Le marché des véhicules électriques (VE) ayant pris de l’importance en Europe ces dernières années, les besoins en bornes de recharge ne cessent d’augmenter. La demande d’infrastructures est principalement due à l’adoption des véhicules électriques, les constructeurs automobiles étant de plus en plus nombreux à concentrer leurs efforts sur les véhicules électriques pour répondre aux exigences de l’UE. Il est également évident qu’avec l’augmentation des ventes de nouveaux véhicules électriques, les infrastructures doivent être étendues, notamment par la création de nouveaux points de charge accessibles et l’extension des points de charge existants.
Les infrastructures globales de recharge pour VE comprennent également les types de bornes de recharge. La nécessité de disposer de chargeurs rapides à des endroits pratiques est essentielle pour tout voyage ; comme nous le savons, tout type de batterie rechargeable doit être rechargé pendant de longues périodes, les VE ne sont pas différents. Les plus petites batteries de VE ont une puissance d’environ 20-30 kW et les plus grandes peuvent atteindre 100 kW. Avec une capacité de batterie d’environ 100 kW, une prise domestique standard de 240 V chargerait la batterie en 24 heures environ à 2,3 kW. Une borne de recharge murale spécialisée chargerait la batterie en 7,5 heures environ à 7,4 kW et un chargeur rapide, d’une puissance de 50 kW, peut charger une batterie en moins d’une heure. La disponibilité de chargeurs rapides est essentielle pour la plupart des conducteurs qui parcourent de longues distances, sinon l’ensemble de l’infrastructure serait jugée peu pratique.
En réalité, la plupart des propriétaires de VE disposeront d’un chargeur dédié à domicile, connecté au réseau électrique interne de la maison, et chargeront le véhicule pendant la nuit, lorsque l’électricité est beaucoup moins chère et que la demande est moindre. Ces chargeurs domestiques sont soit une prise standard de 240V 13A, soit une unité murale de 7,4kW/32A installée par la plupart des fournisseurs d’électricité.
Pyramide de recharge de VE
La croissance du marché des VE avec les constructeurs automobiles a conduit à une variété de chargeurs propriétaires et de types de connexion, chacun offrant un modèle unique. Ce sujet unique représente un défi énorme dans le cadre de la conception globale de l’infrastructure de recharge des VE. L’une des solutions à ce problème réside dans les stratégies de recharge.
Au bas de l’échelle, on trouve les chargeurs lents, dont la puissance est généralement comprise entre 2 et 3 kW et qui peuvent être utilisés dans presque tous les foyers. En outre, il existe également différents chargeurs muraux qui peuvent être installés à l’extérieur de la maison ou dans le garage. Ces chargeurs muraux ont une puissance de 7,4 kW et sont directement reliés au réseau électrique.
Les chargeurs rapides se trouvent dans la plupart des espaces publics, tels que les parkings, les centres commerciaux et, dans certains cas, sur les voies publiques. Ces chargeurs rechargeront votre VE à un taux particulier selon la puissance du réseau de charge. Les chargeurs rapides ont une puissance comprise entre 7 et 22 kW et peuvent recharger votre véhicule de zéro à sa pleine capacité en 3 à 6 heures environ, selon la capacité de la batterie de votre véhicule électrique.
Les chargeurs express sont encore plus rapides et se trouvent le plus souvent dans les parkings, où les véhicules électriques sont laissés pendant quelques heures à la fois. Il existe deux types de chargeurs : les chargeurs à courant alternatif (43 kW) et les chargeurs à courant continu (50 kW). Les chargeurs à courant continu alimentent directement la voiture sans conversion de courant AC/DC et sans perte de puissance dans le processus. Avec ces deux méthodes de recharge, un véhicule électrique recharge sa batterie en une heure environ.
Au sommet de la pyramide se trouvent les superchargeurs, qui permettent de recharger entre 120 et 300 kW. Tesla a été l’un des premiers constructeurs de véhicules électriques à concevoir un superchargeur de 120 kW avec son propre connecteur et a récemment annoncé un nouveau superchargeur de 250 kW. Tesla affirme pouvoir recharger complètement ses batteries en 15 à 30 minutes grâce à son réseau de plus de 20 000 superchargeurs en Europe…. Ce type de chargeur est idéal pour les stations-service et les stations d’essence car ils sont généralement situés dans des endroits idéaux pour les longs trajets et sont facilement accessibles.
