D'un point de vue technique, les systèmes de recharge des véhicules électriques sont, selon la littérature, catégorisés selon plusieurs critères.
Cette classification est utilisée communément dans le secteur des véhicules électriques. Celle-ci, en termes de terminologie, peut présenter une certaine confusion notamment entre l'appellation « type » et « mode ».
Vitesse de recharge
Le type de recharge dépend principalement de la puissance de charge. Les classifications de type de recharge ne suivent pas de règles ou normes strictes. Nous donnons ici la classification la plus utilisée.
| Vitesse de recharge | Description | Application |
|---|---|---|
| Recharge standard |
≤ 22 kW Dans le domaine privé la puissance de recharge est généralement en courant alternatif monophasé de 2,3 kW (8A-230V), de 3,7 kW (16A - 230V), 7,4 kW (230V) voir éventuellement 11kW (400V). Celle-ci correspond à la puissance disponible pour une utilisation domestique sans adaptation du réseau électrique. Dans le domaine public la recharge normale est de 7,4 kW (230V) ou 11 kW (400V) voir de 22 kW (32A-400V). |
Ce type de recharge est adapté aux longues pauses d'utilisation du véhicule et correspond donc à la recharge du véhicule soit à la maison pendant la nuit soit sur le lieu de travail pendant la journée. Ce type de recharge est également utilisé dans de nombreux autres cas (parking de supermarché, parking commun d'immeubles, ...) et correspond au type de recharge le plus répandu en dehors des points de recharges accessibles au public, de par sa facilité de mise en œuvre et son coût réduit. |
| Recharge rapide |
> 22kW et < 350 kW Uniquement disponible en courant continu. |
La charge rapide est à privilégier pour les installations dans les parkings de supermarché, les parkings publics, ... C'est-à-dire quand la durée de stationnement peut être comprise approximativement entre une demi-heure et deux heures et qu’il est donc pertinent de fournir plus de puissance que lorsque le véhicule est à l’arrêt pour une (demi-)journée. |
| Recharge ultrarapide |
≥ 350 kW Ce type de recharge permet, par sa puissance élevée, de réduire de manière significative le temps de recharge des véhicules électriques. |
La charge ultrarapide est développée le long des axes routiers, à l'instar des stations-services traditionnelles, en vue d'une recharge directe du véhicule. |
Calcul du temps de recharge d'une voiture électrique
Le temps de recharge d'une voiture électrique dépend de deux paramètres principaux :
- La puissance de recharge en kW
- La capacité de la batterie de la voiture en kWh
Le temps de recharge est calculé en divisant la capacité de la batterie par la puissance de recharge :
- Temps de recharge (h) = Capacité (kWh)/Puissance(kW)
Attention, cette formule ne tient pas compte des courbes de recharge réelles mais permet cependant une bonne approximation.
Le tableau joint donne une estimation de temps de recharge complète pour une voiture ayant une capacité de 50kWh et pour plusieurs puissances de recharge. Il convient de tenir compte du fait que plus la batterie est déchargée, plus la puissance de rechargement peut être élevée. Au début de la recharge, la batterie est donc capable de recevoir le maximum de la puissance du point de recharge mais cette puissance diminuera au fur et à mesure que la batterie se « remplit » (typiquement à partir de 80% de la charge).
| Puissance | 2kW | 3kW | 11kW | 22kW | 50kW |
| Temps de recharge | +/- 24h | +/- 16h | +/- 5h | +/- 2h | +/- une heure |
Notions d'électricité de base
L'électricité est l'effet du déplacement de particules chargées, à l'intérieur d'un 'conducteur' sous l'effet d'une différence de potentiel.
Courant électrique : Caractérise le déplacement des particules chargées, celui-ci est exprimé en Ampère (A).
Tension électrique : Caractérise la différence de potentiel, celle-ci est exprimée en Volt (V).
Puissance électrique : Caractérise l'énergie transportée par le système par unité de temps. Celle-ci est exprimée en Watt (W) et est obtenu en effectuant le produit du courant et de la tension.
Système triphasé/monophasé : Le système électrique triphasé est constitué de trois courants sinusoïdaux de même fréquence (50Hz en Belgique), de même amplitude, mais déphasés entre eux. Un fonctionnement en triphasé permet un certain nombre d'avantages par rapport au régime monophasé, notamment en termes de rendement dans les alternateurs.
Alternatif (VAC)/continu (VDC) : Le régime alternatif fonctionne selon un régime sinusoïdal, c'est-à-dire selon un oscillement permanent. Le régime continu est quant à lui, comme son nom l'indique, continu. Les batteries fonctionnent selon un régime continu, le réseau de distribution fonctionne, lui, en régime alternatif. Un dispositif de conversion, appelé 'alternateur', permet de passer d'un régime alternatif à un régime continu. Le dispositif contraire est appelé 'onduleur'.
