La prise de conscience que le changement climatique représente une véritable menace pour la pérennité de notre style de vie a engendré une explosion du nombre de solutions alternatives aux moyens de transport utilisant les énergies fossiles. Depuis le début des années 2000, l’émergence des véhicules hybrides (gaz naturel-électrique) et entièrement électriques (VE) s’est largement accélérée.
Les avancées technologiques en matière de batteries et de machine learning ont suscité un nouvel engouement pour les véhicules électriques, de sorte que même les constructeurs automobiles les plus traditionnels prévoient de commercialiser plusieurs gammes de véhicules électriques. Tout porte à croire que les véhicules électriques sont l’avenir du transport, comme en témoignent les nombreux facteurs suivants : ils sont compatibles avec les objectifs de développement durable, les normes d’émissions de polluants se durcissent, la technologie qui leur est consacrée devient plus abordable, les densités énergétiques des batteries augmentent, et les infrastructures de recharge gagnent du terrain.
Des certifications et normes indispensables
Qu’elles soient nouvelles ou bien établies sur le marché, les entreprises adoptent des approches technologiques multiples et variées en matière de véhicules électriques. C’est pourquoi des normes sont établies pour garantir la fiabilité des différentes technologies employées dans l’élaboration de ces véhicules. Les défaillances des composants électroniques embarqués et des infrastructures de recharge pourraient entraîner des conséquences mortelles pour les passagers du véhicule ou tout autre personne intervenant au côté des équipes de secours. La fiabilité et le fonctionnement sécurisé des batteries, des commandes, des connecteurs, des commutateurs et des câbles doivent être garanties pour offrir une tranquillité d’esprit aux utilisateurs et prévenir les accidents. Les cadres réglementaires, qui fixent les critères de référence pour différentes technologies de composants des VE et offrent un processus de certification pour les fournisseurs, ont pour mission d’accroître la confiance du consommateur, de garantir la sécurité et de renforcer la conformité des fournisseurs. La définition de normes et de certifications mondiales offre les avantages clés suivants :
- Sécurité du personnel, du produit et des infrastructures de recharge
- Interopérabilité pour garantir l’utilisation d’infrastructures communes
- Réduction des coûts pour assurer une production en série et un accès généralisé à la technologie des VE
- Adoption accrue de nouvelles technologies qui amorceront la révolution des VE
Plusieurs normes sont publiées à l’échelle mondiale par la Commission électrotechnique internationale (IEC) et l’Organisation internationale de normalisation (ISO), avant d’être adaptées dans des versions supranationales et nationales. Les sections suivantes de cet article présentent les différentes normes et leurs principaux domaines d’application.
Présentation des principales normes internationales relatives à la mobilité électrique
À l’heure actuelle, il n’existe aucune norme mondiale sur les VE. La plupart des grands centres de production de VE, y compris au Japon, en Europe, en Amérique du Nord et en Chine, promeuvent différentes idées dans une grande variété de domaines. Bien que les certifications réglementaires accompagnent généralement l’innovation technologique, elles constituent également un rite de passage important pour pénétrer le marché des VE. En définissant les directives essentielles en matière de sécurité et de conformité environnementale, les normes réglementaires influencent l’évolution de la technologie. Dans le contexte des technologies employées dans les VE, la majeure partie du travail de définition réglementaire et normative aborde quatre grands domaines :
- Sûreté et sécurité
- Connecteurs de recharge
- Topologie de recharge
- Communications relatives à la recharge des VE
Figure 1 : Présentation des principales normes relatives aux VE
Sûreté et sécurité
Les VE nécessitent un test de sécurité rigoureux. Les VE sont soumis aux mêmes normes de sécurité que les véhicules conventionnels. La norme de sécurité couvre un vaste ensemble de détails spécifiques liés à la gestion de l’information, à la confidentialité, à l’installation, aux passagers, à la prévention des blessures et à l’isolation contre les chocs électriques. Les questions de sécurité des VE sont largement couvertes par la norme internationale ISO 6469, qui comprend trois parties :
- Le stockage embarqué de l’énergie électrique (par exemple : la batterie)
- La sécurité fonctionnelle, autrement dit la protection contre les défaillances
- La protection des personnes contre les risques électriques
Le tableau ci-dessous décrit les normes de sûreté et de sécurité non comprises dans la norme ISO 6469.
