Introduction à l'APU électrique : prise en charge des charges hôtelières dans le transport routier sans moteurs à combustion interne

Parmi les nombreux défis auxquels sont confrontées les flottes de camions routiers en matière de coûts et d'efficacité énergétique figure la réduction du temps d'inactivité. Sur son site web, le Conseil nord-américain pour l'efficacité du fret (NACFE) indique qu'historiquement, les camions à cabine couchette passaient une grande partie de leur temps de fonctionnement – 45 % ou plus – au ralenti. Cette opération permet souvent de gérer les charges d'appoint, c'est-à-dire l'énergie électrique nécessaire pendant les périodes où le conducteur ne conduit pas le camion. Parmi ces charges figure la climatisation, qui compte parmi les charges les plus énergivores, mais souvent nécessaire au confort du conducteur.

Cependant, la tendance vers le développement durable a fait du ralenti des moteurs une cible de réglementation dans de nombreux États américains. En mars 2023, l'American Transport Research Institute (ATRI) a publié un recueil de réglementations sur le ralenti, indiquant que 30 États des États-Unis continentaux, ainsi que le District de Columbia, en appliquaient, avec des amendes en cas de non-respect allant de moins de 100 dollars à plusieurs milliers de dollars.

Pour répondre aux préoccupations en matière de durabilité, de coûts et d'efficacité énergétique, certaines flottes se tournent vers des groupes électrogènes alternatifs (APU) à batterie. Ces groupes fournissent l'énergie nécessaire aux charges des hôtels.

Trois tactiques pour atténuer l'inactivité

Wade Seaburg, directeur des revenus de Dragonfly Energy, basé à Reno, dans le Nevada, qui fabrique des systèmes d'alimentation lithium-ion pour les camions commerciaux via sa marque Battle Born Batteries, a déclaré que lorsque l'entreprise parle avec les flottes de ses APU électriques, la conversation porte sur les trois approches d'atténuation du ralenti existantes utilisées aujourd'hui.

Un groupe auxiliaire de puissance (APU) Battle Born Batteries installé sur un camion lourd. (Photo : Dragonfly Energy/Battle Born Batteries)

« Il suffit de déployer un système d'arrêt/démarrage automatique », a-t-il expliqué. « Nous réglons la température ambiante dans la cabine ou dans la couchette, et le moteur diesel principal utilisé pour le transport de marchandises démarre et s'arrête automatiquement en fonction de certaines contraintes de température, avec une plage de températures plus ou moins élevée. »

Seaburg a précisé que si la température de l'habitacle est préréglée à 21 °C, le moteur démarrera si la température dépasse 23 °C et alimentera la climatisation jusqu'à ce qu'elle descende en dessous de 19 °C. Le moteur s'arrêtera ensuite.

Il a ajouté que dans une situation de démarrage/arrêt automatique, le moteur diesel du camion consomme environ un gallon de diesel par heure tout en ajoutant de l'usure aux autres composants du moteur.

« La prochaine étape est un APU diesel », a déclaré Seaburg. « Il consommera du diesel. On consommera donc environ 60 litres par heure. »

Bien qu'un APU diesel soit une amélioration par rapport à l'arrêt/démarrage automatique, il a déclaré qu'il présentait des inconvénients.

« Il a tendance à avoir beaucoup de pannes mécaniques après environ deux ans, comme tout petit moteur diesel, ce qui devient un problème d'entretien. »

La troisième approche, selon Seaburg, est l'APU électrique à batterie. Il explique que l'opérateur active l'APU, qui alimente la climatisation et les autres charges de l'autocar « jusqu'à ce que la tension ou l'état de charge de la batterie atteigne un certain point, puis le moteur redémarre » pour recharger la batterie.

Seaburg a noté une exception : les températures extrêmes.

« Les flottes font toujours tourner le moteur si la température extérieure dépasse 32 °C », explique-t-il, « car le climatiseur 12 volts n'est pas capable de le refroidir de 32 ou 38 °C à une température confortable pour le conducteur. Ils continuent donc à faire tourner les deux systèmes au ralenti à ces températures extrêmes, et ils le font également par temps de gel afin de garantir le bon fonctionnement de tous les fluides moteur. »

De nombreux États ayant une réglementation sur le ralenti moteur ont publié des exceptions de température à leur réglementation. Atlanta, en Géorgie, par exemple, limite le ralenti moteur à 15 minutes, mais l'étend à 25 minutes si la température est inférieure à 0 °C.

Seaburg a ajouté qu'en raison de ces réalités liées à la température, la température idéale pour les APU électriques à batterie se situe entre 20° et 90°F, période pendant laquelle il n'est « absolument pas nécessaire de faire tourner ce moteur ».

