Exigences relatives aux conduits des bornes de recharge pour véhicules électriques pour les installations à haute puissance

1. Introduction

1.1 Demande croissante de bornes de recharge pour véhicules électriques à haute puissance

L’essor mondial des véhicules électriques (VE) a accéléré le besoin d’infrastructures de recharge à haute puissance. Avec des constructeurs automobiles comme Tesla, Ford et Rivian qui proposent des VE capables d’accepter des vitesses de charge de 150 à 350 kW, les conducteurs s’attendent de plus en plus à des temps de charge rapides comparables à ceux des véhicules à essence. Les gouvernements et les entreprises privées investissent massivement dans les réseaux de recharge rapide en courant continu (DCFC), en particulier le long des autoroutes et des centres urbains, pour soutenir les déplacements longue distance et réduire le « souci d’autonomie ». D’ici 2030, les États-Unis à eux seuls visent à déployer 500 000 chargeurs publics, dont beaucoup nécessiteront des systèmes de 480 V ou plus pour répondre aux besoins en énergie.

1.2 Importance des systèmes de conduits appropriés dans les installations de véhicules électriques

Derrière chaque borne de recharge pour véhicules électriques haute puissance fiable se cache un système de conduits électriques robuste. Les conduits, canaux de protection pour le câblage, jouent un rôle essentiel pour garantir la sécurité, la longévité et la conformité. Ils protègent les câbles haute tension des dangers environnementaux (par exemple, l'humidité, les rayons UV, les dommages physiques) et empêchent la surchauffe, ce qui est vital pour les installations de 480 V+ générant une chaleur importante. Des systèmes de conduits mal conçus risquent de provoquer des pannes électriques, des risques d'incendie et des temps d'arrêt coûteux, ce qui en fait une pierre angulaire de la planification des infrastructures de véhicules électriques.

2. Comprendre les types de bornes de recharge pour véhicules électriques et les niveaux de puissance

Les bornes de recharge pour véhicules électriques varient considérablement en termes de puissance de sortie, de complexité d'installation et d'exigences en matière d'infrastructure. Cette section présente les trois principales catégories de chargeurs pour véhicules électriques, leurs applications et les implications pour les systèmes de conduits, afin de permettre aux lecteurs de comprendre comment les niveaux de puissance dictent les choix de conception.

2.1 Types de bornes de recharge pour véhicules électriques – en fonction de la tension

Les bornes de recharge pour véhicules électriques sont principalement classées en fonction de la tension de fonctionnement du système, une classification qui influence directement la vitesse de charge, la puissance de sortie, la complexité de l'installation et l'application globale. Les classifications basées sur la tension déterminent non seulement le type d'équipement requis, mais façonnent également la conception de l'infrastructure électrique, y compris le dimensionnement des conduits et la gestion thermique.

2.1.1 Charge de niveau 1 (120 V) : applications résidentielles

La recharge de niveau 1 fonctionne sur une alimentation secteur standard de 120 V et est généralement utilisée pour les applications résidentielles. Cette méthode est connue pour sa facilité d'installation et ses exigences minimales en matière de modifications électriques, utilisant souvent les prises domestiques existantes.

Puissance et vitesse:Les chargeurs de niveau 1 fournissent généralement entre 1,4 kW et 1,9 kW, ce qui se traduit par une autonomie supplémentaire d'environ 3 à 5 miles par heure. Bien que cela soit suffisant pour une charge de nuit ou un faible kilométrage quotidien, ce n'est pas idéal pour les situations de retournement rapide.

Considérations relatives à l'installation:Étant donné que la recharge de niveau 1 peut souvent utiliser une prise standard, elle est accessible et économique. Cependant, il reste important de garantir un acheminement correct des conduits, même à ces niveaux de puissance inférieurs, pour protéger le câblage, en particulier dans les environnements extérieurs ou semi-exposés.