| Nom de la norme | Description |
| ISO/IEC 27000 | Fournit des recommandations de bonnes pratiques sur la gestion de la sécurité de l’information, y compris le respect de la vie privée, la confidentialité et les problèmes de cybersécurité, techniques et informatiques |
| IEC 60364-7-722 | Installations électriques à basse tension - Partie 7-722 : Exigences pour les installations et emplacements spéciaux - Alimentations des véhicules électriques |
| SAE J1766 | Garantit la mise en place de dispositifs barrières adéquats entre les passagers et les systèmes de batterie afin de protéger les usagers contre tous facteurs et matériaux potentiellement nuisibles du système de batterie qui pourraient leur occasionner des blessures lors d’un accident. |
| ISO 17409 | Exigences de sécurité électrique relatives à la connexion conductive des véhicules électriques à des circuits électriques externes |
| IEC 61140 | Protection contre les chocs électriques. Aspects communs aux installations et aux matériels |
| IEC 62040 | Systèmes d’alimentation sans interruption (ASI) |
| IEC 60529 | Degrés de protection procurés par les enveloppes (Code IP) |
Connecteurs
La norme relative aux connecteurs de recharge et au type de connecteurs des VE varie en fonction des régions et des modèles. Bien qu’aucun consensus n’existe en faveur d’une technologie de connexion universelle, une masse critique de constructeurs automobiles mondiaux prend en charge le Système de recharge combiné (CSS) en Amérique du Nord et en Europe. Les concessionnaires japonais utilisent CHArge de MOve (CHAdeMO) et la Chine, le plus vaste marché des véhicules électriques, a recours à GB/T. Toutes ces normes tentent de définir une architecture commune pour le système de charge conductive des véhicules électriques, y compris en termes d’exigences opérationnelles générales et d’exigences fonctionnelles et dimensionnelles pour le connecteur d’entrée et homologue du véhicule.
En Amérique du Nord, la norme SAE J1772 (IEC 62196 Type 1), aussi connue sous le nom de prise J, couvre les connecteurs électriques des véhicules électriques. Maintenue par SAE International, et officiellement intitulée « SAE Surface Vehicle Recommended Practice J1772, SAE Electric Vehicle Conductive Charge Coupler », elle définit les exigences générales physiques, électriques, du protocole de communication et de performances pour le coupleur et le système de charge conductive du véhicule électrique.
Figure 2 : Types de connecteurs des VE
Communication
Actuellement, les bornes de recharge (à domicile ou publiques) qui se connectent de manière intelligente au réseau électrique sont rares, et les voitures intégrant la connectivité V2G (vehicle to grid) le sont encore plus. Cependant, avec l’adoption croissante des VE, la nécessité d’établir des normes communes devient de plus en plus évidente pour garantir le bon fonctionnement des infrastructures de recharge et l’interopérabilité entre les multiples bornes de recharge, réseaux de distribution et VE. Cette interopérabilité est cruciale, non seulement pour protéger les infrastructures de recharge contre toutes incompatibilités entre les fournisseurs, mais également pour assurer une connectivité à bas coût des VE avec les différentes infrastructures de recharge et de comptage.
ISO15118 est une norme internationale qui encadre les communications digitales bidirectionnelles entre les véhicules électriques et la borne de recharge. Elle définit l’interface de communication V2G pour la recharge/décharge bidirectionnelle des véhicules électriques. La norme ISO15118 introduit en particulier la capacité « plug & charge » (brancher et charger), qui permet aux conducteurs de VE d’insérer directement le connecteur du chargeur dans la voiture pour la réalimenter avant de reprendre la route une fois l’opération effectuée. Ce processus est activé par un certificat numérique présent au sein du véhicule qui facilite les communications avec le système de gestion des points de charge (CPMS). Grâce à ce dispositif, il est possible de mettre en place un processus transparent de recharge de bout en bout qui inclut une authentification et une facturation automatiques, et élimine le besoin d’utiliser une carte RFID, une application ou de mémoriser des codes PIN.
