Comprendre l’intégration véhicule-réseau (VGI)

Le fonctionnement de la recharge intelligente et de la recharge bidirectionnelle, et ce qu’il faut pour les mettre en pratique.

L’intégration véhicule-réseau (vehicle-grid integration, ou VGI) englobe un large éventail de technologies et de stratégies opérationnelles qui permettent aux infrastructures de recharge pour véhicules électriques (VE) d’interagir avec les réseaux électriques de manière à procurer des avantages à la clientèle utilisatrice de VE, aux propriétaires d’immeubles, aux distributeurs d’énergie et à la société dans son ensemble. Elle comprend à la fois la recharge intelligente unidirectionnelle (managed charging, ou V1G), où le moment, le lieu ou la vitesse de recharge des VE est contrôlé ou influencé, et la recharge bidirectionnelle, où le VE peut puiser dans l’électricité stockée dans sa batterie pour alimenter une charge, un bâtiment ou le réseau électrique. Les applications de recharge unidirectionnelle et bidirectionnelle peuvent être passives ou actives. Par exemple, un tarif d’électricité qui varie selon l’heure de la journée constitue un signal passif, tandis qu’une commande envoyée directement aux appareils au moyen d’une intégration logicielle constitue un signal actif. Les travaux de l’Alliance canadienne pour l’intégration véhicule-réseau portent sur l’ensemble des applications de l’intégration véhicule-réseau.

Les schémas ci-dessous illustrent les applications les plus courantes de l’intégration véhicule-réseau ainsi que la terminologie que nous recommandons. Ils servent également de référence pour interpréter d’autres sources qui peuvent utiliser des conventions d’appellation différentes. Comme les termes et les acronymes liés à l’intégration véhicule-réseau ne sont pas utilisés de manière uniforme dans l’industrie, nous recommandons de les définir clairement et d’éviter les acronymes inutiles dans vos propres communications.

Dans les applications de recharge intelligente (V1G), l’électricité circule dans un seul sens : de la borne de recharge vers le véhicule. Toutefois, un conducteur de VE, un gestionnaire d’immeuble ou de parc de véhicules, un distributeur d’énergie ou un autre tiers peut gérer le moment et la puissance de recharge afin de profiter de coûts d’électricité moins élevés (par exemple grâce à la tarification différenciée dans le temps ou à la gestion de la prime de puissance) ou pour recevoir une rémunération en participant à des événements de réduction de la consommation en période de pointe. La recharge intelligente est rendue possible par des technologies qui facilitent la communication entre le véhicule ou la borne de recharge et le tiers concerné, qu’il s’agisse du conducteur, du gestionnaire d’immeuble, du distributeur d’énergie ou d’un autre intervenant. Il peut s’agir, par exemple, d’une borne de recharge pour VE connectée au Wi-Fi ou de la télématique embarquée du véhicule.

Fait appel à des mécanismes de contrôle, notamment des commandes locales et des stratégies de gestion de la charge, pour éviter que la charge des VE ne dépasse la capacité électrique existante d’un site ou d’un immeuble, réduisant ainsi au minimum les besoins de mise à niveau. Des ressources énergétiques stationnaires, comme des batteries stationnaires, des sources de production d’énergie renouvelable ou des génératrices à combustibles fossiles, peuvent compléter ces mécanismes de contrôle afin de permettre un raccordement électrique flexible.

Souvent utilisé pour les véhicules qui restent stationnés pendant de courtes périodes et doivent être rechargés rapidement. Une batterie stationnaire se recharge à partir du réseau, puis le VE puise l’électricité dans cette batterie. La recharge de la batterie à partir du réseau peut ainsi être programmée pendant les périodes où les tarifs sont moins élevés ou de façon à réduire les pointes de consommation, tout en permettant au VE de se recharger lorsqu’il en a besoin. Le stockage par batterie stationnaire sur le même site peut également servir à renforcer la résilience et à assurer la disponibilité des installations.

Les applications de recharge bidirectionnelle sont regroupées sous l’appellation V2X (vehicle-to-everything, ou « du véhicule à X »). Le terme V2G (vehicle-to-grid, ou « du véhicule au réseau ») est également couramment utilisé comme terme générique.

Les définitions du V2X et des acronymes connexes varient, et il n’existe pas de norme universellement reconnue. Nous recommandons ci-dessous une terminologie uniforme afin de favoriser l’établissement d’un langage commun au sein de l’industrie, tout en signalant, lorsque cela est utile, d’autres usages pour faciliter l’interprétation d’autres sources.

Dans les applications « du véhicule à la charge » (vehicle-to-load, ou V2L), le véhicule peut être équipé d’une prise de courant intégrée, soit une prise standard à trois broches, soit une prise à quatre broches de tension supérieure. Il peut également être compatible avec un adaptateur pour le port de recharge muni d’une prise standard à trois broches. Ces solutions permettent d’alimenter certains appareils ou équipements, comme un ordinateur portable, des outils électriques, un vélo électrique ou du matériel de camping. Un VE peut même servir à en recharger un autre.

