Conception d'une Infrastructure de Recharge VE
Le terme "borne de recharge pour VE", tel que défini par la norme IEC 61851-1, est la partie fixe du système d'alimentation du VE connectée au réseau d'alimentation. Elle peut être murale ou montée au sol, à courant alternatif (AC) ou continu (DC). C'est un matériel dédié pour la charge des VE via le Mode 3 (AC) et le Mode 4 (DC).
Les paragraphes suivants fournissent des détails sur la conception et les caractéristiques des bornes de recharge pour VE en modes 3 et 4.
Conception d'une borne de recharge – Normes IEC
Les bornes de recharge en modes 3 et 4 doivent être conformes à la norme IEC 61851.
Cette norme traite des exigences mécaniques, électriques, de communications, de compatibilité électromagnétique et de performance des systèmes d'alimentation des véhicules électriques en modes 3 et 4.
La partie 1 de cette norme traite des exigences générales, lesquelles constituent la base de l'ensemble des normes suivantes de la série. Elle comprend les exigences pour les bornes de recharge AC (à Courant Alternatif). La 3ème édition de cette norme sera obligatoire dans l'Union Européenne d'ici février 2022.
La partie 21-2 : traite des exigences de compatibilité électromagnétique des systèmes non-embarqués de charge des véhicules électriques, et détermine si la borne de charge appartient à la Classe A ou à la Classe B.
- Classe A : les systèmes non-embarqués de charge des véhicules électriques sont des équipements adaptés à un usage en tous lieux, excepté les emplacements résidentiels, ainsi que ceux directement connectés à un réseau d'alimentation électrique basse tension qui alimente les immeubles à usage résidentiel.
- Classe B : les systèmes non-embarqués de charge des véhicules électriques sont des équipements adaptés à un usage dans des établissements résidentiels, ainsi que dans les établissements directement connectés à un réseau d'alimentation électrique basse tension qui alimente des immeubles à usage résidentiel.
La partie 23 traite des exigences des bornes de recharge DC (à Courant Continu) qui sont à la fois câblées de façon permanente et raccordées à la prise.
La partie 24 traite de la communication numérique entre une borne de recharge DC et un véhicule électrique pour le contrôle de la charge DC. En général, les caractéristiques principales de la borne de recharge dépendent de son utilisation et du lieu où elle est installée
Conception d'une borne de recharge - caractéristiques communes aux modes 3 et 4
Caractéristiques environnementales
La borne de recharge peut être installée en intérieur ou en extérieur.
En règle générale, l'indice de protection IP minimal pour un usage extérieur est l'indice IP54, même si la norme IEC 61851-1 recommande seulement l'indice IP44. L'indice de protection IK contre les impacts est généralement IK10. Pour être en conformité avec l'IEC 61851-1, le chargeur doit pouvoir fonctionner à une altitude supérieure à 2000 mètres et une température minimale d'au moins -25 °C en extérieur et -5 °C en intérieur.
En pratique, la borne de recharge peut généralement fonctionner dans une plage comprise entre -30 °C et +50 °C et dans un taux d'humidité relatif compris entre 5 % et 95 %.
Sortie de la borne de charge
La sortie de la borne de recharge est appelée socle de prise de courant lorsqu'il n'y a pas de câble attaché, et prise mobile de véhicule électrique lorsqu'il y a un câble attaché.
La borne de recharge peut comporter une ou plusieurs sorties. Dans le cas d'une borne de recharge AC, une seule sortie est généralement utilisée pour une maison individuelle. Plusieurs sorties sont généralement utilisées pour les chargeurs installés dans les parcs de stationnement publics. Les sorties peuvent être du même type ou de types différents.
L'avantage de disposer de plusieurs sorties, est que l'utilisateur peut charger plusieurs véhicules électriques en même temps. En pareil cas, la borne de recharge peut partager sa puissance totale entre chaque sortie, ou elle peut disposer d'une pleine puissance dédiée pour chaque sortie, indépendamment des autres sorties. Néanmoins, il se peut que la borne de recharge qui dispose de plusieurs sorties n'ait pas la capacité de gérer plusieurs charges simultanément.
La borne de recharge peut également comporter une combinaison de sorties DC et AC.
Authentification
Lorsque la borne de recharge est située dans un lieu public, elle peut comporter un dispositif d'authentification, un lecteur RFID par exemple. Un tel dispositif permet d'identifier l'utilisateur de la borne de recharge, détermine s'il est autorisé à utiliser la borne de recharge et si son utilisation sera facturée.
Il est également possible d'assigner divers privilèges à différents utilisateurs ; par exemple, accorder la priorité de charge aux utilisateurs VIP, en présence d'une borne de recharge disposant de plusieurs sorties.