Quelques entreprises de recharge de VE ont dépassé les 150 kW que l’on trouve généralement dans la plupart des superchargeurs. L’une de ces entreprises est la société suisse ABB. ABB a lancé son chargeur rapide DC haute puissance Terra, qui peut produire jusqu’à 350kW, soit près de trois fois le débit des superchargeurs de Tesla. Malheureusement, il n’y a rien sur le marché qui puisse gérer ce type de capacité de charge, mais la technologie existe et est prête à être mise en œuvre lorsque les VE auront cette capacité.
Options de connectivité
L’infrastructure des VE comprend non seulement plusieurs options de recharge, mais aussi une grande variété de connecteurs. Chaque connecteur et système de recharge est incompatible avec les autres, ce qui constitue un défi pour l’industrie des VE. Voici une liste des types de connecteurs pour VE les plus courants :
Fiche de type 1 – La fiche de type 1 est une fiche monophasée qui permet des niveaux de puissance de charge allant jusqu’à 7,4 kW (230 V, 32 A). Cette norme est principalement utilisée dans les modèles de voitures de la région asiatique, et est rare en Europe, ce qui explique pourquoi il y a très peu de bornes de recharge publiques de type 1.
Fiche de type 2 – La principale zone de distribution de la prise triphasée est l’Europe, et elle est considérée comme le modèle standard. Dans les espaces privés, des niveaux de puissance de charge allant jusqu’à 22 kW sont courants, tandis que des niveaux de puissance de charge allant jusqu’à 43 kW (400 V, 63 A, CA) peuvent être utilisés dans les bornes de recharge publiques. La plupart des bornes de recharge publiques sont équipées d’une fiche de type 2. Tous les câbles de recharge de mode 3 peuvent être utilisés avec ce système, et les voitures électriques peuvent être rechargées avec des fiches de type 1 et de type 2. Tous les câbles de mode 3 sur les côtés des bornes de recharge sont équipés de fiches dites de Mennekes (type 2).
Fiches combinées (Combined Charging System ou CCS, système de charge combiné en français) – La fiche CCS est une version améliorée de la fiche de type 2, avec deux contacts d’alimentation supplémentaires pour la charge rapide. Elle prend en charge des niveaux de puissance de charge AC et DC (courant alternatif et courant continu) allant jusqu’à 170 kW. Dans la pratique, cette valeur se situe généralement autour de 50 kW.
Fiche CHAdeMO – Ce système de recharge rapide a été mis au point au Japon et permet des capacités de recharge allant jusqu’à 50 kW dans les bornes publiques appropriées. Les constructeurs suivants proposent des voitures électriques compatibles avec la fiche CHAdeMO : BD Otomotive, Citroën, Honda, Kia, Mazda, Mitsubishi, Nissan, Peugeot, Subaru, Tesla (avec adaptateur) et Toyota.
Tesla Supercharger – Pour son superchargeur, Tesla utilise une version modifiée de la fiche Mennekes de type 2. Cela permet à la Modèle S de se recharger à 80 % en 30 minutes. De plus, Tesla offre la recharge gratuite à ses clients. À ce jour, il n’est pas possible de recharger d’autres marques de voitures avec les superchargeurs Tesla.
Prise domestique – des niveaux de puissance de charge allant jusqu’à 3,7 kW (230 V, 16 A) peuvent être atteints avec une prise domestique équipée du fusible approprié. Votre voiture électrique sera rechargée via un câble de charge de mode 2. Nous recommandons fortement une puissance de charge maximale de 2,3 kW (230 V, 10 A) si la prise n’a pas été vérifiée avant. On trouve aussi parfois des prises domestiques dans les bornes de recharge publiques. Cette méthode de recharge est disponible pour toutes les voitures électriques.
Infrastructure du réseau
Le nombre de points de recharge de VE disponibles en Europe augmente chaque année, à mesure que l’adoption des VE se développe. Cette évolution est beaucoup plus rapide dans certaines régions que dans d’autres. En 2019, il y avait environ 15k points de charge à haute puissance (22kW+) et en 2020, ce chiffre a presque doublé pour atteindre 25k selon les données de l’Observatoire européen des carburants alternatifs. Cela n’est pas seulement dû aux progrès dans le domaine de la recharge des VE, mais aussi aux cadres stratégiques nationaux qui ont été mis en place en vertu de l’article 3 de la directive 2014/94/UE.
