Séminaire sur la technologie de charge pour l'électromobilité

Connaissances de base de la technologie de charge pour l'électromobilité Connaissances de base sur la charge des véhicules électriques

La mobilité du futur prend en compte les différents cadres juridiques nationaux. Nous vous transmettons les connaissances de base à ce sujet - de manière claire et compréhensible :

  • Standards de charge, connecteurs de charge côté véhicule et aperçu des modes de charge
  • Des vidéos montrent comment fonctionne une station de charge
  • Glossaire avec des termes techniques expliqués simplement

Quels sont les standards de charge et les types de connecteurs disponibles ? Aperçu des normes courantes et de leurs faces actives

Au niveau international, trois normes de charge se sont établies - à partir de l'Amérique du Nord, de l'Europe et de la Chine - avec leurs géométries spécifiques pour les connecteurs de charge côté véhicule et les prises. De plus, la fiche pour le connecteur mâle pour la charge AC (mode 3, cas B et C) est conçue différemment de celle pour la charge DC (mode 4). Avec notre large gamme CHARX, nous couvrons tous les cas d'application :

Les normes de charge courantes et leurs faces actives

Le standard type 1 pour l'Amérique du Nord ne prévoit pas de connecteur de charge côté véhicule. En Europe, on utilise alors un câble adaptateur constitué côté véhicule d'un connecteur de charge de type 1 et côté infrastructure d'un connecteur de charge de type 2.

Quelle est la norme de charge en vigueur ? La répartition actuelle sur la carte du monde

Carte d'images interactive : diffusion des standards de charge type 1 (bleu), type 2 (vert) et GB/T (gris foncé) sur la carte du monde
Type 1
Introduit aux États-Unis, le standard de type 1 s'est établi dans les pays colorés en bleu. Il repose sur les normes SAE J1772 et CEI 62196. La charge AC et DC s'effectue via une seule prise CCS de type 1 dans le véhicule.
Type 1
Type 2
En partant de l'Europe, le standard de type 2 s'est répandu dans les pays colorés en vert. Il repose sur la norme CEI 62196. La charge AC et DC s'effectue via une seule prise CCS de type 2 dans le véhicule.
Type 2
GB/T
La norme de charge GB/T s'applique uniquement à la Chine et est basée sur la norme GB/T 20234. Une norme CCS pour le marché chinois ne s'est pas encore imposée. Des prises côté véhicule séparées sont donc nécessaires pour la charge AC et DC.
GB/T
Non défini
Dans les pays en gris clair, aucune norme de charge n'a encore été déclarée comme norme officielle - ou nous ne disposons d'aucune information à ce sujet.
Non défini
Type 1 et type 2
Dans les pays hachurés en bleu-vert, le type 1 et le type 2 sont actuellement utilisés en parallèle. Il est probable que l'un des deux standards s'imposera à l'avenir.
Type 1 et type 2

Charge AC et DC : quelle est la différence ? Et que recommande-t-on dans quelle situation ?

Charge AC
Le courant alternatif (AC, Alternating Current) provenant du réseau d'alimentation passe d'abord par la station de charge et le câble de charge dans le véhicule - de manière contrôlée, mais sans conversion. Seul un convertisseur AC/DC installé dans le véhicule, appelé chargeur embarqué, le convertit en courant continu (DC, Direct Current), ce qui permet de charger la batterie. Comme les stations de charge AC ne nécessitent donc pas d'électronique de conversion, elles sont généralement moins chères que les bornes de recharge DC et plus attrayantes pour les applications privées. En fonction de la station de charge, du câble de charge et du chargeur embarqué, il est possible d'atteindre des puissances de charge allant jusqu'à 22 kW. En raison de ces puissances relativement faibles, la charge AC est plus douce pour la batterie et est toujours recommandée lorsque le véhicule est garé pendant plus de 30 minutes, par exemple la nuit dans un carport, un garage ou un hôtel ainsi que pendant la journée dans les restaurants et les supermarchés.

