Solutions de recharge pour distributeurs à pantographe inversé 600 A destinés aux dépôts de bus électriques

Solutions de recharge pour distributeurs à pantographe inversé 600 A destinés aux dépôts de bus électriques

Les pantographes sont couramment utilisés pour la recharge opportuniste des autobus électriques. Avec le développement continu des technologies de recharge, une nouvelle génération de pantographes a vu le jour afin de répondre aux besoins de recharge rapide dans les dépôts.

Cet article explore d'abord les pantographes utilisés pour la recharge des bus électriques, puis présente leur application à la recharge opportuniste. Enfin, nous proposons la possibilité d'utiliser les pantographes comme chargeurs rapides pour les bus électriques dans les dépôts.

Les pantographes sont équipés de bras en forme de ciseaux qui relient le toit du bus à un poteau fixe situé à la station de recharge. Le système de pantographe des bus électriques est dérivé de celui des tramways. Lorsqu'un bus électrique arrive à une station de recharge, le pantographe se déploie automatiquement. Dès le contact, la batterie du bus peut commencer à se recharger.

Les pantographes sont des chargeurs à haute capacité, d'une puissance généralement comprise entre 150 kW et 550/650 kW. Ils servent souvent de bornes de recharge temporaires pour recharger les bus électriques le long du trajet. On parle alors de recharge opportuniste.

Configurations du pantographe

Il existe deux configurations de recharge du pantographe : le pantographe peut s’élever depuis le toit du bus (type à pantographe élévateur) ou s’étendre vers le bas depuis la station de recharge pour se connecter au bus (type à pantographe abaissé).

Système d'abaissement du pantographe
Dans un système d'abaissement par pantographe, le pantographe inversé descend du haut de la station de charge et se connecte à un rail sur le toit du bus, se connectant ainsi à la batterie.

Le pantographe reçoit sans fil les appels entrants du bus, se connecte et lance le processus de charge.

Système de levage du pantographe
Dans un système de levage par pantographe, le pantographe est monté sur le toit du bus électrique. Lorsque le bus arrive à la station de recharge, le pantographe se déploie et établit une connexion électrique avec le connecteur de la station.

Des deux systèmes, celui de levage du pantographe est techniquement plus simple à mettre en œuvre. Ce type de pantographe est commandé par le conducteur depuis la cabine, tandis que le système d'abaissement du pantographe nécessite une infrastructure Wi-Fi pour établir la connexion.

La recharge sur site des bus électriques peut s'avérer insuffisante pour couvrir les besoins opérationnels de la ligne, notamment pour les longs trajets. Dans ce cas, il est nécessaire de recharger le bus, voire de le recharger rapidement. Les pantographes installés le long de la ligne permettent d'accroître l'autonomie du bus. Ainsi, en plus de la recharge nocturne au dépôt, le pantographe et son chargeur haute tension offrent une recharge rapide, permettant aux bus électriques de circuler sur des trajets plus longs tout au long de la journée. Les pantographes sont généralement situés aux arrêts de bus, aux terminus ou aux principaux arrêts de la ligne.

Puissance de charge du pantographe
La puissance de charge des pantographes varie de 150 kW à 600 kW. Une charge complète d'un bus électrique peut prendre de 5 à 20 minutes. La recharge rapide (qui ne correspond pas nécessairement à une charge complète) peut prendre de 5 à 7 minutes. La recharge peut s'effectuer pendant les arrêts en gare routière. Les passagers peuvent monter et descendre normalement pendant la recharge.

Pantographe en tant que dispositif de charge rapide
Dans certains pays développés, des pantographes sont installés aux principaux arrêts du parcours, en plus de ceux des terminus. Les bus électriques se rechargent rapidement pendant la montée et la descente des passagers à ces arrêts. Une station de recharge rapide de 600 kilowatts à Genève permettrait, selon certaines sources, de recharger les batteries en seulement 15 à 20 secondes.