La Norvège est l’un des pays où les VE sont les plus répandus. Plus de 300 000 VE de tourisme y sont enregistrés, ce qui représente plus de 15 % du marché automobile global d’ici 2020. La part de marché des voitures rechargeables est la plus élevée au monde depuis plusieurs années et c’est le premier pays où les ventes de VE ont dépassé celles des voitures à moteur à combustion interne. Il y a actuellement environ 500 000 VE en Norvège, y compris les hybrides et les hybrides rechargeables, pour une population d’environ 5,2 millions d’habitants.
Pour faire face à cet incroyable succès des VE, il faut une infrastructure de réseau de recharge adaptée. Selon electromaps, la Norvège compte actuellement environ 9000 points de charge répartis sur 2500 stations. Il s’agit également du réseau le plus propre au monde, 98 % de l’électricité utilisée pour recharger les véhicules électriques provenant d’une source d’énergie renouvelable.
Dans toute l’Europe, de nombreuses sociétés d’énergie se lancent dans le secteur de la recharge des VE, car elles sont les mieux placées pour ce type de marché, surtout lorsqu’elles peuvent fournir de l’électricité à partir d’une source d’énergie renouvelable telle que l’énergie éolienne, solaire ou hydraulique. La société néerlandaise Fastned est l’un des principaux spécialistes de la recharge des véhicules électriques. Elle a récemment mis en place des bornes de recharge qui sont alimentées par des panneaux solaires. Cette solution est un moyen rentable de recharger les VE, car les solutions existantes nécessitent l’alimentation d’une centrale électrique locale. Les nouvelles bornes de recharge devraient donc s’appuyer sur le réseau électrique existant, ce qui pourrait entraîner une pression supplémentaire sur le réseau énergétique, sans compter qu’elles seraient situées dans des lieux publics.
Certaines entreprises se tournent vers le VE pour changer leur façon de faire des affaires, ainsi que pour accéder à un public en constante évolution. Les compagnies pétrolières telles que BP et Shell ont installé des chargeurs de VE dans presque toutes leurs stations-service en Europe, ce qui leur permet de suivre les tendances et d’élargir leur clientèle. De plus, la majorité des stations-service sont stratégiquement placées pour être facilement accessibles à la plupart des conducteurs, ce qui est un grand avantage pour l’infrastructure globale des VE.
Sécurité de la recharge des VE
La recharge d’un VE comporte deux aspects : le chargeur lui-même et le câble de recharge avec le connecteur approprié. Les bornes de recharge pour VE sont conformes à la norme IEC 61851 de la directive européenne, qui évolue actuellement et fait toujours l’objet d’un développement continu. Le câble de chargement et le connecteur de chargement sont conformes à la directive européenne CEI 62196 relative aux fiches, prises de courant, connecteurs de véhicules et prises de courant de véhicules. Ces normes européennes sont mises en place pour assurer la sécurité de l’équipement et de l’utilisateur final. Par exemple, le véhicule n’est pas alimenté en électricité à moins qu’un véhicule compatible ne soit connecté et le véhicule est également immobilisé pendant que le câble est connecté.
La directive CEI 62196 comprend également des sous-directives (CEI 62196-1 et CEI 62196-2) qui expliquent en détail la conception de chaque type de fiche et ses spécifications. Elle a été introduite pour permettre la compatibilité entre les produits de différents fabricants.
Configurations :
Type 1 – Largement utilisé aux États-Unis et au Japon, il a été conçu à l’origine par le fabricant Yazaki et a été publié sous la norme SAE J1772 aux États-Unis. Le connecteur lui-même comporte un boîtier rond, avec une encoche sur l’entrée du véhicule pour déterminer son orientation lorsqu’il est utilisé. Il permet un courant de fonctionnement de 32A et un courant maximal de 80A, mais uniquement aux États-Unis.
Type 2 – Également connu sous le nom de connecteur Mennekes, il possède un boîtier rond dont un côté est aplati pour permettre une orientation correcte lors de l’utilisation. Il comporte également plusieurs broches et manchons de contact pour un maximum de quatre conducteurs AC, une inductance de protection et également deux broches de signal pour contrôler sa fonctionnalité. Les connecteurs de type 2 ont également une caractéristique supplémentaire : les contacts ne peuvent pas être touchés par un doigt standard pour éviter l’électrocution. Dans la version la plus récente de ce connecteur, cette caractéristique a été encore améliorée en incluant des obturateurs. Le connecteur peut fonctionner jusqu’à 63A avec un courant maximum de 70A disponible pour les applications monophasées. Dans l’UE, il est obligatoire que tous les chargeurs publics de courant alternatif soient équipés d’un connecteur et d’une prise de type 2.
