de charge IPT®

L’Inductive Power Transfer — ou IPT® — est un système de transfert du courant pour véhicules électriques fonctionnant par couplage de résonance magnétique. Ce système comprend deux éléments principaux : une bobine primaire reliée au secteur par un convertisseur d’alimentation et une bobine secondaire d’absorption avec transformateur, intégrée, elle, sous le plancher du véhicule. Cette technologie permet un transfert sans contact, automatique et efficient du courant.

Pour la recharge, le capteur de courant du bus s’approche jusqu’à 40 mm de la surface de la chaussée afin de suffisamment focaliser le champ magnétique pour que les champs de dispersion restent le plus possible limités à l’environnement immédiat des bobines. Dans et autour du véhicule, les valeurs de champ sont nettement inférieures aux recommandations les plus importantes de l’ICNIRP.

La sécurité est aussi garantie à tout moment par le fait que le chauffeur de bus n’a ni besoin de quitter le véhicule ni d’effectuer aucune manipulation du matériel de chargement. De plus, aucun personnel de service avec une formation électrotechnique spéciale n’est nécessaire (comme le prescrivent les législations locales de certains pays pour une puissance absorbée de plus de 30 kW du chargeur à brancher). Des taux de rendement supérieurs à 90 pour cent (connexion réseau -> batterie) parlent un langage clair, ils ne sont d’ailleurs pas atteints par la plupart des chargeurs à brancher. L’efficience du véhicule est en outre augmentée par le poids moindre à transporter des batteries dont la taille peut être réduite par la possibilité de recharge lors des arrêts sur le parcours.

Construction et avantages du système modulaire de chargement

L’élément de base du système modulaire de chargement pour bus électriques est un module de 60 kW. Le nombre des modules et stations de chargement peut être adapté à la taille et aux spécificités d’exploitation de la flotte d’autobus :
plus il y a de bus en service et de stations de chargement à disposition, plus l’exploitation du système sera flexible et les durées de chargement réduites. Avec une incidence rapide et très positive sur les coûts de cycle de vie (CCV). Mais même un nombre plus faible de véhicules et seulement une ou deux stations de recharge peuvent s’avérer rapidement rentables.

Les modules de charge sont insérés dans les fondations préfabriquées en béton enterrées dans une fosse et y sont branchés au secteur. Une fois le module intégré à l’asphalte, seule la plaque de recharge en béton et acier reste visible à la surface de la chaussée ; cette installation supporte une charge de roue de jusqu’à 6 tonnes et est entièrement carrossable dans pratiquement tous les types de voies de circulation. La totalité des câbles et des éléments de recharge ainsi que l’électronique de puissance se trouvent sous terre et sont ainsi protégés des intempéries comme du vandalisme. Un tel type de montage implique des besoins très bas en entretien et en maintenance. Si jamais une intervention s’avérait cependant nécessaire, le système peut être rapidement remis en service par le simple remplacement d’un module, ce qui permet d’effectuer les travaux de réparation à un endroit plus approprié. Une interface Ethernet intégrée au module permet de piloter et de surveiller le système de recharge. Le courant ne circule que quand un bus se positionne au-dessus de la station de charge et que l’opération de recharge est lancée. La puissance requise est toujours déterminée par le bus, le système de transmission inductif ne transfère que la puissance appelée ce qui contribue ainsi à une amélioration du rendement global du système de recharge. 

Conclusion et perspectives

La recharge sans câble de bus électriques a déjà fait ses preuves à Gênes et à Turin où ce système fonctionne déjà depuis plus de dix ans. En 2012, le système de recharge modulaire sans câble de la 2e génération a été pour la première fois mis en service pour un autobus d’une longueur de 12 m à Bois-le-Duc aux Pays-Bas. La capacité de la batterie de ce bus électrique pouvant rester en service plus de 18 heures de suite a pu être réduite de 240 à 120 kW. Un bus électrique de 12 m de long avec autant de sièges et de places debout que son pendant diesel et un parcours journalier de 290 km, voilà qui fut longtemps décrié comme une utopie, et qui est désormais devenu une réalité. À Milton Keynes en Angleterre, huit bus sont prévus pour l’été 2013, également équipés de la technique de recharge IPT®.

Même si les investissements initiaux dans les véhicules électriques paraissent encore aujourd’hui très couteux aux exploitants des flottes en question, ils réalisent tous que la propulsion hybride ou au gaz naturel ne sera pas une alternative à moyen terme. Les systèmes de recharge par couplage inductif peuvent être une solution dans d’autres cas, afin de réaliser un taux de véhicules électriques élevé par exemple si un réseau spécifique de rues ou des quartiers entiers n’acceptent plus que la propulsion électrique. Les prochaines hausses sensibles du prix du pétrole brut et par là l’augmentation qui s’ensuit du prix du gaz naturel ne se feront plus longtemps attendre. 

Déjà maintenant, même les investissements relativement élevés à cause du faible nombre de bus électriques achetés sont rapidement amortis par les coûts d’exploitation plus bas et en particulier par les coûts énergétiques moindres engendrés. Si nous partons du fait que le prix des véhicules comme des batteries va continuellement baisser à l’avenir, les calculs du CCV seront encore plus vite favorables aux bus électriques avec recharge sur parcours, ce résultat étant d’autant plus renforcé par l’augmentation du coût des compensations carbone des bus diesel ou hybrides.

Les législations internationales à venir portant sur les bus à zéro émission ne peuvent être non plus ignorées. En Californie, 15 % des transports en commun communaux doivent être déjà aujourd’hui à zéro émission. Et dans certaines mégalopoles asiatiques, la circulation des véhicules à propulsion diesel est déjà limitée.