Quelle puissance faut-il pour un dépôt de camions électriques ? Dimensionnement selon les kWh par jour et la durée de stationnement

Les dépôts de flotte sont souvent dimensionnés à l’envers. On compte les baies, on multiplie par la puissance d’un borne et on obtient un branchement soit impossible à construire, soit trois fois plus grand que ce que les camions appelleront. Un dépôt est d’abord un problème d’énergie : les camions doivent récupérer un nombre fixe de kilowattheures avant le départ, et la question est de savoir quelle puissance transfère cette énergie dans la fenêtre permise par l’horaire. Trente tracteurs de classe 8 roulant 180 milles par jour à 2.0 kWh/mi exigent 10,800 kWh aux batteries, 11,612.9 kWh au compteur et 1,451.6 kW en moyenne sur une fenêtre de 8 heures — un transformateur de 2,000 kVA. La somme des plaques signalétiques de leurs bornes indique 2,500 kVA, et NEC 625.42 fait de ce chiffre plus élevé la charge selon le code, à moins qu’un contrôleur ne la plafonne. Voilà les règles derrière le calculateur de capacité de branchement pour la recharge de VE.

Pourquoi dimensionner un dépôt selon l’énergie plutôt que selon les plaques signalétiques des chargeurs ?

Un site de recharge publique est un problème de puissance : les arrivées sont aléatoires, donc chaque borne doit pouvoir fournir sa puissance nominale sur demande. Dans un dépôt, les véhicules, le kilométrage et les heures de stationnement sont connus. L’énergie est la contrainte, la puissance en découle.

L’énergie quotidienne provient du cycle d’utilisation. L’analyse des études sur les camions électriques à batterie du National Center for Sustainable Transportation situe la consommation à court terme en long trajet entre 1.3 et 3.8 kWh/mi, se resserrant à 1.3–2.5 à long terme, les scénarios du NREL étant de 2.46 et 2.51 kWh/mi pour des tracteurs de 2018. Une valeur de calcul de 2.0 kWh/mi se situe dans cette plage.

Deux articles complémentaires partagent la relation P = N × E ÷ (η × t). Dimensionner un site sans mise à niveau du branchement prend E comme donnée (18 kWh dans un garage de 200 places de niveau 2) ; ici, E est dérivée des milles et des kWh/mi, ce qui change lorsque les véhicules sont des tracteurs. Ce dont un site de recharge rapide CC a besoin convertit les kW de sortie de la recharge rapide CC en kVA d’entrée CA pour un site public, où aucun argument de durée de stationnement ne s’applique.

Qu’exigent NEC 625 et la section 86 du CEC ?

NEC 625.42 fait de chaque borne une charge continue ; la charge non gérée est donc la somme des plaques signalétiques, sans diversité. 625.42(A) est la seule issue.

Exemple chiffré — 30 tracteurs de classe 8 sur une fenêtre nocturne de 8 heures

Un dépôt de transport régional près de Toronto. Trente tracteurs, 180 mi/jour, 2.0 kWh/mi, dans la cour à 20 h 00 et en service à 4 h 00. Primaire du réseau de distribution à 13.8 kV, secondaire 480Y/277 V, bornes CC de 160 kW établies selon leur sortie CC. On suppose un rendement entrée CA vers sortie CC de 0.93 en moyenne par séance (le chargeur ultrarapide CC Rocket est établi à 95.5 % à son maximum, donc 0.93 est un déclassement délibéré) et un facteur de puissance de 0.99, à confirmer sur la fiche technique avec la tension d’entrée CA de la borne. L’article sur le site CC utilise η = 0.95, ce qui donne un plancher de 1,421.1 kW et 1,701.2 kVA pour dix bornes — un écart de 2.1 % menant aux mêmes valeurs nominales.

