L’interface de recharge des véhicules électriques

Tout ce qui concerne les bornes de recharge
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msay555
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L’interface de recharge des véhicules électriques

Message par msay555 » 11 avr. 2021 16:41

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La prise type 2 / CCS-2 est désormais le standard en Europe et ses 7+2 broches permettent une recharge tant en courant alternatif qu’en continu. L’interface ne se limite pas seulement à la partie physique de la prise, elle répond également à des règles de sécurité (isolation, température) et d’interopérabilité :
  • caractéristiques de batteries,
  • identification du véhicule et du client,
  • profil de charge,
  • système de paiement, etc.
Les différentes étapes de charge

Lorsqu’une prise est branchée au socle de recharge d’un véhicule, un protocole de fonctionnement et de sécurité est amorcé selon la norme ISO 15118 :
Branchement de la prise.
La borne de recharge entre en communication d’un côté avec le véhicule et d’un autre avec des services liés à ce véhicule.

Identification :
Le protocole de communication identifie le véhicule et le client (abonnement en cours, moyen de paiement, etc.), puis obtient les autorisations permettant la poursuite de l’opération.

Paramètres de charge :
La borne reçoit les caractéristiques techniques de la batterie (type de batterie, capacité, tension, niveau de charge, température), l’heure de la connexion et des informations de sécurité telles que le niveau d’isolation ou la présence de courant résiduel dans le câble.

Profil de charge :
Une courbe de puissance dans le temps est définie selon les caractéristiques de la batterie et de la borne, ainsi qu’en fonction du type d’abonnement ou de paiement. Le client peut également sélectionner un profil spécifique sur l’interface de la borne ou du boîtier de communication de son câble.

Charge :
La charge ne débute qu’après avoir satisfait à toutes ces étapes. La quantité d’électricité transférée à la batterie est mesurée en continu. En cas de défaut détecté, la charge est immédiatement arrêtée par plusieurs dispositifs pouvant se substituer les uns aux autres.

V2G :
Une seconde génération du protocole à la norme ISO 15118 a été enrichie de la charge bidirectionnelle V2G – permettant aux véhicules d’alimenter le réseau – et de tous autres moyens de recharge à distance, tels que par induction ou caténaire.

Tous les véhicules rechargeables (100 % électriques ou hybrides rechargeables) acceptent le courant alternatif du réseau 220 V 50 Hz. Un utilisateur peut ainsi brancher un câble à une prise conventionnelle (type E/F) d’un bâtiment.

Si l’emploi d’une rallonge électrique (mode 1) est techniquement possible, il est fortement déconseillé car la sécurité du véhicule n’est contrôlée qu’à partir du chargeur embarqué. Les voitures sont généralement livrées avec un câble dit de mode 2, c’est-à-dire intégrant un boîtier de communication permettant d’échanger des informations (voir en fin d’article) avec le système de charge du véhicule (norme IEC 61851-1).


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Les véhicules disposent d’un chargeur embarqué qui convertit le courant alternatif en continu et adapte la tension pour la batterie. La plupart des chargeurs embarqués transfert une puissance d’au moins 3,7 kW, correspondant à une prise 220 V de 16 A monophasé. Les bornes de recharge pour particuliers – souvent nommées « Wallbox » – atteignent généralement 7 kW avec un courant de 32 A monophasé et il est parfois possible de disposer d’une puissance accrue en triphasé. Ainsi la Peugeot e-208 est équipée en série d’un chargeur de 7 kW en courant monophasé ou en option d’un de 11 kW en triphasé. Une Renault Zoe accepte jusqu’à 43 kW en triphasé..

La puissance maxi de la recharge en courant alternatif est celle de l’élément ayant la plus faible puissance : borne ou chargeur embarqué. La borne adapte la puissance à l’élément le plus faible, ainsi que la tension à celle de la batterie.

Une recharge à puissance supérieure est effectuée en courant continu à une tension correspondant à celle de la batterie, souvent de l’ordre de 400 V. Le chargeur embarqué n’étant plus utilisé, la borne fournit directement du courant continu, adapte la tension et ajuste la puissance selon les données fournies par le système de contrôle de la batterie. Actuellement, les bornes les plus puissantes pour voitures peuvent délivrer 350 kW et près de 1000 V.

Une Peugeot e-208 accepte aujourd’hui 100 kW en continu contre 50 kW pour la Renault Zoe.

