Comment un dépôt de bus a réduit les coûts de recharge de pointe de 28 % grâce à une pile de recharge flexible en courant continu de 240 à 720 kW

Contexte du client

Un opérateur de transport communal de la région Rhin-Ruhr gère une flotte de 42 bus électriques à batterie et parcourt environ 120 000 kilomètres de service régulier chaque mois. La flotte est basée dans un seul dépôt construit en 2019, où 30 chargeurs CC fixes de 120 kW ont été installés pour prendre en charge la recharge de nuit et d'opportunité.

Le mandat principal de l'exploitant : maintenir les bus sur la route pendant un minimum de 16 heures par jour, incluant les heures de pointe du matin et de l'après-midi. Cela signifiait que les fenêtres de facturation entre les blocs de service étaient aussi courtes que 45 minutes. La configuration existante des chargeurs fixes s'avérait trop rigide pour ces contraintes opérationnelles.

Le défi : puissance fixe, tarifs fixes et chargeurs inutilisés

Chaque chargeur fixe de 120 kW était affecté à un seul bus. Lorsque les bus revenaient par vagues après le service du matin et du soir, de nombreux chargeurs restaient inactifs tandis qu'une file d'attente se formait devant ceux qui étaient actifs. Un bus avec un état de charge de 40 % avait encore besoin d'une heure et demie avec un chargeur de 120 kW, ce qui était trop long pour une escale de 45 minutes.

Étant donné que la connexion au réseau du dépôt était limitée à 600 kW de charge simultanée, pour amener plus de puissance au chantier aurait nécessité un nouveau transformateur et un long processus de permis, avec un coût estimé à 180 000 $. Entre-temps, l'opérateur a essayé deux solutions de contournement :

• Planification manuelle des bus pour éviter la concurrence pour la puissance, ce qui retardait les heures de départ et réduisait la ponctualité.
• Programmation des chargeurs existants pour limiter la puissance pendant les périodes de pointe, mais cela n'a fait qu'allonger les temps de charge et laisser les bus sous-chargés pour le bloc suivant.

La conséquence directe a été une accumulation croissante de frictions opérationnelles : files d'attente, départs manqués et frais mensuels de demande qui atteignaient constamment 24 000 $. L’équipe avait besoin d’une architecture de charge capable d’adapter l’allocation d’énergie en temps réel là où elle était nécessaire, et non d’un ensemble de sorties fixes.

Pourquoi la pile de charge flexible CC de 240 à 720 kW

L'opérateur a évalué deux alternatives avant de choisir la pile de recharge flexible Soutya de 240 à 720 kW CC.

La première alternative consistait à ajouter un deuxième transformateur et à déployer davantage de chargeurs fixes de 120 kW. Cette approche éliminerait les files d’attente mais laisserait de nombreux chargeurs inactifs en milieu de journée, et la mise à niveau du réseau à elle seule absorberait la totalité du budget énergétique annuel.

La deuxième alternative était un chargeur central haute puissance doté d’une matrice de commutation mécanique capable de connecter un bus à la fois. Cela a résolu le problème du partage de l’énergie mais a créé un nouveau goulot d’étranglement : une seule panne sur le système de commutation arrêterait l’ensemble du dépôt.

La pile de recharge flexible Soutya s'est démarquée pour trois raisons :

• Allocation dynamique de puissance :Une seule unité de 600 kW peut répartir sa production sur six à huit points de recharge, donnant à chaque bus uniquement la puissance dont il a actuellement besoin. L'allocation est mise à jour en temps réel sans intervention manuelle.
• Évolutivité modulaire :La pile est construite à partir de modules de puissance interchangeables. Si la flotte s'agrandit, l'opérateur peut ajouter des modules sans remplacer l'ensemble de l'unité.
• Aucune mise à niveau du réseau requise :Étant donné que la pile peut imposer une charge totale maximale configurable, elle s'intègre dans la connexion au réseau existant de 600 kW, évitant ainsi le projet de transformateur de 180 000 $.

Implémentation : déploiement progressif et gestion dynamique de la charge

Le projet s'est déroulé sur six semaines, depuis la signature du contrat jusqu'à la pleine exploitation. La mise en œuvre s'est déroulée en quatre étapes :

1. Étude du site et cartographie de l'aménagement.L'équipe a cartographié les emplacements de stationnement des bus, les itinéraires des câbles et la capacité du standard existant afin de déterminer le nombre optimal de prises de recharge par pile.
2. Installation de quatre pieux de 600 kW,chacun configuré avec huit connecteurs pour un total de 32 points de recharge. Les pieux ont été placés entre les rangées de stationnement pour minimiser les longueurs de câbles et les pertes.
3. Intégration avec le système de gestion de dépôt.L'attribution de puissance de la pile a été liée à la base de données de planification des véhicules afin que les bus ayant des heures de départ plus précoces reçoivent une puissance prioritaire.
4. Formation du personnel.Les opérateurs de charge ont été formés à la lecture des graphiques d'allocation de puissance et aux mesures à prendre dans les rares cas d'erreur de connexion.

