Véhicule électrique en marche

Alors que le monde se prépare à déclencher une révolution EV, il est toujours vrai que le taux d'adaptation est lent. Les véhicules électriques (VE), bien qu'ils soient un mode de transport plus écologique, plus fluide et moins cher, ne semblent pas encore pratiques. La raison en est deux mots, coût et écosystème. Actuellement, les prix des véhicules électriques sont sensiblement comparables à ceux des voitures à essence, ce qui en fait un choix moins important pour les acheteurs, les progrès de la technologie des batteries et les programmes gouvernementaux devraient faire baisser le coût des véhicules électriques à l'avenir.

La deuxième partie serait, il n'y a pas d'écosystème approprié pour que les acheteurs utilisent un véhicule électrique sans trop de tracas. Avec «Ecosystem», je fais référence aux stations de charge pour charger votre EV lorsque vous êtes à court de batterie. Imaginez que vous utilisiez un véhicule à essence lorsque vous n'avez pas de station-service dans votre ville et que le seul endroit où vous pouvez faire le plein est votre maison, en plus de cela, vous aurez besoin d'un minimum de 6 à 8 heures pour charger un véhicule électrique typique. De nombreuses entreprises comme Tesla, EVgo, borne de recharge, etc. ont déjà reconnu ce problème en installant des bornes de recharge dans tout le pays. Avec des pays comme les Pays-Bas, qui ont promis d'abandonner le moteur à essence d'ici 2035, il est certain que les routes du futur seront remplacées par des véhicules électriques sur des moteurs à combustion interne et que de nombreuses stations de recharge de véhicules électriques surgiraient autour de nous.

Mais comment fonctionnent les bornes de recharge pour véhicules électriques ? Une seule borne de recharge peut-elle recharger tous les types de véhicules électriques? Quels sont les types de chargeur de véhicule électrique ? Quels protocoles sont suivis pour les chargeurs EV? Dans cet article, nous discuterons de la réponse à toutes ces questions et comprendrons également ce qui constitue une borne de recharge pour véhicule électrique et les sous-systèmes qui la sous-tendent. Avant d'aller plus loin, vous devriez lire sur les batteries utilisées dans les véhicules électriques et le fonctionnement du système de gestion des batteries à l'intérieur des véhicules électriques.

Équipement d'alimentation de véhicules électriques (EVSE)

Les équipements qui constituent une borne de recharge pour véhicule électrique sont appelés collectivement équipement d'alimentation pour véhicule électrique (EVSE). Le terme est plus populaire et ne fait référence qu'aux bornes de recharge. Certaines personnes l'appellent également ECS, qui signifie station de charge électrique.

Un EVSE est conçu et fabriqué pour charger un bloc-batterie en utilisant le réseau pour la livraison de puissance; ces batteries peuvent être présentes dans un véhicule électrique (EV) ou dans un véhicule électrique rechargeable (PEV). La puissance, le connecteur et le protocole de ces EVSE varieront en fonction de sa conception dont nous parlerons dans cet article.

Chargeurs et bornes de recharge embarqués

Avant d'entrer dans les stations de charge, il est important de comprendre ce qui est présent à l'intérieur du VE et à quelle partie le chargeur sera connecté. La plupart des véhicules électriques d'aujourd'hui sont livrés avec un chargeur embarqué (OBC) et le fabricant fournit également un chargeur avec le véhicule. Ces chargeurs ainsi que le chargeur embarqué peuvent être utilisés par le client pour recharger son VE à partir de la prise de courant de sa maison dès qu'il le rentre chez lui. Mais ces chargeurs sont très basiques et ne sont pas livrés avec des fonctionnalités avancées et prendraient donc normalement environ 8 heures pour charger un EV typique.

Types de bornes de recharge EV (EVSE)

Les stations de charge peuvent être globalement classées en deux types: station de charge CA et station de charge CC.

