La technologie de recharge par induction pour véhicules électriques
Recharge par induction : description de la technologie
La technologie de recharge sans contact pour véhicules électriques, également connue sous le nom de recharge par induction, offre une méthode pratique et sans fil pour alimenter les batteries des véhicules électriques. Cela se fait à partir d’une voie spécialement équipée où sont disposées des bobines qui ne s’activent que lors du passage du véhicule électrique. Nous parlerons alors de “route électrique”.
De ce fait, cette technologie novatrice élimine la nécessité de brancher physiquement un câble pour recharger, simplifiant ainsi le processus de recharge, mais pas uniquement. Cette solution futuriste pourrait offrir la possibilité de réduire la capacité des batteries embarquées dans le véhicule, soit de réduire à la fois son poids et son prix.
Il pourrait exister deux modes de recharge par induction pour les véhicules électriques :
La recharge statique : La recharge par induction se ferait lorsque votre véhicule électrique est en stationnement (dans un parking de centre commercial, dans votre garage, une aire d’autoroute…). Pour recharger, vous garerez votre voiture au-dessus d’un socle ou d’un boîtier placé au sol. Un champ magnétique transmettrait ainsi l’électricité au chargeur du véhicule.
La recharge dynamique : Ce mode de recharge DEVC (Dynamic Electric Vehicle Charging) vous permettrait de recharger votre véhicule électrique en roulant grâce à un dispositif intégré dans la chaussée spécialement conçue à cet effet. Vous n’avez plus besoin de faire des arrêts obligatoires sur de longues distances, car votre véhicule électrique sera approvisionné en continu. Des études sur ce sujet ont été menées dans plusieurs pays au Royaume-Uni et en Suède. Cependant, un inconvénient majeur est le coût élevé associé à l’installation de ce système dans les chaussées.
L'objectif du projet de recharge par induction
Ce projet permettrait d’évaluer la viabilité commerciale et technique du déploiement de la recharge par induction pour les voitures électriques. Ce projet en question, étudié depuis quelques années maintenant à travers le globe, pourrait révolutionner le marché des véhicules électriques, mais pourrait surtout faciliter la transition écologique pour tous. En effet, nous savons que les principaux freins au passage à l’électrique sont l’autonomie et le prix de ces voitures. De plus, cette solution serait particulièrement adaptée aux besoins du secteur logistique et du transport routier longue distance.
De ce fait, cette technologie pourrait pallier ces inconvénients, sans compter les bienfaits pour la planète avec la baisse de la pollution atmosphérique pour atteindre l’objectif de réduction des émissions de gaz à effet de serre de 40 % d’ici 2040 en France.
Il est important de rappeler que l’exposition à la pollution particulaire provenant des véhicules thermiques augmente les risques de décès prématuré, mais aussi de cancer chez les enfants. Selon l’Agence française de sécurité sanitaire de l’environnement et du travail (Afsset), la pollution atmosphérique, dont environ ⅓ est attribuable aux émissions polluantes des véhicules, est chaque année à l’origine du décès prématuré de 6 500 à 9 500 personnes en France.
Quels sont les avantages de la recharge sans contact ?
En effet, cette technologie à recharge inductive pourrait provoquer un véritable raz de marée sur le marché des voitures électriques, et plus largement sur le marché de l’automobile.
Suite aux annonces du gouvernement français ces dernières années, les voitures thermiques pourraient potentiellement voir leurs ventes baisser au détriment de voitures plus respectueuses de l’environnement :
- 2030 :
- les véhicules diesel seront proscrits en France. Des mesures restrictives ont déjà été mises en place, notamment avec l’utilisation des vignettes Crit’Air dans certaines Zones à Faibles Émissions (ZFE).
- les véhicules thermiques ne seront plus autorisés dans la région parisienne et certaines ZFE, et cela sera régulé par le système des vignettes Crit’Air.
- 2035 :
- cette année marquera l’interdiction des véhicules essence ainsi que la fin de la commercialisation des véhicules thermiques dans l’UE.
Si vous voulez en savoir plus sur le sujet : La fin des voitures thermiques en 2035 est confirmée
Ces mesures visent à encourager l’adoption de véhicules plus propres et à réduire les émissions de gaz à effet de serre dans le cadre de la transition vers une mobilité plus durable.