Un défi majeur est apparu au cours de la deuxième semaine. La salle électrique existante du dépôt ne pouvait pas accueillir l'équipement supplémentaire de protection contre les surtensions et de mesure requis pour les nouvelles piles sans une petite reconfiguration. Le problème a été résolu en installant un tableau de distribution secondaire compact et en déplaçant les charges électriques de secours vers une phase différente : des travaux de génie civil mineurs qui ont ajouté quatre jours au calendrier.

Résultats quantifiables : délais d'exécution plus rapides, frais de demande réduits, moins de files d'attente

Les données opérationnelles des trois premiers mois de fonctionnement des piles de chargement flexibles de Soutya ont montré des améliorations mesurables à tous les niveaux.

• Le temps de recharge par bus a diminué de 38 %.La moyenne pour une batterie de 200 kWh est passée de 4,5 heures à 2,2 heures, car la pile pouvait concentrer 240 kW sur un seul bus lorsque le parking était à moitié vide.
• Les tarifs liés à la demande de pointe ont diminué de 28 %,de 24 000 $ à 17 300 $ par mois. L'algorithme de limitation de charge de la pile a maintenu la consommation totale du dépôt en dessous du seuil de 600 kW, même lorsque 20 bus se rechargeaient simultanément.
• L'utilisation de la recharge est passée de 47 % à 78 %.L'alimentation électrique étant acheminée de manière flexible, un bus arrivant à 14 h 00 peut se recharger à pleine puissance tandis qu'un bus dont le départ est prévu à 18 h 00 attend son tour.
• La mise à niveau du réseau de 180 000 $ a été évitée.Le coût du projet, y compris les quatre pieux et l'installation, s'est élevé à environ 96 000 $, ce qui signifie que la période de récupération a été de plus d'un an, basée uniquement sur les économies réalisées sur la demande.

L'impact plus large a été visible dans le respect des horaires : le nombre de bus quittant le dépôt avec un état de charge inférieur à 90 % est passé de 12 à 2 par semaine, et le taux de départ à l'heure de la flotte s'est amélioré de 92 % à 98 %.

Témoignage client

Le responsable des opérations du dépôt l'exprime en termes simples :

"La pile flexible ne permet pas une recharge plus rapide ; elle nous redonne le contrôle de notre emploi du temps. Je n'ai plus à décider quel bus doit recharger en premier. L'électricité va là où elle est nécessaire, et cela a changé la façon dont nous planifions tous nos quarts de travail."

Un autre responsable de la maintenance a ajouté : « La conception modulaire nous permet d'augmenter la capacité sans détruire l'installation existante. Cela n'était pas possible avec nos anciennes unités fixes. »

Leçons pour les autres opérateurs de flotte et de recharge

Trois leçons reproductibles ont émergé de ce projet :

1. Faites correspondre la configuration de la pile aux horaires réels des bus, et non à la puissance maximale.Le dépôt a envisagé un modèle de 720 kW, mais les unités de 600 kW avec 32 prises s'adaptent mieux à la rotation des bus et coûtent moins cher. Comprendre le chevauchement des heures de retour est plus précieux que d’acheter la plus grande unité possible.
2. Utilisez l’algorithme d’allocation de puissance dès le premier jour.La valeur par défaut est définie pour un scénario générique. Les performances du dépôt ne se sont améliorées qu'après avoir configuré les priorités d'allocation pour qu'elles correspondent aux heures de départ et à l'état de charge de la batterie.
3. Planifiez la croissance de votre flotte en choisissant une unité modulaire.Si l'opérateur ajoute 10 bus supplémentaires, il peut insérer des modules d'alimentation supplémentaires dans les piles existantes. Un chargeur fixe nécessiterait une toute nouvelle installation et une autre connexion au réseau.

La plus grande surprise pour l'équipe a été la manière dont le changement de comportement de recharge a affecté l'ensemble de ses opérations. Le passage d'un modèle à énergie fixe à un modèle axé sur la demande a permis d'économiser de l'argent, d'améliorer la ponctualité et d'éliminer une source quotidienne de stress pour le personnel.

Références

Pour les opérateurs évaluant les piles de chargement flexibles CC, les normes industrielles suivantes fournissent un contexte utile sur la sécurité et les performances :

• EN 50620 : 2017 – Câbles électriques pour la recharge des véhicules électriques, définissant la flexibilité des câbles, la résistance aux intempéries et les exigences de tension pour les systèmes CC 0,6/1 kV.
• Série CEI 62196 – Fiches, prises de courant et connecteurs de véhicule pour la charge conductrice des véhicules électriques, couvrant les exigences d'interface CA et CC (y compris CCS et CHAdeMO).
• UL 1699B – Protection des circuits contre les défauts d'arc CC photovoltaïques (PV), une référence pour les méthodes de détection de défauts d'arc CC utilisées dans les systèmes de charge CC haute puissance.