Les prises Type 2 et CCS-2
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Initialement nommée « prise Mennekes » en référence à la société à l'origine de sa conception en 2009, la prise de type 2 est devenue en 2013 le standard européen pour les charges en courant alternatif, répondant à la norme 62196 EV de la Commission électrotechnique internationale (IEC). Ce standard européen est le résultat de travaux conduits par Audi, BMW, Chrysler, Daimler, Ford, General Motors, Porsche et Volkswagen.


Cette prise comprend 7 broches dans un diamètre de 55 mm avec un méplat pour faciliter le branchement :
5 broches de 6 mm de diamètre :
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3 assurant le passage des 3 phases (L1, L2 et L3),
1 pour le neutre (N),
1 centrale de connexion à la terre (PE – Protective Earth),
2 broches de 3 mm de diamètre :
1 de signal de pré-insertion (PP – Proximity Pilot)
1 pour les échanges durant la charge (CP – Control Pilot).
La type 2 accepte une tension maxi de 500 V et un courant maxi de 80 A en monophasé et 3 x 63 A en triphasé.

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Prise de type 3

Dans le cas de charge en courant continu, 2 broches sont ajoutées dans une extension physique pour faire passer un très fort ampérage. La prise est alors nommée CCS-2 (Combined Charging System) ou Combo-2. Les 2 broches acceptent un courant jusqu’à 400 A sous 1000 V.
La norme 62196 EV établit également des valeurs maxi de distances d'isolement, de lignes de fuite, de perturbations électromagnétiques et de résistance électrique. Elle indique par ailleurs la force maxi que l’utilisateur devra exercer lors du branchement et du débranchement – 100 N – ainsi que celle du blocage de sécurité : 753 N.
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NB : Faute de solution avant l’existence de la prise CCS, Tesla avait modifié la type 2 de façon qu’elle puisse transiter un courant continu allant jusqu’à 150 kW dans les broches L2 et L3.
Les autres prises
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Configurations de prises sur une Porsche Taycan selon sa destination de marchés

Le déploiement rapide de la nouvelle génération de véhicules électriques n’ayant pas laissé suffisamment de temps à l’établissement d’un standard international, différents types de prises sont commercialisés selon les continents.

Le marché nord-américain (USA et Canada) et la Corée du Sud utilisent une prise de type 1 ou encore SAE J1772. Proche de la type 2, disposant de 5 broches : 2 pour le courant alternatif monophasé, 1 pour la terre et 2 pour l’échange d’informations entre le véhicule et un système de contrôle éventuel que l'on trouvera encore sur la plupart des véhicules d’origine asiatique, américains ou européens de première génération comme chez Renault la Fluence ZE, Kangoo ZE livrées avec un câble de type 1 à brancher sur le côté du véhicule. Le premier concept électrique de Renault utilisant le nom ZOE est révélé à Francfort (Allemagne) en 2009, en même temps que les autres modèles de la famille Z.E. (Fluence, Twizy et Kangoo). Malgré cela, la Zoe, toute première version, n’a jamais eu de prise Type 1, mais une prise de Type 2.

En parallèle du développement de la CCS-2 en Europe, les USA, le Canada et la Corée du Sud ont proposé une extension à la prise 1, nommée CCS-1 (Combo-1), pour la charge en courant continu.

Les constructeurs japonais ont de leur côté mis au point une prise à 7 broches de type Yazaki et désignée CHAdeMO, contraction des mots « charge de MOve » et aussi un jeu de mots en japonais : « O cha demo ikaga desuka » signifiant : « Vous prendrez bien un thé pendant que la voiture recharge ? ». Aussi nommée type 4, sa version 2.0 supporte 400 kW en courant continu sous 1000 V. Les véhicules l’utilisant doivent cependant disposer d’une autre prise – souvent de type 1 – pour les recharges en courant alternatif.

Les industriels chinois ont développé 2 prises GB/T, une pour chaque type de courant. Les véhicules pouvant recevoir des recharges de faible et de forte puissance doivent donc disposer de 2 prises GB/T.

2 autres prises à 5 broches ont également été produites : une spécifique par Tesla, aujourd’hui abandonnée, et la sino-japonaise ChaoJi acceptant 900 kW.
Modifié en dernier par msay555 le 14 avr. 2021 10:59, modifié 3 fois.
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Re: L’interface de recharge des véhicules électriques

Message par cbrown » 11 avr. 2021 18:05

Très complet !

Il y a de la pédagogie à faire autour de la prise T2/CCS, beaucoup de débutants confondent (surtout choisissant le T2 même quand le CCS est dispo).