2.1.2 Charge de niveau 2 (240 V) : utilisation hybride commerciale et résidentielle

La charge de niveau 2 fonctionne sur 240 V CA, offrant une augmentation significative de la puissance par rapport au niveau 1, ce qui la rend polyvalente pour les environnements résidentiels et commerciaux.

Distribution d'énergie améliorée:Avec des puissances de sortie généralement comprises entre 3,3 kW et 19,2 kW, les chargeurs de niveau 2 peuvent ajouter environ 10 à 60 miles d'autonomie par heure. Cette efficacité accrue les rend attrayants pour les déplacements quotidiens et la recharge sur le chantier.

Infrastructures électriques:La tension plus élevée exige des circuits dédiés et, souvent, des mises à niveau du panneau électrique. Les systèmes de conduits doivent être conçus pour supporter des charges de courant plus élevées et assurer une isolation et une dissipation thermique adéquates.

2.1.3 Charge rapide CC (480 V+) : installations commerciales à haute puissance

Les systèmes de charge rapide CC fonctionnent à des tensions dépassant généralement 480 V et sont conçus pour un transfert d'énergie rapide, principalement dans les environnements commerciaux et publics.

Capacités de charge rapide:Ces chargeurs peuvent fournir des puissances de sortie allant de 50 kW à 350 kW (ou plus), permettant aux batteries de véhicules électriques d'atteindre une charge 80% en seulement 20 à 30 minutes. Cette vitesse est essentielle pour les aires de repos sur autoroute, les dépôts de flotte et les centres de transport urbain.

Alimentation en courant continu:Contrairement aux chargeurs de niveau 1 et de niveau 2 qui fournissent du courant alternatif, les chargeurs rapides CC convertissent le courant alternatif en courant continu dans la station de charge. Cela contourne le convertisseur embarqué du véhicule, ce qui permet des niveaux de puissance beaucoup plus élevés et une charge plus efficace.

Défis opérationnels:Compte tenu de la puissance intense fournie, ces systèmes doivent intégrer des mesures de sécurité robustes et une surveillance en temps réel pour gérer les charges thermiques et garantir la conformité à des normes rigoureuses.

Dans la section précédente, nous avons classé les bornes de recharge pour véhicules électriques en fonction de leurs niveaux de puissance, allant des chargeurs résidentiels de niveau 1 aux chargeurs rapides CC haute puissance.

Cependant, la capacité de puissance n'est qu'un aspect de la classification. Le choix du conduit pour l'infrastructure de recharge des véhicules électriques doit également tenir compte de la zone d'application spécifique, du site d'installation et des conditions environnementales.

Dans les sections suivantes, nous explorerons comment ces considérations influencent les choix de conduits et les meilleures pratiques d’installation pour différents environnements de recharge de véhicules électriques.

2.2 Classifications basées sur les applications

Les bornes de recharge pour véhicules électriques peuvent également être classées en fonction de leur utilisation prévue, influençant la taille des conduits, le matériau et les exigences d'installation.

2.2.1 Bornes de recharge résidentielles : besoins en conduits à faible courant

• Chargeurs généralement de niveau 1 ou 2 installés dans les garages ou les allées
• Les besoins en énergie plus faibles permettent d'utiliser des conduits de plus petite taille (par exemple, des conduits en PVC de ¾ ou 1 pouce).
• Une protection mécanique minimale est nécessaire à moins que le conduit ne soit exposé à un impact physique
• Les codes électriques locaux peuvent dicter la profondeur d'enfouissement des conduits souterrains

2.2.2 Bornes de recharge commerciales : infrastructure à courant élevé et évolutive

• Nécessite souvent plusieurs chargeurs rapides de niveau 2 ou CC pour une utilisation publique
• Les conduits doivent supporter des charges de courant plus élevées, nécessitant souvent des conduits métalliques (IMC ou RMC)
• Les considérations d’expansion futures nécessitent des conduits surdimensionnés ou des conduits vides pour un câblage supplémentaire
• Les installations extérieures nécessitent des matériaux de conduit résistants aux intempéries et à la corrosion

2.3 Considérations relatives au site d'installation

L'emplacement physique d'une borne de recharge pour véhicules électriques affecte directement le choix du conduit en raison de l'exposition aux éléments, de l'accessibilité et des exigences de sécurité.