La mise en place de ces recharges sans fil sur les autoroutes permettraient de pallier la décharge rapide des batteries sur ces voies à grande vitesse, résolvant ainsi l’un des inconvénients majeurs des véhicules électriques. En théorie, cela ouvrirait la possibilité de parcourir de longues distances sans avoir besoin de recharger fréquemment.
De plus, si l’ensemble des longs trajets était pris en charge par des autoroutes équipées de recharge par induction, la conception des véhicules électriques évoluerait. Dans ce contexte, il serait possible d’utiliser des batteries de moindre capacité : en somme, les modèles de véhicules électriques deviendraient plus légers, améliorant ainsi leur efficacité énergétique et se déchargeraient ainsi moins vite.
L’absence de connexions physiques pourrait rendre le système moins vulnérable à l’usure. Un autre avantage notable serait que les systèmes de charge sans fil ne sont que peu, voire pas du tout, affectés par les conditions météorologiques ou la saleté.
L'état actuel de la démocratisation de la recharge par induction : où en sommes-nous ?
Le projet de recharge rapide n’est plus un simple concept ! De nombreuses organisations et universités y travaillent actuellement. Nous vous présentons ci-dessous quatre projets qui nous semblent les plus prometteuses.
Pour aller plus loin : L’A10 met en place la recharge par induction pour les voitures électriques ?
Projet “Wireless Charging of Electric Taxis”
Le gouvernement anglais a financé un projet (3,4 millions de livres sterling) nommé Wireless Charging of Electric Taxis (WiCET), dans le but de tester cette technologie sur des taxis électriques et hybrides.
Pour plus de précisions, durant une période de trois mois, neuf véhicules sont dotés d’un système de recharge sans fil et déployés dans un projet pilote à Nottingham. Chaque véhicule pourra profiter d’une capacité de recharge sans fil de 10 kW. L’objectif est de démontrer l’efficacité du concept de recharge basée sur les stations de taxi et de mettre en place un système de facturation fonctionnel.
Avec la participation d’un constructeur britannique de véhicules électriques, London EV Company Limited (LEVC), et le constructeur japonais Nissan, ont mis à disposition des Dynamo EV côté Nissan et des modèles TX avec prolongateurs d’autonomie côté LEVC.
Ce système permet la recharge simultanée de plusieurs véhicules, étant particulièrement utile pour les taxis qui peuvent recharger leur véhicule électrique en attendant des clients. Les tests pilotes initiaux ont confirmé que le système de recharge sans fil atteignait une efficacité d’environ 90 %.
Les objectifs de ce projet de démonstration consistent à établir la validité des aspects techniques et économiques de la recharge sans fil pour les Hackney Carriages dans les villes de taille moyenne et importante. De plus, il consolide la position du Royaume-Uni en tant que leader mondial dans la mise en avant du potentiel des technologies émergentes dans le domaine de la mobilité propre, en alignant ses efforts sur les objectifs de la stratégie gouvernementale Road to Net Zero.
Voici la vidéo YouTube si vous voulez en savoir un peu plus sur ce projet : Nottingham Wireless Taxi charging – How it works
Pour aller plus loin : Net Zero : est-ce le futur de l’Europe ?
Projet mené à l’Université de Chalmers
Nous avons des chercheurs de l’Université suédoise de Chalmers ayant développé une technologie d’induction pouvant atteindre une parfaite efficience, sous la supervision du professeur Yujing Liu.
Cette recharge par induction propose une charge grimpant jusqu’à 500 kW de puissance, la plaçant au-dessus des meilleures solutions actuelles par câble. Elle offre une puissance exceptionnelle sans nécessiter de câbles, grâce à l’utilisation de semi-conducteurs en carbure de silicium. Cette solution pourrait recharge les batteries en quelques minutes seulement.
Pour rappel, la recharge rapide actuelle propose une puissance jusqu’à 350 kW.
Cette innovation fonctionne à une fréquence de 80 kHz, tandis que les systèmes d’induction classiques utilisent généralement une fréquence de 20 kHz.
Il est important de noter que plus la fréquence est élevée, plus la chaleur générée pendant la recharge augmente. Pour pallier cet effet, les scientifiques ont opté pour l’utilisation de bobines fabriquées à partir de fils de Litz, qui sont constitués de brins de cuivre isolés individuellement.