Dans les applications « du véhicule à la maison » (vehicle-to-home, ou V2H) ou « du véhicule au bâtiment » (vehicle-to-building, ou V2B)*, le VE fournit de l’électricité lorsqu’il est déconnecté du réseau, ou en mode îloté, généralement lors d’une panne de courant afin de servir de source d’alimentation de secours. Le système doit être muni d’un dispositif d’isolation du réseau afin d’assurer un fonctionnement sécuritaire, comme c’est le cas pour les génératrices de secours traditionnelles. On parle aussi d’applications isolées du réseau (grid-isolated) ou en formation de réseau (grid-forming).

* Dans le Centre de connaissances, les termes V2H et V2B désignent spécifiquement une alimentation de secours en mode îloté, c’est-à-dire isolée du réseau, afin de la distinguer de la recharge bidirectionnelle raccordée au réseau (V2G). Dans d’autres sources de l’industrie, les termes V2H et V2B peuvent toutefois aussi désigner des applications raccordées au réseau. Nous recommandons donc de préciser « en mode îloté » pour éviter toute ambiguïté. Le terme V2B désigne généralement les bâtiments non résidentiels de plus grande taille et est aussi souvent utilisé pour parler de systèmes raccordés au réseau. En Amérique du Nord, le terme V2H désigne le plus souvent une alimentation de secours en mode îloté, tandis qu’en Europe, il désigne généralement des applications raccordées au réseau, sauf indication contraire.

Dans les applications de recharge bidirectionnelle raccordées au réseau (V2G), le VE fournit de l’énergie à un système raccordé au réseau électrique. Cette énergie peut servir à alimenter d’autres charges du bâtiment situées derrière le même compteur, être injectée dans le réseau par l’intermédiaire du compteur ou, dans certaines applications liées aux parcs de véhicules, être injectée directement dans le réseau en amont du compteur. Les conducteurs peuvent être rémunérés pour cette énergie au moyen de mesures incitatives, de programmes ou de tarifs offerts par les distributeurs d’énergie, ou encore de mécanismes de marché. Les applications raccordées au réseau peuvent également être qualifiées d’interconnectées, de systèmes fonctionnant en parallèle avec le réseau (grid-parallel) ou de systèmes en suivi de réseau (grid-following). Il existe trois grands types d’applications V2G raccordées au réseau :

Le VE fournit de l’électricité à la maison ou au bâtiment tout en demeurant raccordé au réseau, ce qui permet au site de réduire la quantité d’électricité prélevée sur le réseau, sans y réinjecter d’énergie.

* Cette application est parfois appelée V2H/V2B (raccordé au réseau). Toutefois, comme le véhicule fonctionne alors comme une ressource énergétique décentralisée interconnectée au réseau, avec les exigences qui en découlent en matière d’interconnexion, de sécurité et de qualité de l’électricité, nous utilisons le terme V2G sans injection au réseau afin de la distinguer à la fois du V2H/V2B en mode îloté et des applications V2G qui permettent une injection nette d’électricité dans le réseau.

Le VE se décharge tout en demeurant raccordé au réseau, et le site peut injecter de l’énergie dans le réseau.

Le VE se décharge et injecte directement de l’énergie dans le réseau, sans être relié à un bâtiment ni situé en aval du compteur d’un client.

Bien que le réseau électrique fournisse du courant alternatif (CA), les batteries des VE se chargent et se déchargent en courant continu (CC), ce qui nécessite des équipements de conversion électrique. Tous les VE sont équipés d’un chargeur embarqué qui assure cette conversion lors de la recharge en CA.

Il existe donc deux types de recharge :

• Recharge en CA : la borne de recharge fournit du courant alternatif au VE au niveau 1 (120 V) ou au niveau 2 (monophasé, 208 V ou 240 V). Ce type de recharge est surtout utilisé dans les applications résidentielles, ainsi que dans les parcs de véhicules et les sites de recharge publics où les véhicules restent stationnés pendant de plus longues périodes.
• Recharge en CC : la borne de recharge intègre le convertisseur CA/CC et contourne le chargeur embarqué du véhicule, ce qui permet une recharge plus rapide sans nécessiter un convertisseur de plus grande capacité à bord du véhicule. La recharge en CC est utilisée dans les parcs de véhicules et les sites de recharge publics où les véhicules doivent se recharger rapidement et ne restent stationnés que pendant de courtes périodes, ainsi que pour les véhicules de parc de plus grande taille ayant des besoins de recharge à puissance plus élevée.

Pour qu’un véhicule puisse fournir de l’électricité à des équipements fonctionnant en CA, comme dans le cas de la recharge bidirectionnelle (V2X), un onduleur est également nécessaire. Les systèmes de recharge bidirectionnelle peuvent utiliser un onduleur intégré au véhicule ou situé à l’extérieur de celui-ci. Lorsque la conversion du courant s’effectue à bord du véhicule avant que l’électricité n’en soit extraite, on parle de recharge bidirectionnelle en CA (ou « V2X-CA » ou « V2G-CA »). Lorsque le câble de recharge transporte du CC hors du véhicule et que l’onduleur est situé à l’extérieur du VE, par exemple dans la borne de recharge ou dans un boîtier mural distinct, on parle de recharge bidirectionnelle en CC (ou « V2X-CC » ou « V2G-CC »).