2.3.1 Bornes de recharge intérieures : ventilation et sécurité incendie

• Courant dans les garages de stationnement, les sous-sols résidentiels et les bâtiments commerciaux
• Des matériaux de conduit résistants au feu, tels que les EMT (tubes électriques métalliques), peuvent être nécessaires dans les zones fermées
• Une ventilation adéquate est nécessaire pour dissiper la chaleur des câbles haute puissance

2.3.2 Bornes de recharge extérieures : étanchéité et durabilité

• Exposé à la pluie, aux rayons UV et aux températures extrêmes
• Nécessite un conduit flexible étanche aux liquides ou un conduit rigide non métallique avec une étanchéité appropriée
• Les installations souterraines doivent respecter les exigences de profondeur d'enfouissement et utiliser des matériaux résistants à la corrosion

3. Sélection et utilisation des conduits pour les bornes de recharge pour véhicules électriques à haute puissance

3.1 Options de matériaux pour les conduits

Le choix du matériau de conduit approprié est essentiel pour garantir la sécurité, l'efficacité et la longévité des bornes de recharge pour véhicules électriques à haute puissance. Le choix dépend de l'environnement d'installation, de la charge électrique et de la durabilité requise. Les options de conduit se répartissent généralement en quatre grandes catégories : conduits en PVC, conduits métalliques, conduits en fibre de verre et conduits composites (PVC étanche + métal). Chaque type offre des avantages et des limites uniques, comme indiqué ci-dessous.

3.1.1 Conduits en PVC

Les conduits en PVC sont un choix populaire pour de nombreuses installations de véhicules électriques en raison de leur prix abordable et de leur résistance à la corrosion.

Avantages :

• Économique et léger:Les conduits en PVC sont économiques et faciles à manipuler.
• Résistance à la corrosion et à l'humidité:Ils offrent une excellente protection dans les environnements où l’exposition à l’humidité est une préoccupation.
• Facilité d'installation:Le PVC est simple à couper, à assembler et à installer.

Limites:

• Résistance aux impacts plus faible:Ils sont moins durables dans les zones soumises à des impacts physiques.
• Sensibilité à la température:Le PVC peut se déformer dans des conditions de température extrêmes, sauf s'il est spécialement formulé.
• Vulnérabilité aux UV:Les installations extérieures nécessitent du PVC résistant aux UV pour éviter la dégradation due au soleil.

Cependant, les conduits solaires en PVC sont spécialement conçus pour les environnements à forte exposition au soleil. Leur résistance supérieure aux UV garantit qu'une exposition prolongée au soleil ne dégrade pas le matériau, ce qui les rend idéaux pour les stations de recharge extérieures et les applications alimentées par l'énergie solaire. Ces conduits conservent leur intégrité structurelle et leurs performances même sous une chaleur et un rayonnement intenses, réduisant ainsi les besoins de maintenance et prolongeant la durée de vie.

3.1.2 Conduits métalliques

Les conduits métalliques offrent une protection robuste et sont indispensables dans les scénarios exigeant une durabilité mécanique et une résistance au feu élevées. Ils sont disponibles en plusieurs variantes :

Types:

• Conduit métallique rigide (RMC):Offre une protection physique maximale.
• Conduit métallique intermédiaire (IMC):Une alternative plus légère au RMC tout en conservant une résistance substantielle.
• Conduit métallique flexible (FMC): Offre une flexibilité pour les installations nécessitant des coudes.

Avantages :

• Protection mécanique supérieure:Excellente résistance aux dommages physiques.
• Résistance au feu:Leurs propriétés intrinsèques de résistance au feu sont bénéfiques pour la sécurité.