Contrairement aux dispositifs de recharge à induction classiques, pouvant présenter des pertes allant jusqu’à 50 %, ce nouveau système développé par l’Université de Chalmers ne perd que 1 à 2 % de l’énergie générée. Ces pertes minimes, à peine perceptibles, représentent une avancée significative.
Projet “FABRIC”
Ce projet FABRIC, programme en collaboration avec Qualcomm Halo d’une valeur de 9 millions d’euros, a été partiellement financé par l’Union Européenne. Son objectif est d’évaluer la viabilité économique et la faisabilité technologique d’un système de charge par induction dynamique pour les véhicules électriques DEVC (Dynamic Electric Vehicle Charging). Ce projet a impliqué la collaboration de 25 partenaires provenant de neuf pays européens différents.
Cette technologie de recharge sans fil permettrait de fournir de manière continue jusqu’à 20 kW d’énergie aux batteries d’un véhicule électrique en mouvement, atteignant une vitesse maximale de 100 km/h. Des essais en conditions réelles ont été réalisés sur divers emplacements : le système intégré sous la chaussée comprend un boîtier connecté au réseau électrique, alimentant des plaques à induction.
Ces plaques en question transmettraient de l’énergie par le biais d’un champ électromagnétique à ces deux plaques placées à l’avant comme à l’arrière du véhicule. Le courant serait converti et acheminé vers les batteries.
Ce système serait opérationnel même par temps pluvieux, en présence de neige ou en cas de contamination par des substances telles que les huiles.
| Conditions électriques et d'éclairage | |
|---|---|
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Courant |
Courant électromagnétique transmis à une fréquence normée de 85 kHz |
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Longueur |
100 m - (portion de route équipée à Versailles Satory) |
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Hauteur |
Jusqu'à 17.5 cm - (entre la route et le plancher du véhicule) |
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Largeur |
Dimensions (L x l) 600 x 350 mm (bobines secondaires sous véhicule) |
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Mise en œuvre |
Prototype étudié pour installation sur des portions de routes + pas de matériaux ferreux à proximité du système |
Projet “WEB-3 Advanced”
Un groupe de recherche dirigé par le professeur Yushi Kamiya de la Faculté des sciences et de l’ingénierie, en collaboration avec Toshiba Corporation, a conçu un bus électrique doté d’une technologie de recharge sans fil à haute fréquence, associée à une batterie lithium-ion. Le 1ᵉʳ février 2016, en partenariat avec la ville de Kawasaki et diverses entreprises de transport aérien dans tout le pays, des essais ont été initiés pour évaluer le nouveau bus rechargeable baptisé WEB-3 Advanced (Waseda Electric Bus-3 Advanced).
Ces essais ont débuté dans les environs de l’aéroport de Haneda au Japon et du centre d’innovation King SkyFront du service spécial stratégique international.
Ce bus électrique est conçu pour répondre aux besoins de trajets courts et à haute fréquence, tout en relevant les défis liés à l’adoption des véhicules électriques. Il vise à minimiser les coûts, la taille et le poids des véhicules, y compris leurs batteries.
Le WEB est équipé d’un chargeur sans fil à résonance électromagnétique innovant développé par Toshiba Corporation, permettant aux opérateurs de recharger le bus de manière rapide, sécurisée et efficace.
Les efforts de recherche et développement liés au WEB ont conduit à une réduction des coûts initiaux et du poids des véhicules électriques, tout en préservant un espace adéquat à l’intérieur du véhicule. De plus, cette collaboration de recherche a permis aux conducteurs de recharger leur véhicule d’un simple geste, en appuyant sur un bouton.
| Spécifications avancées WEB-3 | |
|---|---|
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Nom |
Waseda Electric Bus-3 Advanced (WEB-3 Advanced) |
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Poids à vide |
5990 kg |
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Dimensions |
L6,99 × L2,08 × H3,10 m |
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Capacité |
31 passagers |
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Moteur |
UQM « PowerPhase145 » : Puissance maximale 145 kW |
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Batterie |
Lithium -ion (TOSHIBA « SCiB TM » : 3 parallèles série 12 / 40 kWh / 331 V) |
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Chargeur sans fil |
Chargeur sans fil TOSHIBA : 44 kW à écart de 105 mm |
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Autonomie de croisière |
50 km maximum (sur la voie publique avec la climatisation éteinte) |
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Consommation électrique |
Environ 1,5 km/kWh (sur la voie publique avec climatisation éteinte) |
Quels sont les défis de la recharge par induction ?
