Qu'est-ce que la gestion dynamique de la charge pour les bornes de recharge ?

La gestion dynamique de la charge des bornes de recharge mesure la charge réelle du site à son point de raccordement, en général par phase et toutes les quelques secondes, et donne aux bornes la capacité libre à cet instant. Elle maintient les bornes, avec tous les autres usages du site, sous le courant que le raccordement au réseau peut supporter. Un schéma statique attribue au contraire au groupe de bornes une enveloppe qui ne change jamais. Dans les deux cas, les bornes sont bridées, suspendues ou partagées au lieu de faire déclencher la protection générale ou de dépasser la puissance de raccordement souscrite.

La gestion de la charge permet à un parking d'exploiter huit bornes de 22 kW sur un raccordement qui ne pourrait pas en alimenter deux à pleine puissance à côté d'un bâtiment chargé. Elle ne crée pas de capacité. Elle déplace la recharge vers la capacité qui n'est pas utilisée.

Gestion statique et gestion dynamique de la charge

La gestion statique est une limite de groupe : les bornes se partagent par exemple 32 A par phase, quoi que fasse le bâtiment. Une borne maître ou la plateforme de recharge répartit cette enveloppe entre les véhicules branchés. C'est simple et n'exige aucune mesure hors du groupe de bornes, mais l'enveloppe doit tenir dans la puissance maximale appelée par le bâtiment : elle est donc petite justement quand le bâtiment consomme peu et que les véhicules pourraient absorber davantage.

La gestion dynamique ajoute un compteur au point de raccordement. Le gestionnaire de charge le lit, soustrait la charge du bâtiment de la capacité utilisable et donne le reste aux bornes. Une borne présentée avec une « gestion dynamique de la charge » sait en général lire un tel compteur, directement ou par sa borne maître.

Comment fonctionne la gestion dynamique de la charge

Chaque cycle de régulation enchaîne les quatre mêmes étapes :

1. Mesurer le courant de chaque phase au point de raccordement du site, soutirage positif et exportation négative. Le compteur doit voir tout ce qui se trouve derrière le raccordement, y compris les bornes elles-mêmes.
2. Soustraire le courant des bornes, que le gestionnaire de charge connaît par leurs compteurs ou par les limites qu'il a envoyées, pour obtenir la charge du bâtiment par phase.
3. Calculer la capacité disponible par phase : capacité utilisable moins charge du bâtiment. La capacité utilisable est la puissance de raccordement diminuée d'une marge de sécurité.
4. Répartir cette capacité disponible entre les véhicules branchés et envoyer à chaque borne sa nouvelle limite.

La règle de répartition décide qui recharge :

Les contraintes qui encadrent la répartition

Le plancher de 6 A

Une borne CA indique à la voiture le courant qu'elle peut appeler par le signal pilote de l'IEC 61851-1. Le plus petit courant que ce signal peut annoncer est 6 A par phase. À 230 V, cela représente 1,38 kW en monophasé et 4,14 kW en triphasé. En dessous de 6 A, la seule façon de réduire encore une voiture est de la suspendre. Un gestionnaire de charge ne découpe donc jamais la capacité disponible en parts inférieures à 6 A : il décide combien de véhicules peuvent recharger, puis la partage entre eux.

Certains véhicules terminent la session, ou demandent un nouveau branchement du câble, après une longue suspension. Testez la suspension et la reprise avec les véhicules qui utiliseront réellement le site.

Phases et véhicules monophasés

Un véhicule triphasé sur une borne triphasée appelle le même courant sur chaque phase : la phase la plus chargée fixe la limite des trois. Un véhicule monophasé n'appelle que sur une phase. Si chaque borne sort son alimentation monophasée sur L1, un parking rempli de véhicules monophasés charge L1 seule pendant que L2 et L3 restent inutilisées. Les installateurs font donc tourner l'ordre des phases d'une borne à l'autre (L1-L2-L3, puis L2-L3-L1, puis L3-L1-L2) pour répartir les véhicules monophasés sur les trois. Un gestionnaire de charge par phase doit alors savoir sur quelle phase se trouve le premier conducteur de chaque borne.

Calculez toujours la capacité disponible par phase, avec le calculateur de puissance triphasée ou le calculateur kW en ampères pour passer des kW aux ampères. Une capacité disponible en kW additionnée sur trois phases masque la phase qui est pleine.