Limites:

• Plus lourd et plus cher:Ils sont plus coûteux et peuvent être difficiles à installer.
• Risque de corrosion:L’exposition à des environnements corrosifs nécessite des revêtements résistants à la corrosion et une mise à la terre appropriée.

3.1.3 Conduits en fibre de verre

Les conduits en fibre de verre sont construits à partir de polymères renforcés de fibres de verre, offrant une alternative non métallique avec une résilience environnementale exceptionnelle.

Avantages :

• Haute résistance à la corrosion:Ils fonctionnent bien dans des environnements difficiles et corrosifs.
• Léger et non conducteur:Leur poids réduit simplifie l’installation et minimise les problèmes liés aux interférences électromagnétiques.
• Stabilité thermique:Ils maintiennent leur intégrité en cas de variations extrêmes de température, ce qui est essentiel pour gérer la chaleur dans les applications à haute puissance.

Limites:

• Exigences en matière de manutention spécialisée:L'installation peut exiger une manipulation soigneuse et précise.
• Disponibilité limitée:Ils ne sont pas aussi largement stockés que les matériaux de conduits plus conventionnels.

3.1.4 Conduits composites (PVC étanche + métal)

Les conduits composites combinent les avantages du PVC et du métal grâce à une conception à double couche, généralement conçus comme des solutions étanches aux liquides.

Avantages :

• Protection à double couche:Une couche intérieure en PVC offre une excellente résistance à l'humidité et à la corrosion, tandis qu'une couche métallique extérieure ajoute une résistance mécanique.
• Joint étanche aux liquides:La conception empêche l’eau, la poussière et les contaminants de pénétrer, préservant ainsi l’intégrité électrique dans les environnements humides ou difficiles.
• Durabilité améliorée:Cette construction hybride offre une résilience dans des conditions où la protection environnementale et physique sont essentielles.

Limites:

• Coût plus élevé:Ils sont généralement plus chers que les alternatives mono-matériaux.
• Exigences d'installation spécialisées:Une installation correcte nécessite des raccords compatibles et une expertise spécialisée.

3.2 Solutions de conduits spécialisés

Pour les installations de recharge de véhicules électriques de grande puissance, les conduits standards ne répondent pas toujours aux défis environnementaux ou opérationnels spécifiques rencontrés dans les applications réelles. Pour relever ces défis, des solutions de conduits spécialisées ont été développées pour garantir que les installations restent sûres, durables et conformes, même dans les conditions les plus extrêmes. Cette catégorie comprend désormais des matériaux avancés tels que les conduits LSZH.

Les conduits LSZH (Low Smoke Zero Halogen) offrent des caractéristiques de sécurité améliorées, en particulier dans les environnements intérieurs ou densément peuplés. En cas d'incendie, les matériaux LSZH émettent un minimum de fumée et aucun gaz halogène, ce qui réduit considérablement le risque de fumées toxiques et garantit un environnement plus sûr pour les utilisateurs et les équipements. Cela fait des conduits LSZH un choix privilégié lorsque la sécurité incendie et les considérations environnementales sont primordiales.

3.3 Exigences en matière de dimensionnement et d'intensité des conduits

Le dimensionnement adéquat des conduits est essentiel pour garantir le fonctionnement sûr et efficace des installations de recharge de véhicules électriques à haute puissance. Cela implique de calculer l'espace disponible pour les conducteurs (remplissage des fils) et d'ajuster les capacités de transport de courant (ampacité) pour tenir compte des conditions d'installation. Les calculs et les exigences réglementaires doivent être soigneusement pris en compte pour éviter la surchauffe et garantir le respect des normes de sécurité.

3.2.1 Calcul du remplissage et du déclassement des fils pour les charges à courant élevé

Lors de la conception de systèmes de conduits pour des applications à courant élevé, il est essentiel de déterminer la taille appropriée du conduit en calculant le remplissage des fils. Ce processus consiste à comparer la section transversale totale de tous les conducteurs à la section transversale interne du conduit. Le remplissage excessif d'un conduit peut entraîner une augmentation des frottements lors de l'installation et une dissipation thermique inadéquate, ce qui peut entraîner une rupture de l'isolation ou des incendies électriques.