Une station de charge CA comme son nom l'indique fournit une alimentation CA du réseau au VE qui est ensuite converti en CC à l'aide du chargeur embarqué pour charger le véhicule. Ces chargeurs sont également appelés chargeurs de niveau 1 et de niveau 2, utilisés dans les lieux résidentiels et commerciaux. L'avantage d'une station de charge CA est que le chargeur embarqué régulera la tension et le courant comme requis pour l'EV, il n'est donc pas obligatoire pour la station de charge de communiquer avec l'EV. Le désavantageest sa faible puissance de sortie qui augmente le temps de charge. Un système de charge CA typique est illustré dans l'image ci-dessous. Comme nous pouvons le voir, le courant alternatif du réseau est fourni directement à OBC via EVSE, l'OBC le convertit ensuite en courant continu et charge la batterie via le BMS. Le fil pilote est utilisé pour détecter le type de chargeur connecté à l'EV et régler le courant d'entrée requis pour l'OBC. Nous en discuterons plus tard plus tard.

Une station de charge CC reçoit l'alimentation CA du réseau et la convertit en tension CC et l'utilise pour charger la batterie directement en contournant le chargeur embarqué (OBS). Ces chargeurs produisent normalement une haute tension allant jusqu'à 600 V et un courant jusqu'à 400 A, ce qui permet à l'EV d'être chargé en moins de 30 minutes par rapport à 8 à 16 heures sur le chargeur CA. Ceux-ci sont également appelés chargeurs de niveau 3 et communément appelés chargeurs rapides CC (DCFC) ou super chargeurs. L'avantage de ce type de chargeur est son temps de charge rapide tandis que l'inconvénient est son ingénierie complexeoù il a besoin de communiquer avec EV pour le charger efficacement et en toute sécurité. Un système de charge CC typique est illustré ci-dessous, comme vous pouvez le voir, l'EVSE fournit directement du CC à la batterie en contournant l'OBS. L'EVSE est disposé en piles pour fournir un courant élevé, une seule pile ne sera pas en mesure de fournir un courant élevé en raison des limitations de l'interrupteur d'alimentation.

Normalement, les chargeurs de niveau 1 sont destinés à un usage résidentiel, ce sont les chargeurs fournis par les fabricants avec le VE qui peuvent être utilisés pour charger le VE via des prises de courant standard. Donc, ils travaillent sur monoph CA et la sortie peut ne importe où entre 12A à 16A et prend environ 17 heures pour charger un véhicule électrique de 24kWh. Un chargeur de niveau 1 n'a pas beaucoup de rôle dans les bornes de recharge.

Le chargeur de niveau 2 est fourni en tant que mise à jour pour le chargeur de niveau 1, il peut être installé dans la maison, sur demande spéciale, à condition que la maison dispose d'une alimentation à phase séparée ou peut être utilisé dans des stations de charge publiques / commerciales. Ces chargeurs peuvent fournir un courant de sortie jusqu'à 80 A en raison de sa tension d'entrée élevée et peuvent charger un VE en 8 heures. Le chargeur de niveau 3 ou les super chargeurs sont destinés uniquement aux bornes de recharge publiques. Ils nécessitent une entrée CA polyphasée du réseau et consomment plus de 240 kW, soit près de 10 fois plus qu'une unité de climatisation typique de notre maison. Ces chargeurs nécessitent donc une autorisation spéciale du réseau pour fonctionner.

Les chargeurs de niveau 2 et de niveau 3 sont considérés comme plus efficaces que le chargeur de niveau 1 car la conversion AC / DC et DC / DC a lieu dans l'EVSE lui-même. En raison de la taille et de la complexité énormes des chargeurs de niveau 2 et de niveau 3, ils ne peuvent pas être construits à l'intérieur d'un véhicule électrique car cela augmenterait le poids et réduirait l'efficacité du véhicule électrique.

Type de station de charge	Niveau du chargeur	Tension et courant d'alimentation CA	Puissance du chargeur	Temps de charge d'une batterie de 24 kWH
Station de recharge AC	Niveau 1 - Résidentiel	Monophasé - 120 / 230V et ~ 12 à 16A	~ 1,44 kW à ~ 1,92kW	~ 17 heures
Station de recharge AC	Niveau 2 - Commercial	Phase divisée - 208 / 240V et ~ 15 à 80A	~ 3,1 kW à ~ 19,2 kW	~ 8 heures
Station de charge DC	Niveau 3 - Compresseur	Monophasé - 300 / 600V et ~ 400A	~ 120 kW à ~ 240 kW	~ 30 minutes

Types de connecteurs de charge EV

Tout comme les Européens fonctionnent à 220V 50Hz et que les Américains fonctionnent à 110V 60Hz, les véhicules électriques ont également différents types de connecteurs de charge en fonction du pays dans lequel ils sont fabriqués. Cela a semé la confusion parmi les fabricants d'ESVE car ils ne peuvent pas être universalisés facilement pour tous les véhicules électriques. Les principales classifications des connecteurs pour chargeurs CA et CC sont données ci-dessous.

