Rédigé par :

Brent Hartman, directeur, Normes, Combustibles et Transport
Umer Khan, chef de projet II, Normes, Combustibles et Transport

Une partie importante des émissions de gaz à effet de serre (GES) est attribuée au secteur des transports. À mesure que le changement climatique devient apparent, les gouvernements s’empressent de réduire leur empreinte carbone en adoptant des politiques et des règlements pour décarboniser le secteur des transports grâce à l’électrification. La prolifération des véhicules électriques à batterie (VEB) nécessitera la convergence et la collaboration du secteur des transports avec les services d’électricité et les fabricants, ce qui aura pour effet de créer des défis et des possibilités. Les services d’électricité devront maintenir un réseau résilient face à l’augmentation de la demande des VEB et à l’intégration des énergies renouvelables. Les fabricants d’équipements de chargement devront se conformer aux règles et règlements de sécurité des diverses administrations pour vendre leurs produits et contribuer à assurer la sécurité des installations et la fiabilité des opérations. Il doit y avoir des structures de chargement suffisantes pour mettre les consommateurs en confiance et surmonter les obstacles à l’adoption dans la grande distribution.

Des solutions fondées sur les normes pour contribuer au déploiement de technologies émergentes

Les défis auxquels sont confrontés le secteur des transports, les services d’électricité et les fabricants peuvent être en partie relevés grâce à des codes et des normes, qui peuvent contribuer à assurer la qualité et la sécurité des services et des produits, ou encore des systèmes destinés aux consommateurs. Des normes sont aussi utilisées par des organismes d’évaluation de la conformité pour assurer la conformité en matière de sécurité et de performance. En outre, les normes favorisent la compatibilité et l’interopérabilité, promeuvent la protection de l’environnement et renforce le commerce. L’harmonisation des normes et des codes au niveau régional ou international peut contribuer à réduire le fardeau réglementaire grâce à une standardisation des exigences communes et, par conséquent, à une réduction du délai de commercialisation et des coûts des fabricants. Des normes binationales sont utilisées au Canada et aux États-Unis et des normes trinationales au Mexique.

Groupe CSA (l’Association canadienne de normalisation) est agréé par le Conseil canadien des normes (CCN) et l’American National Standards Institute (ANSI) pour élaborer des normes au Canada et aux États-Unis, respectivement. La mission de Groupe CSA est d’améliorer la vie des Canadiens par l’avancement des normes dans les secteurs publics et privés. Groupe CSA est un leader dans les domaines de l’élaboration des normes, de la recherche, de l’éducation et de la mobilisation. Les normes favorisent la sécurité, la gérance environnementale et l’efficience économique dans le cadre d’un processus de développement ouvert et transparent, fondé sur le consensus, bénéficiant de la rigueur technique de membres volontaires répartis en comités, dont la représentation est équilibrée. Les livrables de l’élaboration des normes peuvent notamment être des solutions totalement agréées pour les documents de référence et des accords d’atelier permettant de répondre à l’évolution des besoins du marché. D’autres activités de Groupe CSA sont notamment la recherche, dont le but est d’explorer les lacunes dans les normes sur des technologies nouvelles et existantes ou de fournir des contenus fondés sur des données probantes pour contribuer à l’élaboration des exigences dans les normes, promouvoir l’éducation des intervenants et l’utilisation des normes, et favoriser la promotion et la sensibilisation du public en ce qui a trait aux normes dans divers secteurs. Les codes et les normes contribuent à faciliter le déploiement sécuritaire et durable des infrastructures nécessaires à l’électrification et par conséquent à la décarbonisation du secteur des transports.

Des activités de normalisation pour des technologies de rechargement

Depuis 2010, Groupe CSA a ouvert la voie à des activités d’élaboration des normes futures grâce à des normes d’installation et de certification de la sécurité des produits électriques pour des technologies de rechargement harmonisées à travers l’Amérique du Nord. Les normes de sécurité visant l’installation et la maintenance de l’équipement électrique, notamment de l’infrastructure de chargement des VEB, sont traitées dans le Code canadien de l’électricité (Code CE). Les sections 8 et 86 du Code CE s’appliquent aux infrastructures de chargement des VEB et énoncent des exigences visant l’installation d’équipements, dont le but est la prévention des incendies et des risques de choc électrique. Outre les exigences relatives à l’installation, le Code CE prescrit l’utilisation d’équipements approuvés devant être conformes aux normes de certification de sécurité particulières des produits. Des normes de certification de la sécurité des produits, utilisées pour les évaluations de conformité, ont été élaborées ou sont en cours de développement pour les infrastructures, notamment pour les bornes de recharge électrique des véhicules (BREV), les chargeurs rapides en courant continu (CRCC), les chargeurs sans fil, les fiches, les prises et les coupleurs. Ainsi qu’on peut le voir ci-dessous, Groupe CSA a tiré parti du Code CE et des normes sur les produits pour faire progresser une approche systémique d’intégration transparente des VEB dans le réseau électrique avec des techniques telles que la gestion de l’énergie, le transfert bidirectionnel de puissance et le stockage de l’énergie. Ces techniques contribueront à surmonter les défis de l’accroissement de la demande d’énergie et, en fin de compte, favoriseront la prolifération à grande échelle des VEB et une réduction importante des émissions de GES.