Pour les profils de charge, je n'ai pas encore rencontré de borne qui expose cette fonctionnalité au client (c'est surtout entre le véhicule et la borne, parfois l'aménageur qui le configure) ; néanmoins ce n'est pas impossible. La température est (me semble-t-il) un élément qui amène le véhicule à moduler sa demande en fonction des paramètres en temps réel et non pas convenu en début de charge.
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Re: L’interface de recharge des véhicules électriques

Message par Do_Lefebvre » 11 avr. 2021 19:07

Super document !
msay555 a écrit :
11 avr. 2021 16:41
...
Une Peugeot e-208 accepte aujourd’hui 150 kW en continu contre 50 kW pour la Renault Zoe.
...
Je suis juste surpris de cette indication. Je n'ai pas réussi à trouver l'information de manière claire sur le site de Peugeot mais ICI ce n'est pas ce qui est indiqué.
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Re: L’interface de recharge des véhicules électriques

Message par msay555 » 11 avr. 2021 19:57

Bien vu ! Il s'agit d'une coquille... je rectifie de suite. Merci Do ! :ghee:
Modifié en dernier par msay555 le 12 avr. 2021 18:46, modifié 1 fois.
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Re: L’interface de recharge des véhicules électriques

Message par Edmond17 » 12 avr. 2021 16:08

Document assez clair pour un novice. Très bien. :super:

En ce qui concerne les différents types de prises, je me demande si dans l'avenir le connecteur T2 sera remplacé par un unique connecteur CCS qui a déjà les contacts T2. Ceci dans un but de simplification pour les conducteurs et aussi de réduction de coût pour la fabrication d'une borne.
Après tout, les VE actuels ont déjà une unique prise qui accepte le connecteur Type 2 et le connecteur CCS Combo!
Donc coté borne, pourquoi pas un unique connecteur qui alimenterait soit en AC ou soit en DC, selon le choix du client.

Je précise encore: dans l'avenir.
(Pour cela, il faudrait que Renault fasse aussi comme les autres constructeurs: que la prise CCS Combo soit en série dans leurs véhicules et non pas en option).:evil:
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Re: L’interface de recharge des véhicules électriques

Message par msay555 » 12 avr. 2021 19:01

Edmond17 a écrit :
12 avr. 2021 16:08
Document assez clair pour un novice. Très bien. :super:

En ce qui concerne les différents types de prises, je me demande si dans l'avenir le connecteur T2 sera remplacé par un unique connecteur CCS qui a déjà les contacts T2. Ceci dans un but de simplification pour les conducteurs et aussi de réduction de coût pour la fabrication d'une borne.
Après tout, les VE actuels ont déjà une unique prise qui accepte le connecteur Type 2 et le connecteur CCS Combo!
Donc coté borne, pourquoi pas un unique connecteur qui alimenterait soit en AC ou soit en DC, selon le choix du client.

Je précise encore: dans l'avenir.
(Pour cela, il faudrait que Renault fasse aussi comme les autres constructeurs: que la prise CCS Combo soit en série dans leurs véhicules et non pas en option).:evil:
Merci du compliment @Edmond17 :merci:

Dans l'avenir, il faut penser, réfléchir et agir "Smart Grid Energy". Favoriser la circulation d’information entre les fournisseurs et les consommateurs afin d’ajuster le flux d’électricité en temps réel, afin d'en permettre une gestion plus efficace. Selon l'ISO 15118 et VEDECOM... Merci à @jduault pour le lien :hehe:
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Re: L’interface de recharge des véhicules électriques

Message par Gavzel » 13 avr. 2021 07:35

Très bon document pédagogique. Bravo ! 👍🏻
Juste une petite coquille sans trop d’importance. La Zoe, toute première version, n’a jamais eu de Type 1, mais une Type 2. Ce sont les Fluence et Kangoo qui avaient une Type 1.
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Re: L’interface de recharge des véhicules électriques

Message par msay555 » 14 avr. 2021 11:03

Gavzel a écrit :
13 avr. 2021 07:35
Très bon document pédagogique. Bravo ! 👍🏻
Juste une petite coquille sans trop d’importance. La Zoe, toute première version, n’a jamais eu de Type 1, mais une Type 2. Ce sont les Fluence et Kangoo qui avaient une Type 1.
Merci du compliment @Gavzel :merci:

Extrêmement bien vu, car discret cet oubli ! Passage repris pour rectification et précision. Encore merci @Gavzel ! :malin1:
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