L'authentification peut être gérée de différentes façons - elle peut par exemple, être gérée localement ou à distance via une application tierce. Dans le cas d'une application tierce, la borne de recharge doit pouvoir gérer le mode hors-ligne (dégradé) au cas où la communication est perdue avec l'application à distance : par exemple, en mode hors-ligne la charge peut être accordée à l'ensemble des badges, ou seulement à celui présent dans la mémoire cache du chargeur (derniers badges utilisés), ou à aucun badge…
Une borne de recharge installée à domicile ne requiert généralement pas de dispositif d'authentification.
Communication de la borne de recharge
Les bornes de recharge peuvent fonctionner de manière autonome sans communication externe. Elles peuvent néanmoins comporter plusieurs modules de communication - via Ethernet, Wi-Fi, 3G/4G, Bluetooth, NFC, voire par contact sec.
La communication externe peut être utilisée dans de nombreuses situations :
- configuration de la borne de recharge (par exemple : configuration de la gestion de l'autorisation RFID, paramètres, etc.),
- maintenance (afin de diagnostiquer tout problème),
- autorisation de charge à distance (si l'autorisation de la borne de recharge provient d'un système externe),
- réception d'un ordre de limitation de puissance (par exemple, réception du signal heures pleines○/○heures creuses d'un compteur électronique ou d'un système d'effacement de consommation)…
Conception d'une borne de recharge mode 3
Borne de recharge AC - alimentation électrique et courant
La puissance fournie par la borne de recharge est de 3,7 kW, 7,4 kW, 11 kW ou 22 kW. Le courant maximal standard est de 32 A.
Borne de recharge AC - type d'installation
Montage mural
Montage au sol
Deux installations principales sont possibles pour les bornes de recharge - murale ou au sol.
La solution murale est adaptée pour une installation située dans une maison individuelle par exemple.
L'installation au sol est conçue avec un socle qui supporte une ou plusieurs bornes de recharge. Les bornes de recharge peuvent également être conçues avec un socle intégré. Ce type de solution convient par exemple aux parcs de stationnement sur les lieux de travail.
Borne de charge AC - avec ou sans câble attaché
Les bornes de recharge AC peuvent comporter un câble attaché ou nécessiter un câble séparé. Dans certains cas, la législation locale exige l'utilisation de l'une de ces solutions, comme à Singapour, où un câble attaché est obligatoire. En France, les bornes de recharge AC avec câble attaché sont interdites.
Une borne de recharge avec un câble attaché, convient aux situations dans lesquelles la connexion utilisée est toujours la même. Par exemple, dans un lieu où la borne de recharge sera toujours utilisée par le même véhicule.
Une borne de recharge AC sans câble attaché est plus flexible, car conçue pour toute voiture. Elle comprend un connecteur de type 2 ou de type 2S, etc…voire une prise domestique. Les conducteurs de VE utilisent leur propre câble pour connecter la borne de recharge à leur véhicule. En pareil cas, des réglementations locales peuvent exiger l'utilisation d'un type spécifique de socle de prise, comme en France, où les connecteurs de type 2 pour les bornes de recharge sont interdits. Un connecteur de type 2-S doit être utilisé en lieu en place.
Ce type de borne de recharge, (sans câble attaché), est utilisé en particulier dans les immeubles commerciaux où de nombreux types de véhicules sont chargés en même temps.
Conception d'une borne de recharge rapide mode 4
Borne de recharge rapide - alimentation électrique
La puissance fournie par les bornes de recharge DC est de 24 kW à plus de 900 kW avec un connecteur Combo CCS, et jusqu'à 400 kW avec un connecteur CHAdeMO.
Borne de recharge rapide - type d'installation
La puissance de la borne de recharge rapide DC s'étend de 24 kW à plus de 900 kW. Par conséquent, la conception mécanique peut sensiblement varier d'une borne à l'autre.
Néanmoins, elles peuvent de manière générale être classée en trois catégories.
La première, l'installation murale, est une bonne option pour les chargeurs d'environ 24 kW. Avec des puissances plus élevées, le poids du chargeur augmente, l'installation doit donc être positionnée au sol.
La deuxième catégorie est celle des chargeurs autonomes centralisés, qui sont positionnés au sol.
La dernière catégorie de chargeurs consiste en une armoire de charge et en un ou plusieurs pôles de charge satellites. L'intérieur de l'armoire comprend des modules d'alimentation. Ainsi, la puissance de la charge est répartie de manière dynamique entre chaque pôle satellite. Cette solution est généralement utilisée pour les bornes de recharge DC fournissant une puissance supérieure à 500 kW.
Borne de recharge rapide - câble attaché
Une borne de recharge rapide nécessite des câbles attachés.