Voici la liste des normes courantes sur les communications des VE :
| Nom de la norme | Description |
| ISO/IEC 15118 | Interface de communication pour la recharge/décharge bidirectionnelle du véhicule électrique |
| SAE J2847 | Communications entre les véhicules branchables et les chargeurs CC non embarqués |
| IEC 61851-24 | Système de charge conductive du véhicule électrique - Partie 24 : Communication digitale entre une borne de charge à courant continu et le véhicule électrique pour le contrôle de la charge à courant continu |
| SAE J2931 | Exigences de sécurité pour la communication digitale entre l’Équipement d’alimentation du véhicule électrique (EVSE) et le fournisseur d’électricité, l’Infrastructure d’alimentation électrique (ESI), l’Infrastructure de comptage avancé (AMI) et/ou le Réseau domestique (HAN) |
| IEC 61850 | Réseaux et systèmes de communication pour l'automatisation des systèmes électriques - TOUTES LES PARTIES |
Recharge des VE
La norme IEC 61851 couvre les systèmes de charge conductive des véhicules électriques. La norme décrit quatre modes de recharge. Les trois premiers modes livrent du courant alternatif vers le chargeur embarqué du VE, tandis que le 4e mode dispense du courant CC directement à la batterie en contournant le chargeur embarqué. Le 3e mode emploie plusieurs fonctions de contrôle et de protection afin de garantir la sécurité publique.
Figure 3 : Topologies de recharge des VE
| Recharge des VE | Description |
| Mode 1 | La recharge par courant alternatif sur une prise classique de votre domicile, de phase 1 ou 3, pour des courants allant jusqu’à 16 A. Dans ce mode, aucune communication n’est établie entre la source d’énergie/le réseau électrique et le véhicule. Le disjoncteur de fuite de terre (GFI)/le capteur de courant résiduel (RCD) doivent être installés du côté de l’infrastructure |
| Mode 2 | Similaire au mode 1, mais avec des courants plus élevés et un équipement de contrôle et de protection intégré au dispositif de contrôle et de protection câblé (IC-CPD). L’IC-CPD protège contre les risques électriques en cas d’une défaillance de l’isolation |
| Mode 3 | La recharge par courant alternatif a lieu via une prise dédiée connectée à un chargeur stationnaire (ou borne murale). La recharge est contrôlée via une communication entre l’unité de recharge et le véhicule |
| Mode 4 | La charge en courant continu est utile lors d’une recharge impliquant une grande quantité d’énergie. Avec le mode 4 de la norme IEC, une borne murale est prévue à cet effet avec un câble de recharge fixe et un connecteur de recharge CC dédié |
Récapitulatif
La prolifération des véhicules électriques devrait poursuivre son avancée à mesure que le monde renforce sa lutte contre le changement climatique et pour un environnement durable. La réduction des coûts, les avancées technologiques et les multiples fournisseurs sont autant de facteurs qui génèrent d’importantes innovations technologiques favorables aux VE. Les normes générales peuvent donner un nouveau coup d’accélérateur à l’adoption de la technologie des VE et augmenter leur conformité en matière de sécurité. Comme c’est le cas pour les automobiles traditionnelles, les différentes normes appliquées dans le monde se concentrent principalement sur la fiabilité et la sécurité. La sûreté et la sécurité des véhicules et des infrastructures de recharge, les connecteurs, la topologie de recharge et les communications des VE sont les principaux domaines couverts par les normes actuelles. Malgré la prévalence de différentes normes, une masse critique de constructeurs automobiles répartis dans diverses régions est prête à favoriser l’adoption harmonieuse des VE dans le monde entier.
Références
Présentation de l’innovation : Recharge intelligente des véhicules électriques
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