De toute évidence, le véhicule électrique à batterie (VEB) représente la tendance de l'industrie automobile des énergies nouvelles. Les problèmes liés aux batteries ne pouvant être résolus rapidement, les infrastructures de recharge sont largement déployées afin de répondre aux préoccupations des propriétaires de véhicules en matière de recharge. Les connecteurs de recharge, composants essentiels des bornes, varient d'un pays à l'autre, ce qui engendre déjà des conflits. Nous souhaitons ici clarifier les normes en vigueur pour les connecteurs à travers le monde.
Combo
La prise combinée permet une charge lente et rapide ; c'est la prise la plus répandue en Europe, notamment chez Audi, BMW, Chrysler, Daimler, Ford, GM, Porsche et Volkswagen, qui sont équipés d'une interface de charge SAE (Society of Automotive Engineers).
Le 2ndEn octobre 2012, la révision de la norme SAE J1772, approuvée par les membres compétents du comité SAE, est devenue la seule norme officielle mondiale pour la charge en courant continu. Basée sur cette version révisée, la norme Combo Connector est la norme de base pour la charge rapide en courant continu.
La version précédente (formulée en 2010) de cette norme spécifiait le connecteur J1772 utilisé pour la recharge en courant alternatif. Ce connecteur était largement répandu et compatible avec les Nissan Leaf, Chevrolet Volt et Mitsubishi i-MiEV. La nouvelle version, qui conserve toutes les fonctions précédentes et dispose de deux broches supplémentaires dédiées à la recharge rapide en courant continu, n'est malheureusement pas compatible avec les anciens véhicules électriques actuellement produits.
Avantage : le principal avantage du connecteur combiné est que le constructeur automobile n'a besoin d'adapter qu'une seule prise capable de gérer à la fois le courant continu et le courant alternatif, et de charger à deux vitesses différentes.
Inconvénient : le mode de charge rapide nécessite que la station de charge fournisse jusqu'à 500 V et 200 A.
Tesla
Tesla possède sa propre norme de recharge, qui affirme pouvoir recharger plus de 300 km d'autonomie en 30 minutes. Par conséquent, la puissance maximale de sa prise de recharge peut atteindre 120 kW et le courant maximal 80 A.
Tesla possède actuellement 908 stations de Superchargeurs aux États-Unis. Pour pénétrer le marché chinois, elle dispose de 7 stations réparties entre Shanghai (3), Pékin (2), Hangzhou (1) et Shenzhen (1). Par ailleurs, afin de mieux s'intégrer aux spécificités régionales, Tesla prévoit de déléguer la gestion de ses normes de recharge et d'adopter les normes locales, comme c'est déjà le cas en Chine.
Avantage : technologie avancée avec une efficacité de charge élevée.
Inconvénient : contrairement aux normes de chaque pays, il est difficile d’augmenter les ventes sans compromis ; tout compromis réduira l’efficacité de la facturation. Ils sont face à un dilemme.
CCS (Système de charge combiné)
Ford, General Motors, Chrysler, Audi, BMW, Mercedes-Benz, Volkswagen et Porsche ont lancé le « Combined Charging System » (CCS) en 2012 afin de simplifier les normes complexes relatives aux ports de recharge.
CCS a unifié toutes les interfaces de charge actuelles, permettant ainsi la charge monophasée en courant alternatif, la charge rapide triphasée en courant alternatif, la charge résidentielle en courant continu et la charge ultra-rapide en courant continu avec une seule interface.
Outre la SAE, l'ACEA (Association des constructeurs européens d'automobiles) a également adopté la norme CCS comme interface de charge CC/CA. Elle est utilisée pour tous les véhicules électriques en Europe depuis 2017. Suite à l'harmonisation des normes entre l'Allemagne et la Chine, la Chine a rejoint ce système, offrant ainsi des opportunités sans précédent au marché chinois des véhicules électriques. Les modèles ZINORO 1E, Audi A3 e-tron, BAIC E150EV, BMW i3, DENZA, Volkswagen E-UP, Changan EADO et SMART sont tous conformes à la norme CCS.