Charge DC
Dans ce cas, les contacts de puissance et les sections de conducteurs du connecteur de charge sont plus largement dimensionnés que pour la charge AC. Il est possible de transmettre des puissances de charge nettement plus élevées, jusqu'à 500 kW (High Power Charging, HPC), ce qui réduit considérablement le temps de charge. C'est pourquoi on parle aussi de charge rapide ou de charge ultra-rapide. Contrairement à la charge AC, la conversion AC/DC a déjà lieu dans la station de charge, où une électronique de puissance correspondante est installée. C'est notamment pour cette raison que la charge DC est plus complexe et plus coûteuse et qu'elle est principalement utilisée à des fins commerciales. Il est recommandé pour les longs trajets avec de courtes pauses afin de recharger l'autonomie en quelques minutes, par exemple sur les aires d'autoroute.

Quels sont les modes de charge disponibles pour les chargeurs AC et DC ? La charge peut s'effectuer de différentes manières

Mode de charge 1
Mode de charge 2
 Mode de charge 3, type A
Mode de charge 3, cas B
 Mode de charge 3, type C
Mode de charge 4
Mode de charge 1

Le véhicule est rechargé en courant alternatif sur une prise domestique. Dans un réseau monophasé, les tensions peuvent aller jusque 250 V, voire 480 V dans un réseau triphasé. Le courant de charge maximal est de 16 A. Aucune communication n'est établie entre le véhicule et la borne de recharge. La condition impérative est une protection par un disjoncteur de puissance (FI). Comme cela n'est pas toujours garanti sur les anciennes installations électriques, Phoenix Contact déconseille d'utiliser ce mode de charge.

Mode de charge 2

Comme le mode 1, mais le courant de charge maximal est ici de 32 A et le câble de charge est équipé d'un dispositif appelé In-Cable-Control-and-Protection-Device (IC-CPD). Cet appareil contient un équipement de protection contre les courants de défaut, communique avec le véhicule et contrôle ainsi la charge.

 Mode de charge 3, type A

Avec le mode de charge 3, le véhicule est rechargé en courant alternatif à une station de charge ou à une borne de recharge murale dans laquelle le disjoncteur différentiel requis est déjà intégré. La station de charge gère la communication avec le véhicule. Le véhicule peut être rechargé en monophasé jusqu'à 250 V ou en triphasé jusqu'à 480 V avec un courant de charge maximal de 63 A maximum. Le mode 3 est divisé en trois cas :

Un câble de charge fixe, raccordé au véhicule, est utilisé avec le mode de charge A. Il ne possède donc qu'une seule extrémité équipée d'un connecteur : le connecteur de charge côté infrastructure, qui est branché à la prise de la station de charge. Le cas A est certes décrit dans la norme, mais il ne se présente guère dans la pratique actuelle.

Mode de charge 3, cas B

Dans le cas B, il faut un câble de charge AC dit mobile, qui peut être transporté dans le coffre de la voiture par exemple. Il possède un dispositif de connexion à chaque extrémité : l'une des extrémités, le connecteur de charge côté véhicule, est insérée dans la prise côté véhicule. L'autre extrémité, le connecteur de charge côté infrastructure, est branchée dans la prise de la station de charge. Le cas B est principalement utilisé dans les stations de charge publiques.

 Mode de charge 3, type C

Ce type de charge se comporte à l'inverse du type de charge A car le câble de charge est ici raccordé de manière fixe à la station de charge. L'autre extrémité est dotée d'un connecteur : le connecteur de charge côté véhicule qui est branché à la prise côté véhicule. Le cas C est très souvent utilisé dans le domaine privé.

Mode de charge 4

Ce mode est le seul à décrire la charge DC sur les stations de recharge rapide. En raison des courants de charge élevés jusqu'à 500 A, des exigences de sécurité accrues s'appliquent. Pour cela, le câble de charge doit être raccordé à la station de charge. Une connexion enfichable n'est prévue que côté véhicule - sous la forme du connecteur de charge côté véhicule, qui est introduit dans la prise côté véhicule. Il n'y a donc pas de subdivision du mode 4 en trois cas (comme pour le mode 3). Une surveillance de la température des contacts de puissance dans le connecteur de charge ainsi que des fonctions de protection supplémentaires dans la station de charge, par exemple une surveillance de l'isolation, sont également nécessaires.