Type 3 – Cette configuration, contrairement aux deux autres, comprend non seulement une fiche et une prise mais aussi le coupleur du véhicule. Ce connecteur particulier comporte un boîtier ovale avec un côté aplati pour une orientation correcte lors de l’utilisation. Une protection tactile est également mise en place sous la forme d’obturateurs au-dessus des broches afin d’éviter tout contact humain. Un mécanisme de verrouillage est également prévu lorsqu’il est inséré dans une entrée. Ce connecteur permet une charge monophasée jusqu’à 16A sans contact pilote de contrôle, 32A avec et une charge triphasée jusqu’à 63A.
Comme nous le savons déjà, la demande de bornes de recharge pour VE est très élevée dans toute l’Europe. Il est également essentiel de veiller à ce que chaque borne de recharge soit opérationnelle, faute de quoi l’infrastructure pourrait être davantage sollicitée. Plusieurs problèmes peuvent survenir et conduire à un point de charge défectueux, comme une surcharge de l’alimentation électrique, des défaillances de l’équipement et du système, et une surchauffe. De nombreux pays européens ont déjà commencé à s’attaquer à ce problème en veillant à ce que chaque borne de recharge publique soit conforme aux normes de sécurité européennes applicables aux systèmes électriques. La réglementation qui doit être appliquée à chaque borne comprend les éléments suivants :
Conformément à la norme HD 60364, tous les électriciens qualifiés sont tenus d’effectuer des tests sur un système basse tension après son installation. Les tests comprennent la mesure, l’inspection et le test de différents modes de fonctionnement de la borne de recharge en question. Les tests effectués consisteraient à mesurer la continuité des conducteurs de protection de la terre et la fonctionnalité du disjoncteur différentiel intégré, ainsi que la résistance d’isolement et de terre.
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La sécurité ne concerne pas seulement les chargeurs eux-mêmes, mais tous les aspects de l’équipement de charge, y compris la conception des câbles de charge, qui doivent être conformes à la norme HD 60364-5-52. Cela comprend également le contrôle de la température pendant une heure de fonctionnement continu. Les résultats permettraient en fin de compte de tester le risque de surchauffe à la fois dans l’unité de charge et dans le câble de charge, prévenant ainsi le risque d’incendie ou de brûlure. Une augmentation maximale de la température de 45 Kelvin est tolérable. Ces risques peuvent être facilement identifiés à l’aide de caméras thermiques.
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Une partie des procédures de test des bornes de recharge pour VE ne se limite pas à l’installation initiale, mais il est également impératif de procéder à des tests périodiques tout au long de sa durée de vie. La clause 6.5 de la norme HD 60364-6 doit être suivie pour inclure les tests de sécurité électrique et de fonctionnement du signal pilote, conformément à la norme EN 61851-1. Un oscilloscope doit être utilisé pour effectuer ce test du signal PWM. Les données présentées sous forme de graphiques devraient permettre à un ingénieur d’évaluer toute défaillance du signal de charge en tout point entre la station de charge et le véhicule en question.
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L’avenir des infrastructures de VE
De plus en plus de consommateurs investissent dans des véhicules électriques, d’où la nécessité de mettre à disposition davantage de bornes de recharge dans des endroits pratiques. Il existe également plusieurs programmes soutenus par le gouvernement qui permettent d’alléger un peu la pression en installant des points de charge pour les VE dans les entreprises pour les travailleurs et aussi à la maison.
Il existe également plusieurs programmes soutenus par le gouvernement qui permettent d’alléger un peu la pression en installant des points de charge pour les VE dans les entreprises pour les travailleurs et aussi à domicile. Ford a récemment annoncé qu’elle passerait au tout électrique d’ici 2030 pour tous ses modèles.
Il ne fait aucun doute que l’infrastructure de recharge va évoluer au cours des prochaines années, mais le système actuellement en place constitue une excellente base sur laquelle s’appuyer à l’avenir.