Avantage : 3 constructeurs automobiles allemands (BMW, Daimler et Volkswagen) vont augmenter leurs investissements dans les véhicules électriques chinois ; les normes CCS pourraient être plus avantageuses pour la Chine.
Inconvénient : les ventes de véhicules électriques compatibles avec la norme CCS sont faibles ou arrivent tout juste sur le marché.
CHAdeMO
CHAdeMO est l'abréviation de CHARGE DE MOUVEMENT ; il s'agit de la prise utilisée par Nissan et Mitsubishi. CHAdeMO, en japonais, signifie « Rendre le temps de charge aussi court qu'une pause-café ». Cette prise de charge rapide en courant continu peut fournir une puissance de charge maximale de 50 kW.
Les véhicules électriques compatibles avec cette norme de recharge incluent : Nissan Leaf, Mitsubishi Outlander PEV, Citroën C-ZERO, Peugeot Ion, Citroën Berlingo, Peugeot Partner, Mitsubishi i-MiEV, Mitsubishi MINICAB-MiEV, Mitsubishi MINICAB-MiEV truck, Honda FIT EV, Mazda DEMIOEV, Subaru Stella PEV, Nissan Eev200, etc. À noter que la Nissan Leaf et la Mitsubishi i-MiEV disposent chacune de deux prises de recharge différentes : une prise J1772 (connecteur combiné) et une prise CHAdeMO.
La méthode de charge CHAdeMO est illustrée sur la photo ci-dessous. Le courant est contrôlé par le bus CAN. Autrement dit, tout en surveillant l'état de la batterie, le chargeur calcule en temps réel le courant nécessaire et envoie des notifications à ce dernier via le bus CAN. Le chargeur reçoit alors instantanément la commande de courant du véhicule et fournit le courant de charge en conséquence.
Grâce à un système de gestion de la batterie, l'état de celle-ci est surveillé et le courant est contrôlé en temps réel, assurant ainsi une charge rapide et sûre, indépendamment de la capacité de la batterie. Au Japon, 1 154 bornes de recharge CHAdeMO sont actuellement en service. Aux États-Unis, les bornes CHAdeMO sont également très répandues : selon les dernières données du Département de l'Énergie américain, on y compte 1 344 bornes de recharge rapide en courant alternatif.
Avantage : À l’exception des lignes de contrôle de données, CHAdeMO utilise le bus CAN comme interface de communication. Grâce à son excellente immunité au bruit et à sa grande capacité de détection d’erreurs, il offre une communication stable et une fiabilité élevée. Sa sécurité de charge éprouvée est reconnue par l’industrie.
Inconvénients : la puissance de sortie initiale est de 100 kW, la prise de charge est très lourde et la puissance côté voiture n'est que de 50 kW.
GB/T20234
La Chine a publié en 2006 la norme GB/T20234-2006 relative aux prises, connecteurs et entrées de véhicules pour la recharge par conduction des véhicules électriques. Cette norme spécifie les types de connexion pour les courants de charge alternatifs de 16 A, 32 A et 250 A, ainsi que pour le courant de charge continu de 400 A. Elle s'appuie principalement sur la norme de la Commission électrotechnique internationale (CEI) de 2003. Cependant, elle ne définit pas le nombre de broches de connexion, les dimensions physiques ni l'interface de charge.
En 2011, la Chine a publié la norme recommandée GB/T20234-2011, remplaçant certains éléments de la norme GB/T20234-2006. Elle stipule que la tension nominale en courant alternatif ne doit pas dépasser 690 V, la fréquence 50 Hz et le courant nominal 250 A ; la tension nominale en courant continu ne doit pas dépasser 1000 V et le courant nominal 400 A.