Qu'est-ce que le système de charge combiné, abrégé CCS ? Une interface de charge universelle pour la charge AC et DC

En collaboration avec les principaux constructeurs automobiles, nous avons développé le Combined Charging System (CCS). La particularité est la prise CCS dans le véhicule, dans laquelle s'adaptent aussi bien les connecteurs de charge côté véhicule AC que DC. Le véhicule électrique n'a donc besoin que d'une seule interface de charge pour la charge AC et DC.

Les normes de charge de type 1 et de type 2 suivent le principe CCS dans la structure de leurs faces actives. Dès 2013, la Commission européenne a déclaré CCS Type 2 comme norme de charge officielle pour toute l'Europe. Entre-temps, notre objectif d'établir le CCS comme norme mondiale de charge rapide s'est réalisé dans une grande partie du monde. Et le nombre de pays où le CCS s'impose ne cesse d'augmenter.

Fonctionnement du Combined Charging System (CCS)

Quels sont les avantages du CCS en pratique ?

  • Charge flexible AC et DC via une seule prise côté véhicule
  • Les constructeurs automobiles économisent des composants, de l'espace et des coûts
  • Sécurité maximale grâce au verrouillage de l'actionneur et à la surveillance de la température
  • Grande acceptation et diffusion dans une grande partie du monde
Verrouillage de l'actionneur dans la prise CCS

Verrouillage du connecteur de charge Pour une sécurité maximale lors de la charge

Comme l'exige la norme, les prises CCS sont munies d'un actionneur à verrouillage électromagnétique. Celui-ci verrouille le connecteur de charge pendant la recharge, soit latéralement, soit directement par le clip de verrouillage de la face active.

La tige de l'actionneur est conçue pour résister à des forces d'extraction élevées. Il est donc impossible de débrancher le connecteur de charge pendant la charge.

Capteurs de température PT1000 sur les contacts de puissance

Surveillance de la température précise Protection sécurisée contre les surchauffes

La surveillance de la température dans le système de charge CCS fait également partie d'une charge sécurisée. Selon la norme CEI 62196, la température ne doit pas excéder 105 °C. Les capteurs de résistance dépendant de la température, par exemple Pt 1000, garantissent donc une mesure rapide et précise de la température sur les contacts de puissance DC.

Les valeurs de température sont communiquées au contrôleur de charge via des sorties de signalisation correspondantes. Si une surchauffe se produit, par exemple en raison d'une température extérieure trop élevée ou d'une surcharge, le contrôleur de charge peut interrompre la charge ou réduire la puissance de charge.

Comment fonctionne une station de charge ? Comment se déroule la charge ? De quels points faut-il tenir compte en matière d'ingénierie ?

Les stations de charge pour voitures électriques et les bornes de recharge murales doivent répondre à des exigences élevées en matière de disponibilité, de sécurité et de confort. Une structure complexe avec de nombreux composants individuels n'est pas rare. Nos vidéos expliquent clairement la structure et l'interaction des différents composants et montrent comment répondre à toutes les exigences d'une infrastructure de charge moderne et en réseau.