Surface totale du conducteur:Additionnez les sections transversales de tous les câbles devant passer dans le conduit.

Zone interne du conduit:Utilisez les spécifications du fabricant pour déterminer la section transversale interne disponible.

Pourcentage de remplissage:Les normes industrielles limitent souvent le remplissage à un maximum de 40% pour les câbles d'alimentation.

En plus du remplissage des fils, des facteurs de déclassement sont appliqués lorsque plusieurs conducteurs porteurs de courant sont présents. Le déclassement ajuste l'ampacité (capacité de transport de courant) des conducteurs pour compenser la chaleur générée dans les espaces confinés. Les facteurs influençant le déclassement comprennent le nombre de conducteurs, la température ambiante et le type d'isolation utilisé. Des calculs appropriés permettent de maintenir une température de fonctionnement sûre et d'éviter la surchauffe sous des charges continues à courant élevé.

3.2.2 Conformité NEC : Tableau 1 (règle de remplissage 40%) et tableaux d'intensité

Le respect du Code national de l'électricité (NEC) est primordial dans le dimensionnement des conduits pour les installations de recharge de véhicules électriques.

Règle de remplissage 40% (tableau 1 du NEC):Ce tableau stipule que la section occupée par les conducteurs ne doit pas dépasser 40% de la surface interne du conduit pour les câbles d'alimentation. Cette règle permet de maintenir un espace adéquat pour la dissipation de la chaleur et facilite l'installation et la maintenance des câbles.

Tableaux d'intensité:Ces tableaux précisent la capacité de transport de courant admissible pour les conducteurs en fonction de leur taille, du type d'isolation et des conditions d'installation. Les concepteurs utilisent ces tableaux pour s'assurer que les conducteurs choisis peuvent supporter la charge électrique prévue, même après avoir pris en compte les facteurs de déclassement dus à la présence de plusieurs câbles ou à des températures ambiantes élevées.

4. Bonnes pratiques d'installation pour les conduits haute puissance dans les bornes de recharge pour véhicules électriques

4.1 Planification et conception du système

Au cours de cette phase initiale, un processus de planification et de conception détaillé pose les bases d'une borne de recharge robuste. Il commence par une analyse de charge complète qui évalue les besoins énergétiques globaux de la borne, les demandes de charge de pointe et l'utilisation prévue. Cette analyse détermine non seulement les besoins immédiats, mais anticipe également l'expansion future, garantissant que les spécifications des conduits et des câbles resteront adéquates au fil du temps.

La collaboration entre les ingénieurs électriciens, les concepteurs de systèmes et les autorités réglementaires est essentielle pour intégrer le système de conduits de manière transparente dans l'agencement général de la station. La conception doit se concentrer sur la sélection de conduits conçus pour des applications à courant élevé et capables de gérer les contraintes thermiques, chimiques et environnementales rencontrées dans des conditions réelles, telles que l'exposition à des températures extrêmes et aux rayons UV.

4.2 Installation et routage

Une fois les paramètres de conception établis, la phase d'installation et de routage prend le pas. Cette étape consiste à disposer les conduits de manière à minimiser les contraintes mécaniques et à maximiser l'efficacité. Les conduits sont installés le long de parcours conçus pour réduire les courbures inutiles et éviter les angles vifs, protégeant ainsi l'isolation des câbles et les conducteurs contre les dommages. Un montage sécurisé est essentiel, car il empêche l'affaissement et les mouvements qui pourraient compromettre à la fois l'intégrité physique et les performances électriques du système.

De plus, le tracé est prévu de manière à maintenir une séparation nette avec les lignes basse tension ou de communication, ce qui est essentiel pour éviter les interférences électromagnétiques. Le processus d'installation implique également le tirage minutieux des câbles à l'aide de techniques qui préservent leur intégrité, garantissant ainsi que le système haute puissance fonctionne de manière sûre et efficace dès le départ.

