Parking : quels besoins en énergie pour les voitures électriques ?

Vous souhaitez ou devez déployer des bornes de recharge car :

• La loi vous l’impose ;
• Vos usagers vous le demandent ;
• Vous voulez soutenir la mobilité durable.

Pour bien dimensionner votre projet d’installation de bornes, la première question à se poser est et restera : qui est-ce que je recharge ?

Nous vous proposons ici une approche pour démarrer une estimation des besoins à adresser sur un parking donné.

Temps de recharge : différents paramètres à considérer

Recharger un véhicule électrique paraît simple en apparence, mais en pratique les paramètres sont nombreux. Avec un usage radicalement différent du véhicule thermique, la recharge électrique se traite avec un certain niveau de précision. On ne fait plus le plein, mais au contraire, de nombreuses et régulières séquences de charge dès qu’on en a la possibilité.

Des initiatives visent à déployer des stations de charge très rapides pour revenir à un usage connu (pompe à essence) mais la plupart des citadins n’y auront pas accès, voire n’en auront pas besoin.

Dès lors qu’on constate ce changement d’usage, il convient de lister les différents éléments à prendre en compte lorsqu’on parle d’une recharge :

• Taille de la batterie du véhicule ;
• Puissance de recharge du véhicule, c’est-à-dire les puissances acceptées par la voiture sur chaque mode (en courant alternatif, monophasé, etc.) ;
• État de la batterie du véhicule à l’arrivée (50%, 80% ?) ;
• Quantité d’énergie à transférer dans le véhicule (car pour rappel, 20% d’une Zoé ne correspond pas à 20% d’une Tesla) ;
• Rendement énergétique du véhicule (100km rendus à une Tesla correspond à 43% d’énergie en plus que 100km rendus à une Zoé) ;
• Puissance compatible en face, via l’IRVE;
• D’éventuelles contraintes d’optimisation (recharger la voiture A, puis B…) ;
• Temps de présence du véhicule sur site ;
• Si le service est payant, la quantité souhaitée par le client (qui ne souhaite peut-être pas faire un plein) ;
• Conditions climatiques.

On le voit, à la question « ça prend combien de temps de recharger un véhicule ? », la réponse n’a évidemment pas d’absolu.

Nous déconseillons fortement l’approche qui consiste à mettre de côté tous ces paramètres pour simplifier le problème :

• Risque 1 : vous installerez des bornes sous-dimensionnées alors que vos usagers auront des besoins importants ;
• Risque 2 : vous installerez des bornes surdimensionnées alors que tous vos usagers roulent, par exemple, en hybride rechargeable (pour la plupart incompatibles avec des modes de charge rapide) ;
• Risque 3 : vous ferez un mixte des deux en espérant que tous les besoins soient couverts, avec le risque que le résultat ne conviennent ni aux usagers ni à vous.

Pour éviter ces risques, nous avons une deuxième approche à vous proposer, consistant à rentrer dans le détail de vos usages et à synthétiser le problème autour de deux données clés : énergie demandée et puissance de recharge.

Puissance de recharge et énergie demandée : des données clés

Concernant la quantité d’énergie demandée, il est crucial pour votre projet d’électrification de savoir combien de kWh les véhicules vont demander. Trois niveaux de détails peuvent être imaginés :

1. Vous connaissez exactement le besoin de chaque usager.
2. Vous utilisez une moyenne globale générique (par exemple : 50km en moyenne par jour et par véhicule) ;
3. Vous arrivez à modéliser une loi mathématique représentant plus ou moins bien les besoins de vos usagers ;

Le 1er niveau de détail est impossible à viser et n’est pas nécessaire. Le second quant à lui, peut être trop approximatif et masquer certains besoins urgents ou un peu particuliers. La modélisation d’une loi mathématique présente alors le meilleur intérêt : d’une part, parce que de nombreux outils existent en la matière et d’autre part, parce qu’une fois modélisée, cette loi pourra être manipulée pour imaginer certains scénarios non prévus initialement. 

De l’autre côté, il est également important de connaître le paramètre de la puissance de recharge, notamment pour éviter le sur-investissement comme vu dans l’exemple précédent. De la même manière, trois niveaux de détails peuvent être imaginés :

1. Vous connaissez exactement chaque modèle de voiture qui se présentera sur votre site et la puissance associée
2. Vous prenez une valeur médiane dans les différents standards que vous rencontrez (par exemple : 11kW, correspondant à de la recharge accélérée).
3. Vous segmentez vos véhicules en quelques catégories ayant des puissances de recharge plus ou moins puissantes et vous modéliser leur représentativité sur votre parking ;

Évidemment, l’option 1 n’est pas envisageable – à moins que vous n’ayez une maîtrise absolument complète de votre flotte. L’option 2 est risquée, notamment parce que les standards de charge évoluent très vite : la grande majorité des véhicules aujourd’hui se rechargent selon les standards suivants :

• Ils acceptent jusqu’à 7,4kW AC ;
• Ils n’acceptent pas la recharge entre 11kW et 22kW AC ;
• Mais reprennent ensuite sur du courant continu (DC).

L’option 3, quant à elle, présente un intérêt : elle se base sur des données réelles provenant de votre parking et permet de simplifier suffisamment le problème pour ne pas surdimensionner le travail et l’analyse.

En conclusion, ces deux paramètres (énergie demandée par les usagers et puissance de recharge associée à leurs véhicules) sont clés car ils seront à la source du choix de votre solution et des politiques de recharge à mettre en place sur votre site (incluant la monétisation du service).

Comment analyser les besoins en énergie sur votre parking ?

La démarche qui consiste à modéliser les flux de véhicules sur votre site et les besoins de vos usagers en énergie est la méthodologie la plus efficace pour ne pas se tromper dans les investissements, qui peuvent rapidement dépasser la centaine de milliers d’euros. Les rapports sont unanimes : les bornes sont très largement sous-utilisées et mal optimisées. Il y a donc un vrai intérêt à prendre le temps d’étudier ces questions pour pouvoir faire les bons choix et piloter sa stratégie.

La première étape consiste donc à récupérer ces données clés. Elles peuvent être construites, extraites ou même intuitées (parking en construction par exemple). Plus la donnée sera précise, plus cette modélisation de l’énergie et de la puissance sera précise. Il est donc important de pouvoir fusionner plusieurs sources de données pour pouvoir générer ces modèles.

Une fois ces modélisations faites, il faut pouvoir construire les autres phénomènes liés à la recharge et intégrer leurs impacts – positifs ou négatifs – dans l’étude de certaines solutions ou stratégies d’électrification.

Le logiciel ME Analytics © permet de faire ce travail. En modélisant le parking de votre choix, il est possible de simuler différents scénarios d’électrification en jouant avec plusieurs paramètres déterminants. En partenariat avec le laboratoire du DISP (EA4570), Mob-Energy a conçu cet outil versatile et complet permettant d’adresser l’entièreté du sujet sans faire le choix du « on verra ». 

Et même lorsque le sujet semble facile à traiter, une simple simulation est en réalité très intéressante pour évaluer les points suivants en début de projet :

• Prévoir les quantités d’énergies transférées ; 
• Anticiper les phénomènes de pannes et leurs impacts sur le service ; 
• Prévoir les phénomènes de foisonnement et les taux d’utilisation ;
• Identifier la saturation d’un service de recharge ;
• etc.