Comment le courant de charge parvient-il au véhicule électrique ?
Comment le courant de charge parvient-il au véhicule électrique ? MovingImage

Comment le courant de charge arrive-t-il dans la voiture électrique ? L'unité fonctionnelle Charge

  • Électronique de puissance
  • Contacteur de puissance
  • Fusible
  • Cellule de refroidissement
  • Câble de charge
  • Prise côté infrastructure
  • Prise côté véhicule
Comment la charge est-elle contrôlée et surveillée ?
Comment la charge est-elle contrôlée et surveillée ? MovingImage

Comment le charge est-elle contrôlée ? L'unité fonctionnelle Commande et Surveillance

  • Contrôleur de charge
  • Mesure de l'énergie
  • Mesure du courant de défaut
  • Point neutre mis à la terre et surveillance de l'isolation
  • Mesure de la température
Comment les stations de charge communiquent-elles avec les utilisateurs, etc. ?
Comment les stations de charge communiquent-elles avec les utilisateurs, etc. ? MovingImage

Comment les stations de charge communiquent-elles ? L'unité fonctionnelle Mise en réseau et Communication

  • Autorisation utilisateur, par exemple via RFID
  • Indicateur d'état à LED
  • Utilisation tactile
  • Connexion sans fil via la téléphonie mobile
  • Connexion câblée via Ethernet
  • Parafoudre basse tension Ethernet
Comment éviter les pannes coûteuses des stations de charge ?
Comment éviter les pannes coûteuses des stations de charge ? MovingImage

Comment éviter les pannes coûteuses ? L'unité fonctionnelle Alimentation et protection

  • Alimentation
  • Parafoudre basse tension
  • Protection d'appareil
  • Mesure de la charge
  • Monitoring de l'énergie
Comment les stations de charge sont-elles câblées et installées ?
Comment les stations de charge sont-elles câblées et installées ? MovingImage

Comment s'effectuent le câblage et l'installation ? L'unité fonctionnelle Connexion

  • Entrée de câble
  • Raccordement de puissance pour l'alimentation
  • Organisation et répartition du potentiel
  • Connexion des données
  • Prise de courant et port USB pour la maintenance

Glossaire Termes techniques et abréviations expliqués simplement

Chaque secteur d'activité développe son propre langage et sa propre terminologie, ne serait-ce que pour attribuer un nom à de nouvelles technologies. Vous trouverez ici des explications sur les termes fréquemment utilisés dans le domaine de l'électromobilité :

Véhicules

  • EV : Electric Vehicle : terme générique pour tous les véhicules fonctionnant entièrement ou partiellement à l'électricité.
  • BEV : Battery Electric Vehicle : véhicule purement électrique dont l'énergie motrice est stockée sous forme chimique dans des batteries.
  • HEV : Hybrid Electric Vehicle : véhicule disposant à la fois d'un moteur à combustion et d'une propulsion électrique par batterie.
  • PHEV : Plug-in Hybrid Electric Vehicle : comme HEV, mais la batterie peut en plus être rechargée à l'extérieur via un connecteur de charge (plug-in).

Connecteurs de charge et prises

  • Prise : prise dans le véhicule sur laquelle le connecteur de charge côté véhicule est branché. Également appelée prise côté véhicule.
  • Connector : connecteur de charge côté véhicule qui se branche sur la prise du véhicule électrique. Également appelé connecteur de charge côté véhicule.
  • Plug : connecteur de charge qui se branche sur la prise de la station de charge. Également appelé connecteur de charge côté infrastructure.
  • Socket Outlet : prise dans la station de charge, à laquelle un véhicule est connecté via un câble de charge AC mobile et chargé selon le mode de charge 3, cas B. Également appelée prise côté infrastructure.