Cette solution innovante de la recharge pour véhicules électriques pourrait révolutionner le marché, apporter une véritable valeur ajoutée à ses utilisateurs, mais aussi inciter à la mobilité verte. Cependant, le sujet de la recharge par induction est jonché de limites et de défis que nous allons énumérer ci-dessous.
Une portée de recharge limitée
La recharge par induction exige souvent que le véhicule soit très proche de la source de charge, limitant la flexibilité de l’emplacement de charge. Cette limitation peut rendre la recharge plus contraignante, notamment dans les espaces publics où des bornes de charge classiques offrent une portée plus grande.
Coûts conséquents s’avérant dissuasif
L’installation de systèmes de recharge sans fil peut être coûteuse en raison de la nécessité de mettre en place des infrastructures spécifiques, comme des plaques de charge encastrées dans la chaussée. Ces coûts supplémentaires peuvent dissuader certaines parties prenantes, y compris les gestionnaires de stationnement public, de déployer ces technologies
Les interférences électromagnétiques
Les systèmes de recharge par induction peuvent être sensibles aux interférences électromagnétiques, pouvant affecter efficacité et fiabilité. Les environnements où de multiples véhicules se rechargent simultanément peuvent être sujets à ce genre de problèmes.
Efficacité énergétique
Bien que la technologie de recharge par induction ait progressé pour réduire les pertes d’énergie, elle peut encore présenter des pertes d’énergie plus élevées que les méthodes de charge traditionnelles. Malgré cela, dans le projet de l’université de Chalmers, cette perte serait entre 1 et 2 % selon le professeur Yujing Liu. Cette limite concernant ces pertes d’énergie conséquente pourrait être résolu, au vu des avancées récentes visant à améliorer l’efficacité énergétique de ces systèmes.
Un déploiement international s’avérant compromis
Bien que la technologie de recharge par induction soit en développement, son déploiement à grande échelle peut être une limite en raison des investissements nécessaires pour mettre en place une infrastructure étendue. Son utilisation est plus courante dans des environnements spécifiques, tels que les transports en commun ou les expérimentations.
L’efficacité énergétique des systèmes de recharge sans fil peut être légèrement inférieure à celle de la recharge traditionnelle par câble, car une fraction d’énergie se dissipe sous forme de chaleur pendant la transmission sans fil.
La baisse du coût des batteries
La rapide diminution des coûts des batteries pourrait retarder ou même remettre en question l’avenir de cette technologie, pourtant vu comme un argument en faveur de celle-ci. Bien que la réduction des coûts des batteries puisse être justifiée du point de vue environnemental, elle soulève des questions sur sa viabilité économique. En moins de 10 ans, le prix par kilowattheure (kWh) des batteries a déjà diminué de manière significative, et l’on prévoit une réduction supplémentaire de 65 % d’ici à 2030.
Par ailleurs, notre article Autonomie des batteries de voitures électriques : où en sommes-nous ? pourrait vous intéresser si vous souhaitez vous éduquer plus en profondeur sur l’univers de la batterie électrique.
Recharge rapide par induction : quelle conclusion pouvons-nous en tirer ?
Le projet de recharge rapide sans contact pour voitures électriques suscite un débat animé. En effet, tout au long de cet article, nous avons énuméré les nombreux avantages proposés par cette solution innovante pouvant accélérer la transition écologique.
Malheureusement, bien qu’il y ait eu une multitude de projets en faveur de cette recharge par induction, toutes sont restées en suspens, et ce n’est pas un hasard. Bien que les nombreux atouts de cette recharge par induction puissent lever les derniers freins à l’achat des modèles 100% électriques, la démocratisation de ce projet nécessite des fonds conséquents et un accord international commun pour pouvoir mettre en place cette recharge sans fil sur les routes.
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Cette solution de recharge est donc à surveiller de près. Au vu de la rapidité exponentielle des avancées technologiques, les limites actuelles de cette recharge sans fil pourraient être contournées et un projet pourrait officiellement voir le jour !
Affaire à suivre !
Si vous souhaitez en savoir plus sur l’aide à l’installation de borne de recharge pour entreprise en 2024, n’hésitez pas à consulter notre article sur ce sujet.