4.3 Environnement, sécurité et conformité

La phase finale se concentre sur la résilience environnementale, la sécurité et le respect des normes établies. Les conduits haute puissance des bornes de recharge pour véhicules électriques doivent être protégés contre les éléments. Par conséquent, des mesures d'étanchéité telles que des revêtements résistants aux UV et des joints scellés sont mises en œuvre pour se protéger contre la pénétration de l'humidité et l'usure environnementale. La gestion thermique est un autre aspect clé, car la chaleur générée par les câbles haute puissance doit être dissipée efficacement grâce à un espacement et une ventilation appropriés.

Parallèlement à ces mesures techniques, un étiquetage clair et une documentation détaillée sont conservés pour faciliter la maintenance et le dépannage continus. Enfin, l'ensemble de l'installation est rigoureusement conforme aux codes électriques locaux et nationaux, avec des inspections régulières et un calendrier de maintenance proactif garantissant que le système reste sûr, conforme et fiable tout au long de sa durée de vie opérationnelle.

5. Conclusion

Les infrastructures de recharge de véhicules électriques à haute puissance nécessitent un équilibre minutieux entre plusieurs facteurs, allant du choix des matériaux et du dimensionnement précis des conduits aux pratiques d'installation rigoureuses. Comme nous l'avons vu, le système de conduits constitue l'épine dorsale de ces installations, et le choix du matériau, de la taille et des mesures de protection appropriés est essentiel pour garantir que le système fonctionne de manière sûre et fiable au fil du temps.

Déterminer le conduit électrique le plus adapté est rarement une décision universelle : il faut l'évaluer en tenant compte des facteurs uniques de chaque projet. Des facteurs tels que les conditions environnementales, le lieu d'installation, la charge de courant, la gestion thermique, les exigences de sécurité et l'évolutivité future jouent tous un rôle essentiel dans ce processus de prise de décision.

En fin de compte, le meilleur conduit n’est pas universellement le « plus avancé » ou le « plus durable », mais plutôt celui qui correspond le mieux aux exigences techniques, de sécurité et économiques spécifiques de votre projet de borne de recharge pour véhicules électriques.

Ctube est fier d'offrir une gamme complète de solutions de conduits avancées qui répondent aux exigences évolutives des stations de recharge pour véhicules électriques à haute puissance. Notre portefeuille de produits comprend des PVC, LSZH (Faible émission de fumée et zéro halogène) et Panneau solaire en PVC Conduits électriques. Conçus pour offrir une excellente durabilité, une stabilité thermique et une résistance environnementale, les conduits de Ctube sont parfaitement adaptés aux installations de bornes de recharge intérieures et extérieures. Qu'il s'agisse de répondre au besoin de résistance à la corrosion, de sécurité renforcée grâce à des matériaux à faible émission de fumée ou de performances optimales dans les applications alimentées par l'énergie solaire, nos solutions s'intègrent aux environnements de recharge à haute puissance.

FAQ

1. Comment les classifications basées sur la tension affectent-elles la conception des bornes de recharge pour véhicules électriques ?

Les classifications basées sur la tension (niveau 1, niveau 2 et charge rapide CC) déterminent la puissance de sortie et la vitesse de charge, influençant le choix des composants électriques, le dimensionnement des conduits et les pratiques d'installation.

2. Quelles normes et quels codes doivent être respectés pour les installations de conduits de recharge de véhicules électriques ?

Les installations doivent être conformes au National Electrical Code (NEC), y compris des articles spécifiques comme le NEC 250 pour la mise à la terre et la liaison, ainsi que les certifications UL et les codes du bâtiment locaux.

3. Existe-t-il des considérations particulières pour les installations de conduits extérieurs ?

Oui, les installations extérieures nécessitent des conduits dotés de joints étanches, d’une résistance aux UV et d’une protection contre la corrosion pour résister à l’exposition environnementale telle que la pluie, la lumière du soleil et les contaminants chimiques.