La recharge 2/3 : Les différents modes de charge des véhicules électriques

La semaine dernière, nous passions en revue les différentes prises pour la recharge des véhicules électriques. Cette semaine, nous parlons des quatres modes de charge qui existent actuellement.

Prise recharge véhicule électrique

Les quatre modes de charge

Nous avons vu précédemment que les prises pour véhicules électriques sont conçues pour pouvoir communiquer avec les points de charge. Un tel protocole de communication, c'est très bien pour la sécurité, mais alors comment gérer le cas de la prise domestique ? Une prise "ordinaire" ne peut pas communiquer.
C'est là qu'interviennent ce que l'on appelle les modes de charge. Le standard définit quatre modes de charge différents. Je les détaillerai dans le désordre, pour faciliter la compréhension.

Précisons tout d'abord que le temps de recharge de la batterie dépendra directement de l'intensité du courant de charge. Plus l'intensité sera grande et plus cela ira vite. Pensez aux stations-service sur les autoroutes :il y a des pompes pour poids lourds dont les tuyaux sont plus gros et qui permettent de faire le plein plus vite.
Pour fixer les idées, une batterie d'Ampera /Volt complètement déchargée se rechargera : 

  • en 3h45 à 16 ampères
  • en 6 heures à 10 ampères
  • en 10 heures à 6 ampères
     

Mode 3

Le mode 3 est celui des bornes publiques qui sont munies de prises type 2 ou type 3 (pas celles avec une prise de type "domestique"). C'est en mode 3 que le protocole de communication prend tout son sens.

Voici un exemple imagé de dialogue :

la borne: "Bonjour, je peux délivrer 32 Ampères. Pour l'instant, aucun courant n'est présent sur mes contacts de charge."

la voiture: "Bonjour, je peux recevoir 16 Ampères. Je demande à ce que la charge commence immédiatement."

le câble: "Bonjour, je peux transporter 16 Ampères."

la borne : "Bien, j'envoie donc immédiatement 16 Ampères sur mes contacts de charge."

Après un certain temps...

la voiture: "On débranche ma prise!"

la borne: "Ok, je coupe le courant."

En mode 3, même le câble communique ses caractéristiques : outre les deux prises situées à ses extrémités, une résistance sert à indiquer quel courant maximum il supporte. On ne peut donc pas confectionner soi-même un câble mode 3 simplement en connectant deux prises sur un câble, comme on le ferait pour une rallonge électrique.
 

Recharge véhicule électrique
Exemple de charge en mode 3

Une Wallbox opère en mode 3. En effet, elle est installée par un électricien sur une ligne dédiée, et câblée en fonction du courant à fournir. Elle "sait" donc qu'elle peut délivrer 16 Ampères en toute sécurité. Sur la Wallbox Opel/Chevrolet le câble est solidaire du boîtier mural, façon "station service", et on raccroche la prise véhicule après utilisation. Sur d'autres modèles, comme ceux de Renault par exemple, il y a une prise (en général de type 2 ou type 3) sur la Wallbox et on utilise un câble mode 3 que l'on branche d'un côté sur le boîtier mural et de l'autre côté sur le véhicule.

Wallbox Opel Ampera Chevrolet Volt
La Wallbox Opel/Chevrolet fonctionne en mode 3

Mode 2

Le mode 2 est celui qui permet de charger une voiture sur une simple prise domestique ordinaire. C'est le mode de fonctionnement des chargeurs mobiles (aussi appelé câbles de recharge occasionnels).

Comme une prise domestique ne sait pas communiquer avec la voiture, car elle ne dispose ni des contacts supplémentaires ni de l'électronique nécessaires, il faut interposer un boîtier de contrôle dans le câble. Un chargeur mobile est donc composé :

  • d'une fiche secteur, à brancher dans une prise domestique  
  • d'un boîtier de contrôle intégré au câble, situé tout près de la fiche secteur
  • d'un câble qui se termine par une prise véhicule

C'est le boîtier de contrôle qui est responsable de la sécurité des opérations. Ce boîtier ne sait rien de la qualité de la prise de courant dans laquelle il sera branché, ni de la qualité ou de la vétusté de l'installation électrique domestique qui se trouve derrière. Au contraire, son concepteur est conscient des risques potentiels, et que ce chargeur est susceptible d'être utilisé par n'importe qui et n'importe où.

Voilà pourquoi les chargeurs mobiles livrés avec les véhicules ne dépassent jamais une intensité de 10 ampères. Le boîtier peut être muni de boutons pour permettre à l'utilisateur de sélectionner une intensité de charge plus faible, s'il est branché chez des amis qui ont une maison de 1950 et qu'il n'est pas pressé car il va passer la nuit chez eux. Suivant le zèle de ses concepteurs, le boîtier de contrôle fera des vérifications de qualité de la terre, de chute de tension qui pourrait indiquer un échauffement anormal dans l'installation domestique, etc. En cas de doute, les boîtiers de contrôle appliquent le principe de précaution et interrompent la charge.