Bon à savoir : Le réseau domestique en Belgique fonctionne généralement en régime monophasé alternatif 230 VAC, principalement dans les grandes villes qui ont des réseaux plus anciens. En longueur de câbles, le réseau bruxellois est ainsi constitué majoritairement de 230 VAC. Le reste est en 400 VAC et est progressivement étendu par Sibelga. En industrie ou pour les appareils de grandes puissances, le régime est généralement triphasé alternatif en 400 VAC.
Modes de recharge
Le mode de recharge dépend du type de connexion entre l'alimentation électrique et la voiture électrique (connecteurs, prises de courant, câble et assemblage). Selon la norme IEC62196, quatre modes sont à considérer.
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Mode 1 : Prise domestique  |
Le véhicule est directement branché sur le réseau électrique par l'intermédiaire d'une prise classique. Il n'y a pas de communication entre la voiture et le système de recharge. Ce mode n'est pas équipé d'un système de sécurité. La prise va débiter une puissance de 3kW pendant 16h et va donc entraîner une surchauffe dangereuse. Ce mode n'est à utiliser qu'en cas d’extrême nécessité et est interdit dans les parkings soumis à permis d’environnement (à partir de 10 places). |
|---|---|
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Mode 2 : Prise domestique avec dispositif de protection incorporé au câble  |
Le véhicule est directement branché sur le réseau électrique par l'intermédiaire d'une prise classique, cependant un système de contrôle de base et de protection est intégré au câble de recharge. Il n'y a pas de communication entre le système de recharge et la voiture. Le système de protection va limiter l'intensité de charge. Ce mode n'est pas recommandé pour des recharges fréquentes, à moins d’avoir un circuit dédié. |
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Mode 3 : Borne de recharge  |
Le véhicule est branché sur un point de recharge spécifique à la recharge de véhicules électriques. Le point de recharge est doté d'un système de contrôle intégré. Une communication est possible entre la voiture et le point de recharge permettant une gestion efficace du système. Une prise spécifique doit être utilisée. Ce mode est préconisé pour les recharges fréquentes et est le plus répandu. |
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Mode 4 : Borne de recharge en courant continu  |
Le véhicule est branché sur un point de recharge spécifique fonctionnant avec du courant continu. Le câble est fixé au point de recharge. Ce dernier est doté d'un système de contrôle intégré. Une prise spécifique doit être utilisée. Ce type de recharge est interdit au sein des parkings couverts. |
Types d'infrastructure
Le type d'infrastructure dépend de la forme et de la mise en place du point de recharge. Bien que dans le langage courant on parle généralement de « borne de recharge », il est plus juste de dire « point de recharge » qui désigne le dispositif permettant de recharger un véhicule électrique. La borne désigne en fait le « pied » qui accueille généralement 2 points de recharge quand elle est installée sur la voie publique.
Les points de recharge peuvent être installés sur un mur. On parle alors généralement de « wallbox ». Si les points sont installés sur pied, on parle alors de « borne de recharge ».
Les points de recharge peuvent également être intégrées à l'architecture.
Le choix du type d'infrastructure dépend évidemment de la morphologie du projet (présence de murs...) et de son coût.
Types de connecteurs
Quatre types de connecteur sont utilisés. Nous présentons ici un tableau comparatif des spécificités de chacun des connecteurs. Attention, il faut faire la différence entre les deux côtés de raccordement : côté voiture et côté point de recharge (infrastructure).
Côté point de recharge (infrastructure)
| Types de connecteur | Type E ou « domestique » | Type 2 ou « Mennekes » | |
|---|---|---|---|
| Illustration |
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 |
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| Tension max. | 230V AC | 500V AC | |
| Phase | Mono | Mono | Tri |
| Courant max. | 8A | 70A | 63A |
| DC/AC | AC | AC | |
| Puissance max. | 2 kVA | 35 kVA | 54kVA |
| Nombre de broches | 3 | 7 | |
Côté véhicule
| Types de connecteur | Type 2 ou « Mennekes » | Type 4 ou « CHAdeMO » | Type « Combo » | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Illustration |
|
 |
 |
|||
| Tension max. | 500V AC | 500 V DC | 500V | |||
| Phase | Mono | Tri | DC | Mono | Tri | |
| Courant max. | 70A | 63A | 125A | 70 A | 63A | 125A |
| DC/AC | AC | DC | AC | AC | DC | |
| Puissance max. | 35 kVA | 54 kVA | 62 kVA | 35 kVA | 54 kVA | 62 kVA |
| Nombre de broches | 7 | 4 | 7 | 7 | 2 | |
Type d'accès à la charge
Plusieurs possibilités d'accès à la charge existent.