Avantage : Comparé à la version GB/T de 2006, il présente un étalonnage plus précis des paramètres de l'interface de charge.
Inconvénient : la norme n’est pas encore exhaustive. Il s’agit d’une norme recommandée, et non obligatoire.
Système de recharge nouvelle génération « Chaoji »
En 2020, le Conseil chinois de l'énergie électrique et l'accord CHAdeMO ont lancé conjointement la recherche sur la voie de développement de l'industrialisation « Chaoji » et ont respectivement publié le livre blanc sur la technologie de charge conductrice « Chaoji » pour les véhicules électriques et la norme CHAdeMO 3.0.
Le système de recharge « Chaoji » est compatible avec les véhicules électriques anciens et récents. Un nouveau circuit de contrôle et de guidage a été développé, intégrant un signal de nœud physique. En cas de défaut, un sémaphore permet d'informer rapidement l'autre extrémité afin de garantir une recharge sécurisée. Un modèle de sécurité a été établi pour l'ensemble du système, optimisant ainsi la surveillance de l'isolation. Plusieurs points de sécurité ont été définis, tels que le courant de court-circuit (I²T), la capacité en étoile (Y), le choix du conducteur PE, la capacité maximale de court-circuit et la rupture du fil PE. Par ailleurs, le système de gestion thermique a été réévalué et repensé, et une méthode de test pour le connecteur de recharge a été proposée.
L'interface de charge « Chaoji » utilise une conception à 7 broches avec une tension maximale de 1 000 V (1 500 V) et un courant maximal de 600 A. Elle est conçue pour réduire l'encombrement global, optimiser la tolérance d'ajustement et minimiser la taille du terminal d'alimentation afin de répondre aux exigences de sécurité IPXXB. Par ailleurs, le guide d'insertion physique augmente la profondeur d'insertion de la prise, conformément aux exigences d'ergonomie.
Le système de recharge « Chaoji » n'est pas seulement une interface de recharge haute puissance, mais un ensemble de solutions de recharge CC systématiques pour véhicules électriques, comprenant un circuit de contrôle et de guidage, un protocole de communication, la conception et la compatibilité des dispositifs de connexion, la sécurité du système de recharge, la gestion thermique dans des conditions de haute puissance, etc. Le système de recharge « Chaoji » est un projet unifié pour le monde entier, de sorte qu'un même véhicule électrique dans différents pays peut être utilisé sur le système de recharge des pays correspondants.
Conclusion
De nos jours, en raison de la diversité des marques de véhicules électriques, les normes applicables aux équipements de recharge varient, et un seul type de connecteur ne peut convenir à tous les modèles. Par ailleurs, la technologie des véhicules à énergies nouvelles est encore en développement. Les bornes de recharge et les systèmes de connexion de nombreux constructeurs automobiles rencontrent encore des problèmes tels qu'une conception de produit instable, des risques pour la sécurité, des recharges anormales, une incompatibilité entre les véhicules et les bornes, un manque de normes de test, etc., en pratique et face au vieillissement environnemental.
Aujourd'hui, les constructeurs automobiles du monde entier ont progressivement compris que la standardisation est essentielle au développement des véhicules électriques. Ces dernières années, les normes de recharge mondiales sont passées d'une approche diversifiée à une approche centralisée. Cependant, pour parvenir à une véritable unification des normes de recharge, il est nécessaire, outre les normes d'interface, de disposer également de normes de communication. Les premières concernent la compatibilité des connecteurs, tandis que les secondes déterminent si la prise peut être alimentée lors de son insertion. Le chemin est encore long avant que les normes de recharge pour véhicules électriques ne soient pleinement standardisées, et les constructeurs automobiles et les gouvernements doivent redoubler d'efforts pour favoriser une plus grande ouverture et assurer la pérennité de ces véhicules. On s'attend à ce que la Chine, pionnière dans la promotion de la norme de recharge conductrice « Chaoji » pour véhicules électriques, joue un rôle majeur à l'avenir.