En mode 2, le dialogue imagé entre le boîtier et la voiture pourrait être le suivant :

le boîtier: "Bonjour, je peux délivrer 10 ampères au maximum. Pour l'instant, aucun courant n'est présent sur mes contacts de charge."

la voiture: "Bonjour, je peux recevoir 16 Ampères. Je demande à ce que la charge commence immédiatement."

le boîtier: "Ok, j'envoie 10 ampères sur mes contacts de charge."

Après un certain temps, le boîtier détecte une chute de tension supérieure à la tolérance pour laquelle il a été programmé.  

le boîtier: "Désolé, j'interromps la charge !" 

Boitier de charge Opel Ampera
Le chargeur mobile fonctionne en mode 2

 
Étudions le cas des chargeurs mobiles livrés avec les Ampera /Volt. Les chargeurs et les comportements des véhicules sont différents, suivant les années-modèles:

  • Modèles 2012 : le chargeur comporte un bouton qui permet de charger à 6 A ou à 10 A.
  • Modèles 2013 : le chargeur n'a aucun bouton. Le réglage se fait par logiciel, sur l'écran central du véhicule, où l'on peut choisir entre 6 A et 10 A. Par précaution supplémentaire, les concepteurs ont conçu le logiciel pour qu'il revienne systématiquement sur le réglage à 6 A à chaque démarrage du véhicule. Pour charger à 10 ampères, le conducteur doit donc le demander explicitement à chaque fois, sur l'écran central.

Voici un exemple de dialogue imagé, dans le cas d'une Ampera 2012 dont le chargeur a été réglé sur 6 ampères par pression sur son bouton:

le boîtier: "Bonjour, je suis autorisé à délivrer 6 ampères au maximum. Pour l'instant, aucun courant n'est présent sur mes contacts de charge."

la voiture: "Bonjour, je peux recevoir 16 Ampères. Je demande à ce que la charge commence immédiatement."

le boîtier: "Ok, j'envoie 6 ampères."

Après un certain temps...

la voiture: "On débranche ma prise!"

le boitier: "Ok, je coupe le courant." 

Boitier de charge Opel Ampera
Le chargeur modèle 2013 est dépourvu de bouton

 
Et (pour s'amuser un peu) un exemple de dialogue dans le cas d'une Ampera 2013 :

Le boîtier: "Bonjour, je peux délivrer 10 ampères au maximum." (de toutes façons, il ne sait dire que ça!)

La voiture réfléchit à la réponse à apporter: le chargeur indique une intensité inférieure ou égale à 10 A, il ne s'agit donc pas d'une Wallbox. (Si le chargeur avait parlé de 16 A, la voiture aurait répondu 16 A). Elle considère donc qu'elle est reliée à un chargeur mobile. Dans ce cas, ses concepteurs l'ont programmée pour répondre qu'elle peut recevoir 6 A, sauf si le conducteur a sélectionné 10 A sur son écran central au moment où il a quitté le véhicule. L'a-t-il fait? Dans notre exemple, non.

La voiture: "Bonjour, je peux recevoir 6 Ampères. Je demande à ce que la charge commence immédiatement."

Le boîtier: "Ok, j'envoie 6 ampères."

Après un certain temps...

La voiture: "On débranche ma prise!"

Le boîtier: "Ok, je coupe le courant."

Le conducteur: "Sapristi, la batterie est beaucoup moins chargée que je ne m'y attendais! #&!£@#!!! J'ai encore oublié de faire ce (biiiiiiiiip) de réglage à 10 ampères avant de brancher le chargeur!"

Mode 1

Ce mode de charge concerne uniquement la charge sur une prise domestique pour les véhicules demandant une faible intensité de courant.
Il n'y a aucune communication. Le câble est attaché au véhicule, on le déroule et on le branche sur la prise, comme on le ferait pour un aspirateur.

C'est le mode de charge des Renault Twizy, par exemple.  

Boitier de charge Opel Ampera
Le Twizy de Renault se charge en mode 1

Mode 4

Le mode 4 concerne la charge rapide.

Contrairement aux modes 1 à 3 qui utilisent du courant alternatif, tel qu'il est distribué par le réseau électrique, le mode 4 utilise du courant continu.
En effet, c'est du courant continu qu'il faut envoyer sur les bornes d'une batterie de voiture pour la charger. Les modes 1 à 3 nécessitent donc une étape de conversion, que l'on évite en mode 4. De plus, les courants continus utilisés en charge rapide sont d'une tension plus élevée, et de très forte intensité. Ce n'est plus une station-service pour poids lourds, c'est un pipeline sous haute pression! (On est dans la centaine d'ampères). On peut en juger en regardant la grosseur de la prise, des câbles et la taille des stations de charge rapide.

Si les Ampera /Volt disposaient d'un tel mode, une recharge complète ne prendrait probablement que 15 minutes.
Ce n'est qu'une vue de l'esprit car une charge rapide ne doit pas dépasser 80% de la capacité de de la batterie.
Par ailleurs (en raison du courant de charge très élevé) les charges rapides se font au détriment de la durée de vie de cette dernière.
 

Boitier de charge Opel Ampera
Les bornes de charge rapide sont imposantes

La semaine prochaine, nous évoquerons la standardisation des prises et modes de recharge.

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