Exportation photovoltaïque

Lorsque le site dispose d'une installation photovoltaïque, le courant au point de raccordement peut être négatif : le site exporte. La gestion dynamique peut compter cette exportation comme capacité disponible et recharger avec le surplus solaire. Un véhicule a besoin d'au moins 1,38 kW de surplus pour recharger sur une phase, ou de 4,14 kW sur trois, avant que le plancher de 6 A ne lui permette de démarrer. Les bornes qui basculent entre recharge monophasée et triphasée utilisent le seuil le plus bas par temps nuageux. Le guide de l'autoconsommation photovoltaïque explique comment mesurer l'exportation ainsi utilisée.

Temps de boucle et marge de sécurité

Le gestionnaire de charge ne réagit pas plus vite que son étape la plus lente : l'intervalle de mise à jour du compteur, le calcul, la commande à la borne, son application par la borne et la voiture qui suit le nouveau signal pilote. Pendant que la boucle rattrape son retard, le bâtiment peut ajouter de la charge. Dimensionnez la marge de sécurité pour couvrir le plus grand échelon de charge que le site peut produire pendant une boucle : si la boucle dure 30 s et qu'un compresseur de 40 A peut démarrer dans ce délai, la marge de sécurité est d'au moins 40 A. Mesurez la boucle à la mise en service en abaissant la limite par paliers et en chronométrant la baisse sur le compteur de la borne.

Exemple chiffré : huit véhicules sur un raccordement de 100 A

Un site d'entreprise dispose d'un raccordement triphasé 400 V avec une puissance de raccordement de 100 A par phase (69 kW sous 230 V entre phase et neutre). Le gestionnaire de charge garde une marge de sécurité de 10 %, il reste donc 90 A utilisables par phase. Il pilote huit bornes de 22 kW, chacune à 32 A par phase.

À 11 h 00, le bâtiment appelle 55 A sur L1, sa phase la plus chargée. La capacité disponible vaut 90 − 55 = 35 A par phase, environ 24,15 kW.

Le partage égal entre les huit véhicules est impossible : 4,375 A est sous le plancher de 6 A. Le gestionnaire de charge doit choisir combien de véhicules rechargent. Cinq véhicules à 7 A utilisent la totalité des 35 A ; les trois autres attendent, ou prennent le relais à la fin d'une session.

À 22 h 00, le bâtiment appelle 20 A. La capacité disponible vaut 70 A par phase, et 70 ÷ 8 = 8,75 A par véhicule : les huit véhicules rechargent chacun à 6,04 kW, soit 48,3 kW au total.

Avec une gestion statique, l'enveloppe doit tenir dans la puissance maximale appelée par le bâtiment. Si celle-ci est de 75 A par phase, les bornes reçoivent 90 − 75 = 15 A par phase à toute heure : deux véhicules à 7,5 A, soit 10,35 kW au total. Sur une nuit de dix heures, cela fait 103,5 kWh, contre 483 kWh avec la gestion dynamique avec la capacité disponible de 22 h 00.

Le calculateur de capacité de recharge refait le décompte des bornes à pleine puissance heure par heure. Il s'agit du même site et des mêmes bornes, avec la charge du bâtiment en kW pour chaque heure de 7 h 00 à 14 h 00 (chaque ampère par phase vaut 0,69 kW : la valeur de 37,95 kW à 11 h 00 est donc le cas à 55 A ci-dessus) :

Le calculateur ne compte que les bornes à pleine puissance. Le courant partagé sous 32 A, le plancher de 6 A et l'équilibre des phases relèvent du gestionnaire de charge, comme dans le tableau ci-dessus.

Quand la mesure ou la liaison tombe

La gestion dynamique de la charge dépend de trois liaisons : compteur vers gestionnaire de charge, gestionnaire vers bornes, et borne vers véhicule. Chacune doit avoir un comportement défini en cas de coupure.

• Mesure perdue ou périmée. Le gestionnaire de charge doit cesser d'utiliser la dernière valeur au-delà d'un âge fixé et revenir à une limite sûre avec le bâtiment à sa puissance maximale. Dans l'exemple, ce sont les 15 A par phase du schéma statique.
• La borne perd le gestionnaire de charge. Une borne qui conserve sa dernière limite élevée peut surcharger le site quand la charge du bâtiment augmente. En OCPP, le repli se construit avec des profils de charge enregistrés, par exemple un TxDefaultProfile bas sous un profil dynamique de courte durée. Le guide OCPP détaille les règles des profils et leurs essais. Les bornes pilotées en Modbus TCP ont souvent un courant de sécurité propre au constructeur, appliqué lorsque la consigne n'est pas rafraîchie à temps : lisez la documentation de la borne et testez-le.
• Le véhicule ne suit pas. Le compteur de la borne montre si le véhicule a réellement réduit son courant. Un gestionnaire de charge qui fait confiance à ses propres commandes sans lire le résultat ne voit pas un véhicule qui ignore le signal pilote.