Types et normes de charge

  • Charge AC : charge avec un courant alternatif monophasé ou triphasé (mode de charge 1, 2 ou 3).
  • Charge DC : charge en courant continu (mode de charge 4).
  • CCS : Combined Charging System : système de charge pour type 1 et type 2, qui permet à la fois la charge AC et la charge DC avec une seule prise côté véhicule.
  • Combo : terme obsolète pour désigner le système CCS.
  • Type 1 : géométrie du connecteur de charge pour l'Amérique du Nord et d'autres régions, décrite dans les normes SAE J1772 et CEI 62196-3.
  • Type 2 : géométrie du connecteur de charge pour l'Europe et d'autres régions, décrite dans la norme CEI 62196-3.
  • GB/T : normes nationales chinoises. La norme GB/T 20234 décrit la géométrie des connecteurs de charge pour la Chine.
  • HPC : High Power Charging, également charge ultra-rapide : charge DC avec des puissances à partir de 150 kW. Actuellement, il est possible d'obtenir jusqu'à 500 kW en refroidissement liquide avec CCS type 1 et CCS type 2.
  • MCS : Megawatt Charging System : norme de charge en cours de développement pour la charge DC des véhicules utilitaires avec des puissances de 1 à 4,5 MW.
  • V2G : Vehicle-to-Grid, forme de chargement bidirectionnel : le véhicule peut non seulement être chargé à partir du réseau d'alimentation, mais aussi réinjecter de l'énergie dans le réseau en cas de besoin.
  • V2H : Vehicle-to-Home : comme le V2G, mais le véhicule sert de batterie domestique. L'énergie qu'il produit ne retourne pas dans le réseau, mais sert à maximiser l'autonomie (l'autosuffisance) de la maison.

Infrastructure de charge

  • Borne de recharge : possibilité de connecter et de charger un véhicule. Une station de charge possède une ou plusieurs bornes de recharge.
  • Système de recharge : interaction de tous les composants techniques au sein d'une station de charge (électromécanique, électronique, logiciel) nécessaires à la charge d'un véhicule.
  • Borne de recharge murale : système de recharge pour montage mural dans un design et un boîtier spécifiques au fabricant. Également appelée borne de recharge murale. Le plus souvent pour la charge AC privée à domicile avec jusqu'à 11 ou 22 kW, par exemple dans le garage ou le carport. De plus en plus souvent aussi pour la charge DC privée en combinaison avec une installation photovoltaïque.
  • Station de charge/colonne de charge : système de recharge autonome dans un design et un boîtier spécifiques au fabricant. Généralement pour la charge AC et/ou DC publique ou semi-publique, y compris le système de facturation, par exemple dans les parkings couverts, les hôtels ou les supermarchés.
  • EVSE : Electric Vehicle Supply Equipment : voir Borne de recharge murale et Station de charge.
  • Parc de charge : réseau de plusieurs stations de charge publiques ou semi-publiques, par exemple sur les aires de repos des autoroutes, sur les parkings ou dans les parkings couverts.
  • CPO : Charging Point Operator : l'entreprise ou la personne morale qui exploite des bornes de recharge individuelles ou des parcs de charge et qui facture l'énergie chargée aux utilisateurs de véhicules.

Communication et automate

  • CP : Control Pilot : contact de signalisation ou câble de signalisation dans le câble de charge de type 1, de type 2 et GB/T. Sert à transmettre des informations de l'automate entre la station de charge et le véhicule.
  • PP : Proximity Pilot : contact de signalisation ou câble de signalisation dans le câble de charge de type 2. Il fournit au véhicule l'information qu'une charge est en cours avec un courant de charge défini, ce qui permet d'activer le dispositif anti-démarrage.
  • CC : Connection Confirmation : contact de signalisation ou câble de signalisation dans le câble de charge GB/T. Il fournit au véhicule l'information qu'une charge est en cours avec un courant de charge défini, ce qui permet d'activer le dispositif anti-démarrage.
  • CS : Connection Switch : contact de signalisation ou câble de signalisation dans le câble de charge de type 1. Indique à la station de charge que le levier de verrouillage du connecteur de charge a été actionné, ce qui lui permet de couper le courant de charge.
  • IC-CPD : In-Cable-Control-and-Protection-Device : dispositif de contrôle et équipement de protection intégré dans le câble de charge. Permet la charge AC monophasée selon le mode de charge 2 sur des prises domestiques avec des puissances allant jusqu'à 3,6 kW.
  • Backend : permet au CPO, côté logiciel, d'exploiter ses bornes de recharge. Il comprend la gestion des utilisateurs, le traitement des paiements (généralement via un prestataire de services tiers ou un fournisseur de services d'itinérance) et un suivi technique des bornes de recharge via un cloud.
  • OCPP : Open Charge Point Protocol : permet la communication entre la station de charge et un système en aval.