Code canadien de l’électricité

Le Code canadien de l’électricité (Code CE), publié par Groupe CSA, joue un rôle important, car il aide à spécifier l’installation sécuritaire des infrastructures de chargement des VEB, spécifie l’installation et la maintenance des équipements électriques, et peut être adopté dans la législation avec ou sans modifications. Les exigences relatives aux installations électriques associées aux VEB sont spécifiées dans les sections 8 et 86 du Code CE, Première partie. Les équipements installés doivent être certifiés par une organisation de certification, agréée par le CCN conformément aux normes de certification pertinentes énumérées dans l’annexe A (Partie II) du CCE ou d’une autre norme applicable.  On parle alors d’un équipement approuvé. La Partie II du CCE comporte des normes individuelles qui fournissent des définitions et spécifient des exigences relatives à la construction, au marquage et aux essais d’une classe unique ou d’un groupe d’équipements électriques de même nature.

La section 8 du Code CE définit un système de gestion de l’énergie pour les véhicules électriques (SGEVE) comme étant un moyen de contrôler les charges des bornes de recharge des véhicules à l’aide de diverses techniques, allant de la déconnexion de la charge à l’utilisation de moyens de contrôle basés sur les communications.  La section 8 permet de ne pas tenir compte des charges des bornes de recharge des véhicules électriques, tout particulièrement si ces charges sont ajoutées à la charge d’un bâtiment existant et si un SGEVE contrôle le service et l’alimentation. Un SGEVE permet de limiter les tailles des dispositifs d’alimentation et de service, ce qui a pour effet d’éviter toute amélioration coûteuse de l’infrastructure, et il constitue donc une solution économique pour le déploiement des BREV dans des immeubles à logements multiples nouveaux et existants. La section 86 du Code CE traite l’installation des BREV et des CRCC et spécifie les exigences relatives au courant admissible, à la protection et au marquage ainsi que les emplacements appropriés des installations à l’intérieur et à l’extérieur.

Bornes de recharge électrique des véhicules

Les BREV de niveau 1 (1,1 kW) et de niveau II (3,3 kW à 19,2 kW) constituent une solution économique pour les applications, car elles permettent d’avoir des durées de charge plus longues. La norme de certification de sécurité de produit d’une BRVE alimentant en courant alternatif un chargeur embarqué d’un véhicule est conforme à CSA-C22.2 NO. 280 (norme trinationale). Les BREV sont utilisées avec des fiches, des prises, des prises de véhicules et des connecteurs conformes à la norme de certification de sécurité de produit CSA-C22.2 No. 282 (norme trinationale). Les installations des BREV comportent des pièces accessibles pouvant présenter des risques de choc électrique. CSA-C22.2 NO. 281.1 (norme trinationale) spécifie les exigences générales dans une norme de certification de sécurité de produit visant à réduire le risque de choc électrique par des pièces accessibles d’une BREV. CSA-C22.2 NO. 281.2 (norme trinationale) stipule les exigences particulières s’appliquant aux dispositifs de protection électriques dans une norme de certification de sécurité du produit.

Chargeurs rapides à courant continu

Dans le cas des emplacements publics, par exemple des corridors d’autoroute, pour lesquels les temps de recharge doivent être plus courts, des CRCC haute puissance constituent la meilleure solution. CSA-C22.2 No. 346 (norme binationale) est une norme de certification de produit de sécurité actuellement en cours de développement pour les CRCC.

Transformateur de puissance sans fil

Les VEB peuvent aussi être chargés sans fil sans qu’il soit nécessaire d’avoir une connexion physique. Groupe CSA a adopté la première partie de la norme de la CEI, Wireless Power Transfer (WPT), CSA C22.2 No. 61980-1 (publié en anglais), avec les exigences propres au Canada, qui permettent de maintenir la cohérence avec les exigences spécifiées dans le Code CE. La norme de la CEI, la première de quatre parties, contient le contexte et les définitions des exigences générales des transferts de puissance sans fil en ce qui a trait à l’efficience, la sécurité électrique, la compatibilité électromagnétique et les champs électromagnétiques.