1. Énergie livrée aux camions. 30 × 180 × 2.0 = 10,800 kWh d’énergie CC par nuit.
2. Énergie au compteur. 10,800 ÷ 0.93 = 11,612.9 kWh. Les 812.9 kWh de pertes ne sont pas facultatifs.
3. Puissance CA moyenne sur la fenêtre. 11,612.9 ÷ 8 h = 1,451.6 kW — le plancher énergétique ; aucun contrôleur ni aucune tarification ne descend en dessous tant que les camions roulent 180 mi.
4. Puissance apparente à 80 % de charge. 1,451.6 ÷ (0.99 × 0.80) = 1,832.8 kVA.
5. Arrondir à la valeur supérieure de la série ANSI/IEEE. La prochaine puissance triphasée normalisée est 2,000 kVA.
6. Nombre de bornes. Chaque tracteur exige 360 kWh, soit 360 ÷ 160 = 2.25 h. Huit heures permettent floor(8 ÷ 2.25) = 3 séances complètes par borne, donc 30 ÷ 3 = 10 bornes.
7. La charge non gérée selon le code. Dix bornes de 160 kW représentent 1,600 kW CC, soit 1,600 ÷ 0.93 ÷ 0.99 = 1,737.8 kVA à l’entrée CA. Selon 625.42, ce chiffre entier est continu : 1,737.8 ÷ 0.80 = 2,172.3 kVA → un transformateur de 2,500 kVA, un échelon au-dessus du plancher énergétique.

P = N × d × c ÷ (η × t)

S = P ÷ (PF × L)

h = d × c ÷ Pc

I = S × 1000 ÷ (√3 × V)

À 480 V, cela donne 1,737,800 ÷ (√3 × 480) = 2,090.2 A. NEC 625.41 et 210.20(A) portent le disjoncteur principal à 1.25 × 2,090.2 = 2,612.8 A, ce qui impose un calibre de 3,000 A selon l’échelle de NEC 240.6(A). Avec deux baies de réserve, la charge non gérée devient 2,085.4 kVA, 2,606.7 kVA après le déclassement et un transformateur de 3,000 kVA — et 2,508.3 A, soit 3,135.4 A après le multiplicateur de 125 % et un disjoncteur principal de 4,000 A. Les baies de réserve coûtent peu ; le socle, le disjoncteur principal et l’artère qu’elles entraînent coûtent cher.

Une unité de 2,000 kVA à 80 % de charge et à un facteur de puissance de 0.99 fournit 2,000 × 0.80 × 0.99 = 1,584 kW. Face au plancher de 1,451.6 kW, cela donne 1.091, soit environ 9 % de marge — une nuit froide ou un camion en retard, pas une prolongation de parcours. Régler le plafond de l’EVEMS à 1,584 kW rend le choix de 2,000 kVA conforme selon 625.42(A), et c’est ce qui le rend serré.

Quel effet la fenêtre de stationnement a-t-elle sur le transformateur ?

La fenêtre est la variable la plus déterminante ici : l’énergie est fixe, donc la puissance varie inversement avec le nombre d’heures.

Reporter le départ de 4 h 00 à 6 h 00 fait passer ce dépôt de 2,000 kVA à 1,500 kVA. Le rapport d’atelier du NREL note que les distributeurs d’électricité imposent couramment — mais pas de façon uniforme dans tous les territoires desservis — une limite de pointe de 2.5 MW à un point d’interconnexion, en raison de la taille maximale courante des transformateurs sur socle (pad-mounted) pour le service secondaire. La fenêtre fait souvent la différence entre un branchement standard et une étude du distributeur ; le même rapport propose 50–500 kW comme plage que la recharge en dépôt pourrait couvrir.

Tableau de référence des dépôts

À 2.0 kWh/mi, η = 0.93, facteur de puissance de 0.99, une fenêtre de 8 heures et 80 % de charge, le diviseur est 0.93 × 8 × 0.99 × 0.80 = 5.89248, donc kVA = camions × milles × 2.0 ÷ 5.89248.

Chaque ligne jusqu’à 3,000 kVA correspond à un seul transformateur sur socle (pad-mounted) ; la dernière est un ensemble de deux transformateurs. Notons que 3,000 kVA est une puissance courante chez les fabricants, et non un échelon de la série préférentielle, où 2,545.6 kVA s’arrondit à 3,750 kVA — voir comment dimensionner un transformateur.

À quoi ressemble le même dépôt au Canada à 600 V ?

Tension et charge continue. À 600 V, 1,737,800 ÷ (√3 × 600) = 1,672.2 A au lieu de 2,090.2 A, et la division par 0.80 de CEC 8-104(6) donne 2,090.2 A et un disjoncteur principal de 2,500 A contre 3,000 A à 480 V — voir choisir une tension de distribution pour une installation. 8-104(5) permet 100 % lorsque le dispositif est marqué ; le NEC y parvient par les exceptions d’ensemble à 100 % de 210.20(A) et 215.3.