Bornes de recharge lente et rapide
La technologie de recharge aux bornes de recharge évolue constamment. Au départ, les bornes utilisaient des chargeurs à courant alternatif, nécessitant 6 à 8 heures pour recharger complètement un bus électrique. Cette méthode de « recharge lente » n’était pas idéale :

• Pour les entreprises disposant d'importantes flottes de bus électriques, la demande en bornes de recharge était élevée.

• Dans les situations où la fenêtre de charge disponible la nuit était beaucoup plus courte que le temps de charge du chargeur secteur.

Les chargeurs en courant alternatif nécessitaient que les bus électriques soient équipés de convertisseurs embarqués. Ces convertisseurs ont une capacité limitée et sont donc généralement de petite taille, ce qui allonge les temps de charge.

Pour les dépôts passant de bornes de recharge CA « lentes » à des bornes de recharge rapide, l’adoption de bornes de recharge rapide CC externes est une solution naturelle. Le convertisseur de charge CC étant situé sur l’équipement de recharge et non sur le bus électrique, les convertisseurs externes peuvent offrir une capacité de conversion supérieure. Ceci permet non seulement d’accroître la vitesse de charge, mais aussi de réduire le temps de charge.

Normalement, la recharge d'un bus à l'aide d'un chargeur rapide CC enfichable d'une puissance maximale de 100 kW prend environ quatre heures, en fonction de la capacité de la batterie.

 

Les autobus électriques peuvent être équipés d'un système de recharge rapide par pantographe permettant la recharge des batteries aux arrêts le long du trajet et dans les dépôts, améliorant ainsi l'efficacité opérationnelle et la rapidité de rotation.

Il existe deux méthodes d'installation pour le système de pantographe : le pantographe peut être monté sur le toit du bus ou directement sur la borne de recharge (pantographe inversé).

Le choix du type de pantographe dépend généralement de l'infrastructure existante. Si une ville dispose déjà de stations de recharge aériennes à pantographe, les opérateurs optent généralement pour une solution inversée, qui consiste à installer les rails de recharge uniquement sur les véhicules.

La station de recharge par pantographe est une installation de recharge routière dotée d'une structure aérienne. À l'arrivée d'un bus, les points de contact de cette structure descendent et se connectent au rail situé sur le toit avant du bus, permettant ainsi une recharge rapide en courant continu haute puissance.

iEngineering Group propose des solutions de recharge en courant continu à autonomie étendue pour les bus électriques. Notre gamme iPower intègre bornes de recharge et pantographes dans une solution compacte et performante.

Le système prend en charge trois modules fonctionnels : la recharge par connecteur, la recharge par pantographe et la réinjection sur le réseau (CC vers CA). Il est particulièrement adapté aux stations de recharge rapide situées aux points de départ et d’arrivée des lignes électriques et peut être configuré jusqu’à une puissance maximale de 400 kW.

• Descente du pantographe : Le moteur d’actionnement du pantographe étant situé côté chargeur et non côté bus, plusieurs étapes supplémentaires sont nécessaires, le bus devant indiquer au chargeur de descendre. Le bus établit une connexion Wi-Fi avec le chargeur (de préférence sécurisée), puis lui signale de descendre le pantographe. Plusieurs chargeurs pouvant se trouver à proximité, le chargeur doit s’assurer que le bus situé en dessous est bien celui qui demande la descente du pantographe (et non un bus voisin) et qu’il est correctement positionné. Pour ce faire, il utilise un système de positionnement RFID avec des balises embarquées. Une fois la position et l’identité du bus confirmées, le chargeur peut descendre le pantographe. Ces composants de communication Wi-Fi et RFID supplémentaires, ainsi que les contrôleurs associés, ajoutent une complexité considérable. Le contrôleur de pantographe côté chargeur est un composant supplémentaire par rapport à la levée du pantographe. Étant donné qu’il est uniquement destiné aux bus, il restera un produit spécialisé à faible volume de production. Il en résultera un nombre réduit de fabricants de chargeurs capables de prendre en charge la descente du pantographe, ainsi qu’un coût et une complexité électroniques plus élevés.