À ce jour, le V2X-CC est l’approche la plus répandue et la plus aboutie sur le plan commercial. Les normes de l’industrie qui encadrent le V2X-CC sont déjà relativement bien établies grâce aux applications solaires photovoltaïques et aux batteries stationnaires, ce qui facilite la gestion des processus d’interconnexion et de certification pour les exploitants de réseaux électriques. Le V2X-CA gagne toutefois du terrain, puisqu’il constitue une solution rentable pour les applications V2X de plus faible puissance.

Exigences en matière d’intégration véhicule-réseau par application

V1G = recharge intelligente · îloté = en mode îloté · racc. = raccordé au réseau
3. Pour la recharge intelligente active. 4. Pour la recharge et la décharge intelligentes actives. 5. Seulement si le système est également configuré pour la recharge bidirectionnelle en parallèle avec le réseau (c.-à-d. avec changement de mode).

1 Pour alimenter uniquement la maison ou le bâtiment pendant une panne de courant, un dispositif d’isolation du réseau est nécessaire afin de permettre au système électrique du bâtiment de fonctionner de façon autonome en toute sécurité.

2 La recharge intelligente (V1G) et le V2G raccordé au réseau sont peu susceptibles d’être adoptés en l’absence de mécanismes de rémunération appropriés offerts par les distributeurs d’énergie. Pour les propriétaires de véhicules, le principal avantage réside dans la possibilité de réaliser des économies et, selon le cas, de générer des revenus en fournissant des services au réseau, afin de compenser les coûts connexes, notamment les coûts d’investissement et la dégradation de la batterie.

Un système de recharge intelligente fonctionnel, qu’il s’agisse de recharge unidirectionnelle ou bidirectionnelle, fait intervenir de nombreux acteurs. Différents modèles de partenariat et de communication peuvent être utilisés pour relier entre eux les technologies et les données nécessaires.

Les constructeurs automobiles proposent de plus en plus de services de données pour leurs véhicules, qui donnent à la clientèle accès à des fonctionnalités comme la localisation du véhicule ou le verrouillage et le déverrouillage à distance. Ces services et la connectivité de données qui les sous-tend, généralement par réseau cellulaire, peuvent également servir à contrôler et à surveiller la recharge ainsi que l’état de charge de la batterie du véhicule.

Les fabricants de bornes de recharge peuvent eux aussi contrôler et surveiller la recharge au moyen de bornes connectées au réseau, généralement par Wi-Fi, et offrir ces services de données à leur clientèle. Bon nombre d’entre eux ont également mis au point des outils permettant de regrouper les bornes d’un parc de véhicules commerciaux sur un même site afin que les gestionnaires de parc puissent gérer les horaires de recharge, ou encore d’inscrire la clientèle résidentielle à des programmes d’intégration véhicule-réseau.

Les agrégateurs et les partenariats de ressources énergétiques décentralisées (RED) réunissent différents constructeurs automobiles ou fabricants de bornes, toutes marques et tous modèles confondus, afin de créer un outil ou un système unique capable de surveiller les véhicules et les bornes et de leur transmettre des commandes. Ces organisations cherchent à offrir aux distributeurs d’énergie et aux systèmes de gestion des RED un guichet unique leur permettant d’accéder aux véhicules et à d’autres ressources énergétiques décentralisées, sans devoir mettre en place de multiples intégrations logicielles et organisationnelles.

Les systèmes de gestion des RED peuvent parfois jouer le rôle d’agrégateurs ou participer à des partenariats de RED, mais leur principale valeur réside dans leur rôle de plateforme centrale de contrôle et d’optimisation permettant aux distributeurs d’énergie de gérer l’ensemble des actifs du côté de la demande. Ils peuvent également interagir avec les marchés de l’énergie et effectuer des transactions en fonction des informations fournies par les distributeurs d’énergie.

Les distributeurs d’énergie connaissent très bien leurs réseaux et peuvent prévoir ou détecter les périodes de demande de pointe. Ces renseignements peuvent servir à demander un déplacement de la charge en temps réel ou à programmer une gestion continue de la charge au moyen de leur plateforme de gestion des RED. Les distributeurs d’énergie offrent aussi souvent des mécanismes de rémunération, comme des mesures incitatives et des programmes, afin d’encourager la clientèle à participer à des initiatives d’intégration véhicule-réseau qui procurent des avantages au réseau.

La recharge intelligente peut offrir les mêmes cas d’usage et le même éventail de sources de valeur que d’autres formes de gestion de la demande de puissance, comme les thermostats intelligents, tout en offrant une flexibilité accrue. De même, la technologie V2X peut offrir les mêmes cas d’usage et les mêmes sources de valeur que les batteries stationnaires. Parmi ces cas d’usage, on compte notamment :