Le chargement des véhicules électriques est un domaine qui évolue rapidement. Il existe pour le moment trois types de chargement principaux.
Le chargement de niveau 1, ou chargement lent, nécessite de brancher quotidiennement la voiture sur une prise de courant à domicile. Comme on peut s’y attendre, le chargement complet du véhicule électrique (VE) dans ces conditions prend de nombreuses heures. Le chargement de niveau 2 utilise un courant de 240 V CA à des niveaux de puissance généralement non disponibles dans de nombreux domiciles. Enfin, le chargement de niveau 3, également appelé chargement CC rapide, utilise un courant CC jusqu’à 500 V. Le chargement de niveau 3 peut fournir une alimentation électrique de 100 kW minimum, et permet de charger un VE environ cinq fois plus rapidement.
La norme qui définit le chargement des VE aux États-Unis est la norme SAE J1772. Cette norme évolue en même temps que la technologie, et les critères de chargement CA de niveau 1 et 2 se sont rapprochés. Pour le niveau 1, il s’agit de 120 V à 16 ampères ou moins pour un maximum de 1,92 kW, et pour le niveau 2, il s’agit de 240 Volts à 80 ampères ou moins pour un maximum de 19,2 kW. Tous les VE vendus aux États-Unis prennent en charge cette norme et sont équipés d’un port pouvant recevoir le connecteur d’alimentation des chargeurs de VE SAE J1772. Le port illustré ci-dessous est fourni en standard sur tous les VE vendus aux États-Unis et prend en charge tous les systèmes de chargement de niveau 1 ou niveau 2.
Figure 1 : Le connecteur SAE J1712 du chargeur et le port J1712 du VE dont le couvercle de protection est ouvert.
En plus de fournir l’alimentation, ce port transmet les flux complexes d’informations qui circulent constamment entre le véhicule et le chargeur, en s’assurant que la batterie n’est jamais en surcharge et se charge correctement. La norme définit la nature du contact entre le véhicule et le chargeur. Dans la mesure où le conducteur du véhicule a entre les mains suffisamment de puissance électrique pour déplacer une rame de métro alors qu’il n’est pas un technicien formé, la norme définit plusieurs couches de protection intégrée garantissant la sécurité.
Le chargement inductif élimine le câble
Le chargement inductif est une forme de chargement de niveau 2 qui transfère l’électricité du chargeur vers le VE via une connexion électromagnétique. Il élimine complètement la nécessité de connecter un câble entre le chargeur et le VE. Le processus fonctionne d’une manière similaire à un transformateur électrique, c’est-à-dire que la bobine principale applique la puissance à une bobine secondaire avec laquelle elle n’a aucun contact physique. La bobine principale utilise la source d’alimentation électrique pour créer un champ magnétique, qui transmet l’électricité vers la bobine secondaire. Dans le cas du chargeur inductif de VE, la bobine principale se trouve dans le chargeur, et la bobine secondaire se trouve dans le VE, où l’électricité transmise est appliquée à la batterie en charge.
Cette méthode élimine bien sûr la nécessité du connecteur, du câble et du port. Elle requiert cependant un positionnement précis du VE par rapport au chargeur, car l’alignement de la bobine est critique. En raison de la modeste quantité d’électricité pouvant être transférée à l’aide de cette méthode dans un temps donné, les consommateurs ne pourront trouver ces chargeurs inductifs que sur le marché national des États-Unis pour le moment.
Passage au… niveau 3
Toutefois, si l’on considère qu’il faut une capacité de 50 kW/h pour charger entièrement une batterie de VE, et même si l’on ne tient pas compte du chargement inductif (pour le moment), il n’est pas étonnant que les chargeurs de niveau 2 ne soient pas considérés comme une solution satisfaisante. Un chargeur de niveau 2 peut au maximum appliquer une puissance de 20 kW, ce qui nécessite un temps de chargement de 2 heures et demi. Un simple calcul permet de se rendre compte que cette solution ne peut pas convenir à une personne qui fait beaucoup de route. Les chargeurs de niveau 3 sont les nouveaux dispositifs proposés. Or, si les normes des chargeurs de niveau 1 et 2 sont désormais quasiment fixes, les normes de niveau 3 sont encore sujettes à discussion.
Pour le moment, trois normes sont en concurrence pour les chargeurs de niveau 3. La norme SAE J1772 a été complétée pour inclure une norme sur le chargement de niveau 3, la norme de chargement rapide CC CCS (système combiné de chargement) SAE J1772. La plupart des constructeurs de VE aux États-Unis et en Europe ont accepté de l’adopter. Il y a également la norme CHAdeMO, privilégiée par les producteurs de VE japonais. La norme CHAdeMO est la plus largement adoptée dans le monde. Il est intéressant de noter que la plupart des stations de chargement de niveau 3 que l’on trouve désormais aux États-Unis ont la capacité de s’adapter à des véhicules adhérant à la norme CCS ou CHAdeMO. La troisième norme, Tesla Supercharger, est exclusivement utilisée par Tesla. Les propriétaires de la Model S de Tesla peuvent toutefois acheter un module complémentaire leur permettant également d’utiliser la norme CHAdeMO.
Actuellement, les normes spécifient une puissance maximale jusqu’à 62,5 kW pour les chargeurs CHAdeMO. La norme CCS prévoit une capacité similaire. Elle devrait être mise à niveau jusqu’à environ 90 kW, mais les limites restent obscures. Pour le moment, la capacité est davantage décidée par les constructeurs que par les régulateurs. La norme Tesla Supercharger prévoit une capacité de 120 kW. Cependant, les normes concurrentes évoluant constamment, on peut considérer que ces caractéristiques nominales sont plutôt relatives. Dans tous les cas, ces trois normes sont certainement sujettes à modification.
Outre le temps de chargement et la capacité en kW/h, les conducteurs de VE peuvent tenir compte d’un autre facteur important au moment de choisir une solution de chargement pour leur véhicule : la zone géographique. En effet, aux États-Unis, la localisation physique d’un conducteur permet d’identifier les types de stations de chargement les plus accessibles. Les équipements CCS et CHAdeMO sont plus courants sur les côtes est et ouest. Les stations Tesla, bien que moins nombreuses globalement, sont plus largement réparties dans les états du centre des États-Unis que sur les côtes. Les VE Tesla sont pourvus de batteries plus grandes que la plupart des autres VE, et sont donc plus adaptés à des voyages plus longs avec les stations Tesla Supercharger.
Figure 3 : Port et connecteur CCS.
Il est intéressant de noter que la Chevrolet Volt n’inclut pas la capacité de prendre en charge le chargement de niveau 3. Cela s’explique peut-être par le fait que le véhicule intègre un moteur essence qui charge la batterie quand cela est nécessaire. La plupart des propriétaires de Volt préfèrent charger la batterie plus petite de 18,4 kW/h à domicile, bien que le chargement de niveau 2 soit entièrement pris en charge.
L’entreprise ChargePoint est l’un des principaux fournisseurs de chargeurs de niveau 3. Elle assure la gestion d’un grand réseau de stations publiques de chargement au niveau national. Le chargeur de niveau 3 CPE200 d’une capacité de 50 kW disponible sur le marché est équipé pour pourvoir les VE de réceptacles CCS et CHAdeMO. On peut dire, sans prendre de risque, qu’aucune norme n’est en mesure de dominer l’autre. En fait, elles sont si similaires que beaucoup soutiennent qu’elles pourraient même converger. Dans ces conditions, on peut s’attendre à ce que la bataille recommence lorsque le marché sera prêt pour une norme de niveau 4.