La gestion de charge est la vraie divergence. NEC 625.42(A) retire la charge contrôlée du dimensionnement de l’artère et du branchement. CEC 8-106(10) établit plutôt la charge de demande égale au maximum de l’EVEMS, et 8-106(11) la retire entièrement de la charge calculée lorsque l’EVEMS surveille à la fois le branchement, les artères et les circuits de dérivation et commande les charges d’EVSE selon la règle 8-500 — mais seulement pour les calculs énumérés aux règles 8-200 à 8-210, et l’IAEI conseille de ne s’y fier qu’avec le consentement de l’autorité locale tant qu’une norme sur l’EVEMS n’est pas publiée. Déclarez le plafond en entrée CA : 1,584 ÷ 0.99 = 1,600.0 kVA, ou 1,600,000 ÷ (√3 × 600) = 1,539.6 A, et 1,924.5 A après la règle de 80 % — un disjoncteur principal de 2,000 A. Déclaré en sortie CC, il faudrait aussi le diviser par η. Le plancher de 7,200 VA de NEC 220.57 n’a pas d’équivalent dans le CEC ; les baies de niveau 2 au Canada sont donc calculées selon la plaque signalétique.

Un tampon de batteries peut-il limiter le branchement ?

Lorsque le distributeur offre 1,000 kW et que le dépôt exige 1,451.6 kW, le stockage comble l’écart — la fonction d’écrêtage des pointes décrite dans réduire les frais de puissance grâce au stockage par batteries, dimensionnée selon la méthode kW par rapport à kWh de comment dimensionner un système de stockage d’énergie par batteries. En plafonnant le site à 1,451.6 kW constants et en prélevant 1,000 kW du réseau, le tampon fournit 451.6 kW au jeu de barres pendant 8 heures.

E = (P − Pu) × t ÷ (DoD × eff)

tr = E × DoD ÷ (eff × Pb)

Le déficit est de 451.6 × 8 = 3,612.8 kWh au jeu de barres. À un rendement de conversion à sens unique de 0.95, les cellules cèdent 3,612.8 ÷ 0.95 = 3,803.0 kWh, et à une profondeur de décharge de 0.90, cela fait 4,225.5 kWh installés avec environ 500 kW de conversion. Remplacer ces 3,803.0 kWh coûte 3,803.0 ÷ 0.95 = 4,003.1 kWh au compteur — 5.00 heures à 800 kW de réserve, dans la période d’inactivité de 16 heures. Le 0.95 est payé dans les deux sens ; le rendement aller-retour est donc d’environ 0.90, et il se mesure, il ne se suppose pas.

Un tampon qui reporte une mise à niveau du branchement dans un dépôt de 30 camions est donc un actif de plusieurs mégawattheures, et non une armoire de 500 kWh. Le stockage est spécifié selon UL 9540 et implanté selon NFPA 855 — voir sécurité incendie des systèmes de stockage par batteries — et son transformateur élévateur suit le dimensionnement de l’interconnexion du stockage par batteries. Un système de stockage et de recharge à couplage CC garde le tampon et les bornes sur un même bus CC.

Ce qu’il faut spécifier

• L’énergie quotidienne par véhicule, en kWh, et la fenêtre de recharge en heures. L’énergie provient d’une exportation télématique ou d’une étude de parcours, non d’une autonomie de brochure ; la fenêtre provient de l’horaire de départ, comme pire cas garanti. Huit heures plutôt que dix représentent 500 kVA ici.
• Le rendement du chargeur, le facteur de puissance et la tension d’entrée CA. Tirés de la fiche technique en conditions moyennes de séance, non du rendement maximal. Supposer 0.95 au lieu de 0.93 déplace cet exemple de 31 kW.
• Le plafond de l’EVEMS en kW, en entrée CA, et son état de repli. NEC 750.30 interdit au contrôleur de surcharger tout circuit de dérivation, artère ou branchement, et CEC 8-500(2) de dépasser la règle 8-104(5) ou (6) ; ce plafond devient la charge selon le code en vertu de 625.42(A) ou de 8-106(10).
• La puissance nominale (kVA) du transformateur, la tension secondaire et l’impédance %Z. Tirées du calculateur de dimensionnement et de protection des transformateurs et de la plaque signalétique — le %Z fixe le courant de défaut que l’appareillage de commutation doit interrompre.
• Les calibres du disjoncteur principal, de l’artère et du pouvoir de coupure. NEC 240.6(A) après le 125 % de 625.41, ou CEC 8-104(6), le côté transformateur étant conforme à 450.3(B) ou 26-254 (protection contre les surintensités), et la tenue au courant de court-circuit (SCCR) conforme à 110.9 d’après la lettre du distributeur sur le courant de défaut disponible.
• Les kW, les kWh et la profondeur de décharge du tampon. Énergie installée et énergie utilisable indiquées séparément, selon l’article 706 du NEC.

