L'ingénieur

Jun 17, 2023

Luca Martini, ingénieur système, Analog Devices

Au 21e siècle, les gouvernements du monde entier travaillent sur des plans d'action pour relever les défis complexes et à long terme liés à la réduction des émissions de CO2. Il a été prouvé que les émissions de CO2 sont responsables des effets dévastateurs du changement climatique, et les besoins en matière de nouvelles technologies efficaces de conversion d’énergie et d’amélioration de la chimie des batteries augmentent rapidement.

En incluant les sources d’énergie renouvelables et non renouvelables, la population mondiale a consommé près de 18 000 milliards de kWh l’année dernière seulement et la demande ne cesse de croître ; en fait, plus de la moitié de l’énergie jamais produite a été consommée au cours des 15 dernières années.

Nos réseaux électriques et nos générateurs d’électricité sont en constante expansion ; le besoin d’une énergie plus efficace et plus respectueuse de l’environnement n’a jamais été aussi grand. Parce qu'il était plus facile à utiliser, les premiers développeurs de réseaux ont travaillé avec le courant alternatif (ca) pour alimenter le monde en électricité, mais dans de nombreux domaines, le courant continu (cc) peut améliorer considérablement l'efficacité.

Grâce au développement d'une technologie de conversion de puissance efficace et économique basée sur des semi-conducteurs à large bande interdite, tels que les dispositifs GaN et SiC, de nombreuses applications voient désormais des avantages dans le passage à l'échange d'énergie CC. En conséquence, le comptage précis de l’énergie CC devient pertinent, en particulier lorsqu’il s’agit de facturation de l’énergie. Dans cet article, les opportunités de comptage CC dans les stations de recharge de véhicules électriques, la production d'énergie renouvelable, les fermes de serveurs, les micro-réseaux et le partage d'énergie peer-to-peer seront discutées, et une conception de compteur d'énergie CC sera proposée.

Le taux de croissance des véhicules électriques rechargeables (VE) est estimé à +70 % TCAC à partir de 20181 et devrait croître de +25 % TCAC d'année en année de 2017 à 2024.2 Le marché des bornes de recharge suivra à 41,8 % TCAC de 2018 à 2024. 2023.3 Toutefois, pour accélérer la réduction de l’empreinte CO2 causée par le transport privé, les véhicules électriques doivent devenir le premier choix du marché automobile.

Ces dernières années, de gros efforts ont été déployés pour améliorer la capacité et la durée de vie des batteries, mais un réseau de recharge étendu pour véhicules électriques constitue également une condition fondamentale pour permettre de longs trajets sans se soucier de l'autonomie ou du temps de charge. De nombreux fournisseurs d’énergie et entreprises privées déploient des chargeurs rapides jusqu’à 150 kW, et les chargeurs ultrarapides d’une puissance allant jusqu’à 500 kW par pile de recharge suscitent un vif intérêt. Compte tenu des stations de recharge ultrarapides avec une puissance de pointe de charge localisée allant jusqu'à des mégawatts et des tarifs d'énergie de charge rapide associés, la recharge des véhicules électriques deviendra un énorme marché d'échange d'énergie, avec le besoin conséquent d'une facturation énergétique précise.

Actuellement, les chargeurs de véhicules électriques standard sont mesurés côté courant alternatif, avec l'inconvénient de ne pas mesurer l'énergie perdue lors de la conversion CA-CC et, par conséquent, la facturation est inexacte pour le client final. Depuis 2019, de nouvelles réglementations européennes obligent les fournisseurs d’énergie à facturer au client uniquement l’énergie transférée au VE, ce qui fait que les pertes de conversion et de distribution d’énergie sont supportées par le fournisseur d’énergie.

Alors que les convertisseurs SiC EV de pointe peuvent atteindre un rendement supérieur à 97 %, il existe un besoin évident de permettre une facturation précise du côté DC pour les chargeurs rapides et ultrarapides, où l'énergie est transférée en DC lorsqu'ils sont directement connectés à la batterie de l'appareil. le véhicule. En plus des intérêts publics en matière de comptage de recharge des véhicules électriques, les systèmes de recharge des véhicules électriques peer-to-peer privés et résidentiels pourraient être encore plus incitatifs à une facturation précise de l’énergie du côté courant continu.

Figure 1. Mesure de l'énergie CC dans la station-service pour véhicules électriques du futur.

Figure 2. Mesure de l'énergie CC dans une infrastructure de micro-réseau durable.

Qu'est-ce qu'un micro-réseau ? Essentiellement, un micro-réseau est une version plus petite d’un système électrique public. Une énergie sûre, fiable et efficace est donc nécessaire. Des exemples de micro-réseaux peuvent être trouvés dans les hôpitaux, sur les bases militaires et même dans le cadre de systèmes de services publics où la production d'énergies renouvelables, les générateurs de carburant et le stockage d'énergie travaillent ensemble pour créer un système de distribution d'énergie fiable.