Câbles des VEB

Dans le cas des technologies complexes de charge haute puissance, la conception des câbles doit aussi être complexe. CSA-C22.2 No. 332 (norme trinationale, publié en anglais) est une norme de certification de sécurité de produit qui traite les exigences relatives à la conception, la construction et les performances des câbles d’alimentation, de signalisation et de commande utilisés entre un BREV ou un CRCC et un VEB.

ystèmes de gestion de l’énergie des véhicules

Pour intégrer de façon transparente des VEB dans un réseau électrique, on utilise une approche systémique fondée sur des normes séparées de certification de sécurité des produits, en élaborant des stratégies de gestion de la demande à l’aide de systèmes de gestion de l’énergie, et de moyens de transfert de puissance bidirectionnels et de stockage de l’énergie. Ainsi que nous avons pu le voir précédemment, les exigences relatives à la définition et l’installation des systèmes de BREV sont spécifiées dans la section 8 du Code CE. Les systèmes de BREV peuvent surveiller le service ou les charges d’alimentation et contrôler les charges des BREV en conséquence, ce qui a pour effet de réduire les coûts associés à des accroissements coûteux de la capacité. Groupe CSA a d’abord publié un rapport de recherche sur ce sujet en 2019, puis a ensuite publié un document d’orientation, CSA SPE-343 (publié en anglais), s’appliquant à la fois au Canada et aux États-Unis. La norme de certification de la sécurité d’un système de BREV, C22.2 No. 343, est actuellement en cours d’élaboration et traitera les exigences visant le contrôleur, les logiciels, les capteurs et les communications nécessaires pour prévenir des surcharges du circuit.

Branchement des véhicules sur le réseau

La seconde méthode intègre de façon transparente des VEB dans le réseau grâce à un transfert de puissance bidirectionnel ou un branchement entre le véhicule et le réseau (V-R). Les VEB peuvent être utilisés comme ressource d’énergie répartie, car ils peuvent fournir ou extraire de l’énergie dans le réseau de façon souple, de sorte à maximiser l’efficience et à accroître l’intégration des ressources renouvelables. CSA-C22.2 No. 348 (norme binationale) est actuellement en cours d’élaboration et constitue une norme de certification de sécurité de produit qui traitera les exigences relatives à la sécurité des équipements et aura pour but de faciliter le transfert bidirectionnel de l’énergie depuis le VEB.

Systèmes de gestion des batteries

Une autre méthode d’intégration efficiente du réseau des VEB est l’emploi de batteries lithium-ion (BLI) pour le stockage de l’énergie. La génération d’électricité provenant de diverses sources, notamment des sources d’énergie renouvelable, et la demande due à des événements imprévisibles tels que le chargement haute puissance avec des CRCC, peut être gérée avec des BLI. Le fonctionnement des BLI dans des conditions dangereuses présente un risque élevé d’incendie et d’explosion. Un système de gestion des batteries (SGB) peut maintenir les batteries fonctionnelles et éventuellement intervenir lorsque des conditions de fonctionnement dangereuses sont détectées. Pour répondre aux exigences visant la conception, les performances et la sécurité des SGB, Groupe CSA a entrepris l’élaboration d’une norme binationale de certification de sécurité des produits, C22.2 No. 340. Cette norme s’appliquera aux batteries dans des applications fixes et mobiles pour des conditions résidentielles, commerciales et industrielles.

Dans le but de contribuer à l’amélioration des approches systémiques visant l’élaboration des normes sur les VEB, Groupe CSA invite les experts à participer à des comités techniques ou à fournir des commentaires durant la période des examens publics. À mesure que les technologies progressent et facilitent la prolifération des VEB, il sera nécessaire de demander l’avis d’experts au sujet de l’élaboration de normes et de codes harmonisés et robustes. Pour en savoir davantage sur les normes concernant les VEB, visitez les collectivités CSA.

Tableau 1 : Normes équivalentes au Canada et aux États-Unis.
Canada USA Title
CSA-C22.2 NO. 280-F16 UL 2594 Norme visant le matériel d’alimentation électrique pour véhicules électriques
CSA-C22.2 No. 282-F17 UL 2251 Norme visant les fiches, les prises de courant et les coupleurs pour véhicules électriques
CSA-C22.2 NO. 281.1-F12 (C2017) UL 2231-1 Norme de sécurité sur les systèmes de protection du personnel pour les circuits d’alimentation des véhicules électriques (VÉ) : exigences générales
CSA-C22.2 NO. 281.2-F12 (C2017) UL 2231-2 Norme de sécurité sur les systèmes de protection du personnel pour les circuits d’alimentation des véhicules électriques (VÉ) : exigences particulières visant les dispositifs de protection utilisés dans les systèmes de charge
CSA-C22.2 No. 346 (en cours) UL 2202 Electric Vehicle (EV) Charging System Equipment
CSAC22.2 No. 332:22 UL 2263 Electric Vehicle Cable (publié en anglais)
CSA-C22.2 No. 348 (en cours) UL 9741 Electric Vehicle Power Export Equipment (EVPE)

Cet article a été publié initialement dans la revue Electric Energy Online.