Les bonnes batteries

Certains APU électriques à batterie utilisent des batteries à tapis de verre absorbé (AGM), a déclaré Seaburg, ajoutant qu'elles ne sont pas toujours le meilleur choix.

« Les AGM sont efficaces sur deux plans », a-t-il déclaré. « Elles sont performantes en démarrage et en décharge profonde, mais elles ne sont excellentes ni pour le démarrage ni pour la décharge profonde. Elles nécessitent peu d'entretien ; elles présentent quelques avantages. Cependant, elles sont remplacées tous les 18 à 24 mois en raison de leur dégradation rapide. »

États des États-Unis continentaux appliquant une réglementation sur la marche au ralenti des moteurs diesel, surlignés en rouge. (Données : American Transportation Research Institute. Graphique : Mapchart.net)

Selon Seaburg, seulement 15 % environ des camions sont commandés avec un APU électrique, car de nombreuses personnes qui les ont essayés ont été déçues par le temps de fonctionnement dû à l'utilisation de batteries AGM.

« On leur promet 10 heures », a-t-il expliqué. « Ils n'en ont que quatre, et au fur et à mesure, ils en ont de moins en moins. »

Les batteries plomb-acide inondées, bien qu'elles ne soient pas une option pour les groupes auxiliaires de puissance électriques, sont plus efficaces pour le démarrage des moteurs que les batteries AGM, a déclaré Seaburg. Elles sont également moins coûteuses.

Lors de la mise en œuvre de la solution APU Battle Born, Seaburg a déclaré que Dragonfly exploite sa compréhension de la charge des batteries pour permettre l'utilisation des deux types de batteries sur le camion ainsi que du lithium-ion, tout en garantissant qu'elles peuvent toutes être chargées à l'aide d'un seul alternateur.

« Nous consacrons le banc avant, composé de trois batteries ouvertes, au démarrage du moteur », explique Seaburg. « Nous y installons un isolateur qui isole les deux bancs, mais assure également une charge optimale de notre système. Nous installons ensuite un système au lithium pour alimenter la climatisation, l'onduleur et les appareils électriques que l'on trouve aujourd'hui sur les APU électriques. »

Selon Seaburg, la solution lithium-ion de Dragonfly peut fournir de l'énergie de manière constante pendant toute la durée d'une période de repos de 10 heures.

« Nous avons réussi des redémarrages de 34 heures lorsque la température ambiante était adéquate, comme au Texas en octobre, et nous n'utilisions pas ce gros consommateur d'énergie – le climatiseur – nous ne l'utilisions pas trop souvent », a-t-il déclaré. « Aucun parc de batteries AGM ne résiste à une période de redémarrage de 34 heures. »

Valeur favorable au diesel

En termes de durabilité et d'usure réduite, Seaburg a déclaré que l'APU Battle Born est un « ami du moteur diesel ».

« Nous pensons qu'il [le moteur diesel] devrait être allumé pour transporter du fret là où c'est nécessaire, et éteint dans tous les autres cas », a-t-il déclaré. « Il n'a plus besoin de tourner au ralenti pour assurer le confort du conducteur. »

Et même si cela peut aider l'industrie à surmonter les obstacles réglementaires, Seaburg a déclaré que les APU à batterie de la société offrent une valeur supplémentaire.

« Même l'obstacle réglementaire de “ne pas laisser tourner au ralenti” signifie “ne pas laisser tourner au ralenti votre moteur diesel”, a déclaré Seaburg. « Et dans certaines juridictions, il est toujours possible de laisser tourner au ralenti ce petit groupe électrogène diesel. Mais notre message est le suivant : ne faites même pas cela. Arrêtons tout simplement le moteur. Éliminons les gaz d'échappement que le conducteur pourrait inhaler. Arrêtons le bourdonnement ; créons un environnement calme où il peut dormir sans être réveillé. »

Un APU électrique contribue également à atténuer l'entretien du moteur diesel, selon Seaburg, car lorsque le moteur tourne au ralenti, « nous faisons fonctionner tous les autres dispositifs qui y sont attachés », y compris la pompe à eau, la pompe à carburant et les joints associés, qui subiront une usure excessive.

Enfin, Seaburg a noté des améliorations significatives en termes d’efficacité énergétique grâce à l’utilisation de l’APU Battle Born.

« Nous constatons une augmentation de 10 à 15 % de la consommation de carburant par gallon dans les flottes qui ont déployé ce système », a-t-il déclaré, ajoutant que d'autres tactiques visant à réduire l'économie de carburant, telles que les jupes latérales, ne génèrent qu'une fraction de ces économies.

« Imaginons que vous restiez 4 à 5 heures au ralenti par nuit », explique Seaburg. « Quand vous économisez 15 à 20 litres d'eau par nuit, ce sont de véritables économies. »