Pour les point de recharge publique, la législation européenne oblige qu’il soit toujours possible de payer pour la recharge de façon ad hoc, c’est-à-dire sans contrat avec un fournisseur de service de mobilité (MSP).
| Type d'accès | Description | Application |
|---|---|---|
| Pas d'identification/Accès libre | L'accès est libre et ne nécessite pas de moyen particulier. L'utilisateur branche simplement sa voiture au point de recharge. | Utilisation domestique |
| Badge sans contact (RFID - radio frequency identification) | L'accès n'est pas libre et nécessite un moyen d'identification par l'intermédiaire d'un badge RFID. | Utilisation publique ou collective, nécessitant un contrat avec un MSP |
| Smartphone | L'accès à la recharge est effectué par commande sur un smartphone avec un QR code ou par SMS. | Utilisation publique ou collective |
Communication
Le système de recharge peut être ou ne pas être équipé d'un système de communication.
| Type de communication | Description | Application |
|---|---|---|
| Pas de communication | Le point de recharge n'émet aucune communication par rapport à son utilisation. De simples voyants lumineux sont présents pour les fonctions de base. | Utilisation domestique, publique ou collective sans système de gestion |
| Communication locale | Le point de recharge communique avec l'utilisateur par l'intermédiaire d'un petit écran intégré à la borne ou wallbox. Les informations sont simples : consommations, horaires de fonctionnement, ... | Utilisation domestique, publique ou collective sans système de gestion |
| Connecté | Le point de recharge communique l'entièreté des informations au réseau par l'intermédiaire d'une connexion ethernet ou sans-fil. Les informations sont plus complètes : utilisateurs, consommations, identification de la voiture, horaire, maintenance, ... | Utilisation domestique, publique ou collective avec système de gestion |
Plus d’information est disponible sur le site electrify.brussels | Installer une borne de recharge et dans les guides mis à disposition pour les particuliers, les copropriétés et les entreprises.
Résumé des possibilités
Nous dressons ici un tableau résumant l'ensemble des possibilités en ce qui concerne le type de recharge (vitesse), le mode et les connecteurs.
Certains de ces modes de recharge sont déjà interdits dans certaines configurations. En effet les câbles branchés à des prises domestiques tendent à plus facilement surchauffer. Par ailleurs un circuit dédié à la recharge assure que le raccordement soit adapté et qu’un disjoncteur dédié protège l’installation en cas de surtension. Ainsi le mode 1 et le mode 2 sans circuit dédié doivent être plus que découragés et sont même interdits dans les parkings de plus de 10 places.
| Types de charge/Modes | Mode 1 : Prise domestique | Mode 2 : Prise domestique avec dispositif de protection incorporé au câble | Mode 3 : Borne de recharge ou wallbox | Mode 4 : Borne de recharge en courant continu |
|---|---|---|---|---|
| Recharge « lente » (ou standard / normal) |
Côté véhicule : connecteur type 1 ou 2 Côté réseau électrique : Prise domestique |
Côté véhicule : connecteur type 1 ou 2 Côté réseau électrique : Prise domestique |
Côté véhicule : connecteur type 1 ou 2 Côté réseau électrique : Connecteur type 2 ou 3 |
NON |
| Recharge accélérée ou semi-rapide | NON | NON |
Côté véhicule : connecteur type 1 ou 2 Côté réseau électrique : Connecteur type 2 ou 3 |
NON |
| Recharge rapide | NON | NON | NON |
Côté véhicule : Connecteur type 4 Côté réseau électrique : Fixé |
Autres technologies
D'autres types d'infrastructure de recharge sont disponibles :
Station de remplacement de batterie
Le conducteur gare son véhicule dans la station de remplacement de batterie. Un système mécanique retire la batterie dont la charge est faible et la remplace par une batterie chargée. Le temps de « recharge » est alors comparable à un plein traditionnel (moins de 3min).
Cependant, le système demande un investissement important et exige la compatibilité des batteries et des voitures.
Recharge par induction
Ce système utilise le principe physique de l'induction magnétique, les câbles de recharge ne sont alors plus nécessaires. La puissance de recharge peut pour l'instant aller jusqu'à 20kW.
La connexion avec la voiture plus aisée. Certaines contraintes disparaissent : câbles à dérouler/ranger, connecteurs incompatibles...
Ce type de recharge est encore à l'étude.
Pour aller plus loin, certains avancent l'idée d'intégrer ce concept aux routes et permettre le rechargement des véhicules en mouvement. Cela permettrait alors de réduire la taille des batteries équipant les véhicules. Cependant, le coût pour équiper l'ensemble ou une partie d'un réseau routier serait très important et il y a peu de chance de voir ce principe se développer à court ou moyen termes. On peut imaginer que le système serait d'abord installé le long d'itinéraires fixes, par exemple pour des bus urbains.