Prises de charge CA pour véhicule électrique:

Parmi les trois types de prise de charge CA les plus courants, il y a la prise JSAE1772 qui est populaire en Amérique du Nord. Comme vous pouvez le voir, la fiche / connecteur a plusieurs connexions, les trois broches larges sont pour la phase, le neutre et la terre tandis que les deux petites broches sont utilisées pour la communication entre le chargeur et l'EV (interface pilote), nous en discuterons plus tard. Le Mennekes ou VDE-AR-E est utilisé en Europe pour le système de charge triphasé AC et peut donc produire une puissance élevée jusqu'à 44kW. Le-Grand est également une prise similaire avec obturateur de sécurité pour empêcher les débris de pénétrer dans la prise de charge. Selon les normes techniques, seules les prises HSAE 1772 et VDE-AR-E sont suggérées pour être utilisées dans tous les chargeurs CA du futur.

Prises de charge CC pour véhicule électrique:

Du côté du chargeur CC, nous avons la prise de chargeur CHAdeMO qui est le type de prise le plus populaire. Il a été introduit par le Japon et bientôt adapté par la France et la Corée. Aujourd'hui, la plupart des véhicules électriques comme la Nissan Leaf, Kia, etc. ont ces types de prises. La prise a deux broches larges pour les rails d'alimentation CC et des broches de communication pour le protocole CAN. Comme nous le savons, les chargeurs CC de niveau 3 n'utilisent pas le chargeur embarqué et doivent donc fournir la tension et le courant requis pour la batterie de l'EV par lui-même. Cela se fait en établissant une liaison de communication (liaison pilote) via le protocole CAN (Control Area Network) avec le BMS de la batterie. Le BMS ordonne ensuite au chargeur de commencer le processus de charge, le surveille et demande ensuite au chargeur d'arrêter la charge.

Les voitures Tesla ont leur propre type de chargeurs appelés super chargeurs et ont donc leur propre type de connecteurs, comme indiqué ci-dessus. Mais ils vendent un adaptateur qui peut convertir leur port pour être chargé avec des chargeurs CHAdeMO ou CSS. Le chargeur CDD est une autre prise de chargeur populaire qui combine les types de chargeurs CA et CC. Comme vous pouvez le voir sur l'image, le chargeur est divisé en deux segments pour prendre en charge à la fois le courant continu et le courant alternatif. Il peut prendre en charge la communication CAN et Power Line (PLC) et est largement utilisé dans les voitures européennes comme Audi, BMW, Ford, GM, Porsche, etc. Il peut prendre en charge une sortie CC jusqu'à 400 kW et une sortie CA 43 kW.

Station de charge EVSE AC - Chargeurs de niveau 1 et 2

La station de charge de niveau 1 et de niveau 2 doit simplement fournir une alimentation en courant alternatif au chargeur embarqué dans un véhicule électrique qui prendrait alors en charge le processus de charge; cela pourrait sembler au premier regard. Mais ils portent la responsabilité de prouver la bonne quantité de puissance du réseau comme l'exige la batterie EV en lui communiquant via le fil pilote. Les sous-systèmes présents dans une station de charge CA typique représentée dans le document de formation TI sont illustrés ci-dessous.

Les chargeurs de niveau 1 ont un courant de sortie maximal de 16 A en raison des limitations des prises de courant domestiques, tandis que les chargeurs de niveau 2 peuvent fournir jusqu'à 80 A lorsqu'ils sont exploités en alimentation triphasée. Les chargeurs CA de niveau 1 et 2 utilisent normalement les connecteurs standard SAEJ1772.

Comme vous pouvez le voir, la ligne d'alimentation CA (L1 et L2) est connectée au connecteur J1772 via un relais. Ce relais sera fermé pour commencer le processus de charge et ouvert une fois la charge terminée. La communication Pilot Signal est utilisée pour détecter l'état de la batterie et le système de traitement hôte décide de la puissance à fournir au chargeur embarqué. Nous discuterons