Erreurs courantes

• Dimensionner selon la somme des plaques signalétiques et s’arrêter là. Dix bornes de 160 kW donnent 1,737.8 kVA et un transformateur de 2,500 kVA, mais la flotte ne transfère que 11,612.9 kWh en 8 heures — 1,451.6 kW en moyenne, soit une unité de 2,000 kVA. Cette somme est la charge selon le code exacte en vertu de NEC 625.42 ; la solution est donc un contrôleur, et non un socle plus grand.
• Diviser l’énergie quotidienne par 24 heures. 11,612.9 ÷ 24 = 483.9 kW sous-dimensionne d’un facteur 3.0 par rapport aux 1,451.6 kW qu’exige la fenêtre de 8 heures. NEC 220.87 permet la demande maximale mesurée d’un branchement existant, jamais une charge future moyennée sur une journée.
• Acheter un tampon de 500 kWh pour un problème de mégawattheure. Maintenir un dépôt de 1,451.6 kW sur un branchement de 1,000 kW exige 4,225.5 kWh à une profondeur de décharge de 0.90 — 8.5 fois une armoire de 500 kWh.
• Supposer de la diversité sur la charge des chargeurs. NEC 220.57 fixe la charge d’EVSE à la plus grande valeur entre 7,200 VA et la plaque signalétique ; l’issue est donc un contrôleur selon 625.42(A), et non un facteur de 0.80 dans un chiffrier. Le Canada n’est pas symétrique : le tableau 38 du Code CE permet des facteurs de demande au-delà de quatre charges d’EVSE, bien que le sous-comité de l’ESA ait recommandé sa suppression — confirmez d’abord auprès de l’autorité compétente (AHJ).

Où Entogo intervient

Entogo fabrique la chaîne de puissance du dépôt dans son usine verticalement intégrée d’environ 20,000 m² — des transformateurs triphasés sur socle (pad-mounted) de 75 à 2500 kVA et jusqu’à 3000 kVA en classe de tension de 15/25/35 kV, des tableaux de distribution basse tension pour les disjoncteurs principaux de 1,600–4,000 A auxquels mènent ces calculs, et des chargeurs ultrarapides CC de 160/240/300 kW. Les équipements sont conçus et fabriqués selon ANSI/IEEE C57 et C37, NEC article 625 et CEC section 86 selon les exigences de l’installation ; ils sont certifiables sur demande (UL (cULus)/CSA). La garantie est d’au moins 36 mois ; la durée exacte est fixée selon le produit et confirmée par contrat.

Parce que les transformateurs, l’appareillage de commutation et les chargeurs sont fabriqués dans la même usine verticalement intégrée, un ensemble pour dépôt peut être commandé sur une seule soumission coordonnée plutôt que d’être relancé auprès de trois fournisseurs — ce qui compte lorsque l’interconnexion du distributeur, et non l’équipement, devrait être le chemin critique. Partez du calculateur de capacité de branchement pour la recharge de VE ou du configurateur de transformateur ; voir aussi l’infrastructure de recharge de VE.

Le dimensionnement d’un dépôt se résume à quatre chiffres, dans l’ordre : l’énergie livrée aux camions, l’énergie au compteur, la fenêtre dans laquelle elle doit circuler et le plafond qu’un contrôleur fera respecter. Le transformateur, le disjoncteur principal et le tampon en découlent ensuite arithmétiquement — 10,800 kWh, 11,612.9 kWh, 8 heures, 1,584 kW et un socle de 2,000 kVA plutôt que de 3,000 kVA. Si le premier chiffre vient d’une brochure plutôt que des camions, tout ce qui suit est faux de la même manière.