Gardez la mesure et le calcul de la capacité disponible sur le site. Une plateforme dans le cloud peut planifier et facturer, mais une décision qui doit protéger la protection générale en quelques secondes ne doit pas dépendre d'un aller-retour par Internet. Lorsque la plateforme de recharge est dans le cloud, elle doit recevoir la capacité disponible avec son âge et appliquer un repli quand la valeur est trop ancienne.

Les règles qui imposent une recharge pilotable

En Grande-Bretagne, les Electric Vehicles (Smart Charge Points) Regulations 2021 s'appliquent aux points de recharge vendus pour les logements et les lieux de travail depuis le 30 juin 2022 ; les points de recharge publics et les points de recharge rapide de 50 kW ou plus en sont exclus. Un point de recharge doit pouvoir modifier sa puissance ou ses horaires de recharge en réponse à des signaux, doit rester capable de recharger s'il perd sa connexion réseau et doit appliquer en fonctionnement normal un délai aléatoire de 600 s au plus (il doit pouvoir aller jusqu'à 1 800 s). Ses heures de recharge par défaut doivent se situer hors des heures de pointe de 8 h à 11 h et de 16 h à 22 h en semaine, et le propriétaire peut les modifier.

En Allemagne, selon le § 14a EnWG et la décision BK6-22-300 de la Bundesnetzagentur, une wallbox de plus de 4,2 kW mise en service depuis le 1er janvier 2024 doit accepter une réduction par le gestionnaire de réseau, qui peut la limiter à 4,2 kW au minimum. Sur une wallbox de 11 kW, cela représente 6,1 A par phase, donc 6 A en pratique. Un site comptant plusieurs équipements pilotables peut recevoir la limite du gestionnaire de réseau par un système de gestion de l'énergie, qui la répartit ensuite entre eux. Le guide du § 14a EnWG donne la formule de puissance minimale.

Dans l'UE, l'article 14, paragraphe 1, de la refonte de la directive sur la performance énergétique des bâtiments, la directive (UE) 2024/1275, vise les bâtiments non résidentiels neufs de plus de cinq places de stationnement et ceux qui font l'objet d'une rénovation importante. Ils doivent disposer d'au moins un point de recharge pour cinq places (un pour deux dans les immeubles de bureaux), d'un pré-câblage pour au moins 50 % des places et de gaines pour les autres. Le pré-câblage et les gaines doivent être dimensionnés pour permettre l'utilisation simultanée des points de recharge exigés et, le cas échéant, pour accueillir un système de gestion de la charge ou de la recharge, dans la mesure où cela est techniquement et économiquement réalisable et justifiable. L'article 14, paragraphe 6, exige que les points de recharge soient capables de recharge intelligente et, le cas échéant, de recharge bidirectionnelle. La transposition nationale fixe les détails.

La gestion de la charge change aussi la facture. Un site soumis à une composante de puissance peut contenir sa pointe mensuelle en maintenant les bornes sous un objectif plutôt que sous la puissance de raccordement : voir écrêtement des pointes et déplacement de charge. Les flottes qui déplacent leur recharge vers les heures creuses, ou valorisent cette flexibilité, utilisent le même pilotage, décrit dans les VE comme actifs réseau.

La place d'EpiSensor

EpiSensor mesure le site que les bornes partagent. Un moniteur d'électricité ZEM au point de raccordement mesure le courant et la puissance par phase, et un second ZEM sur le tableau des bornes sépare la charge de recharge de celle du bâtiment. Edge sur la passerelle calcule la capacité disponible à partir de la phase la plus chargée, avec son âge, sur le site et sans aller-retour par le cloud.

Edge n'est pas un système de supervision de bornes et ne parle pas OCPP. Il publie la capacité disponible en MQTT, HTTP ou Modbus TCP. Lorsqu'une borne ou son module de gestion de la charge accepte une limite de courant en Modbus, une automatisation Edge peut écrire elle-même cette limite ; le délai d'expiration propre à la borne assure alors le repli. Sinon, la plateforme de recharge ou le gestionnaire de charge des bornes lit la capacité disponible et l'applique. Avant de choisir, vérifiez qu'il accepte une limite externe du site (en kW ou en ampères par phase), à quelle fréquence il la lit, ce qu'il fait quand la valeur est ancienne et comment il gère une capacité disponible inférieure à 6 A par véhicule en attente. L'application de gestion de la charge des bornes VE détaille les compteurs, le calcul et la transmission.