Visuellement, la borne de recharge prend l’aspect d’un boîtier, fixé au mur ou sur pied. Comment imaginer ce qui la compose, et le mécanisme qui s’enclenche au branchement du véhicule pour qu’elle puisse délivrer de l’énergie ?
Pour mieux comprendre, voici explicité le fonctionnement d’une borne de recharge pour voiture électrique.
Comment est constituée la borne de recharge pour véhicule électrique ?
Intéressant de débuter par ce que contient une borne de recharge. De quoi est-elle constituée ? Ce qui nous amènera à mieux comprendre comment elle fonctionne. Voici ses composants :
- Le socle de prise de type 3 (norme nationale pour les bornes allant jusqu’à 22 kW);
- Le contacteur électrique qui permet la circulation du courant;
- La carte électronique qui assure le bon fonctionnement de la borne;
- Les boutons de commande qui permettent de mettre en charge ou de couper la charge.
Certaines bornes peuvent aussi être équipées d’un contacteur jour/nuit pour profiter des tarifs de consommation réduits durant les heures creuses selon l’abonnement d’électricité. Dans certaines régions, un parafoudre peut aussi être inclus à la borne, bien que toutes les bornes soient équipées d’un fil qui assure la continuité à la terre pour assurer la sécurité.
Comment s’installe une borne de recharge ?
Procédons par ordre en détaillant d’abord les conditions d’installation de la borne de recharge, avant d’aborder son fonctionnement. A réception du pack, l’installateur va en sortir les mêmes équipements, et ce quels que soient la puissance, le modèle ou la marque. D’abord, évidemment, le boîtier de la borne, mais ce n’est pas tout. Le pack contiendra également un disjoncteur différentiel, un gabarit pour poser la borne à l’aide d’un niveau, et une accroche adaptée pour fixer la borne au mur ou bien un pied si elle n’est pas murale.
La connexion de la borne par les conducteurs
A l’intérieur de la borne, tout est déjà pré-câblé. L’installateur n’intervient donc pas, hormis pour brancher les trois principaux conducteurs : la phase, la neutre et la terre. Explications :
- La phase : Il s’agit d’un câble généralement de couleur sombre, souvent noir, marron, ou rouge. C’est lui qui va alimenter un appareil en énergie. Tout appareil doit donc impérativement être branché à la phase. Les bornes de 11 et 22 kW délivrent une intensité de courant plus élevée grâce à trois câbles de phase (courant triphasé) au lieu d’un seul pour le courant monophasé. Avec une ou trois phases, un seul câble sera présenté, mais le second contiendra alors trois faisceaux métalliques.
- La neutre : C’est un câble de couleur bleue. Il permet au courant de retourner vers le circuit d’électricité une fois que l’appareil branché est alimenté. Théoriquement, il est nul. Tous les appareils électriques doivent être branchés au câble neutre.
- La terre : Le câble est généralement strié vert et jaune. Il s’agit du conducteur de protection. Relié au sol par un piquet métallique, ce câble électrique a une tension théoriquement nulle. Son rôle est de protéger l’utilisateur de l’électrisation en cas de dysfonctionnement de l’appareil. Pour faire simple, en cas de surcharge, l’électricité est évacuée par le fil de terre et l’alimentation est automatiquement coupée. Les bornes de recharge présentant une consommation importante, mais aussi d’autres gros électroménagers de l’habitation, doivent impérativement être reliés à la terre pour une parfaite sécurité.
En génie électrique, la règle est la suivante : tout appareil électrique doit être raccordé à au moins deux de ces trois câbles pour pouvoir fonctionner correctement, donc a minima à la phase et à la neutre. La borne de recharge, parce que c’est un équipement énergivore, doit être raccordée aux trois conducteurs.
Interrogation surprise pour s’assurer que tout le monde suive : Avec une borne de 22 kW, combien de conducteurs dois-je compter ? Pour combien de câbles ? Vous l’avez ? Et bien sur la puissance de 22 kW, il s’agit d’un courant triphasé, avec donc 5 conducteurs (3 phases, 1 neutre, et 1 terre), pour 3 câbles, les 3 phases étant regroupées sous un seul câble.
Le raccordement de la borne au compteur électrique de l’habitation
Intéressons-nous maintenant au disjoncteur différentiel. Il s’agit d’un dispositif de protection modulaire qui vient se placer directement sur le tableau électrique. Qu’est-ce que la protection modulaire ? C’est un mécanisme automatique qui va permettre de couper l’alimentation électrique des appareils raccrochés au disjoncteur en cas d’anomalie sur le circuit, comme une fuite de courant par exemple. Le disjoncteur différentiel cumule les fonctions du disjoncteur et de l’interrupteur différentiel, et va donc moduler l’énergie pour éviter tout risque d’électrisation ou d’incendie, mais aussi pour protéger l’installation et les biens branchés.
La norme électrique NF C 15-100 est claire : il est obligatoire d’installer au minimum deux interrupteurs différentiels d’une sensibilité de 30 mA au sein d’un logement résidentiel, et l’ensemble des circuits doivent être répartis sous ces deux dispositifs. Mais le disjoncteur différentiel de la borne de recharge devra être installé seul sur le tableau électrique. Autrement dit, il ne concernera que la borne de recharge, et ne sera aucunement couplé à un autre appareil électrique.
Comment fonctionne donc la borne de recharge ?
Une fois installée, la borne de recharge peut fonctionner. Par sécurité, une clé de déverrouillage permettra généralement d’ouvrir la trappe donnant accès à la prise. Il suffira alors d’enclencher le câble fourni avec le véhicule électrique. Oui mais voilà, que se passe-t-il à partir de cette action, pour que la voiture gagne en charge ? Nous allons ici parler de courant alternatif, de courant continu, de convertisseur de charge, et de batterie, et tout cela avec toute la pédagogie nécessaire pour bien comprendre.
Procédons d’abord à une rapide explication des bases de l’électricité. Le courant électrique existe sous deux formes : le courant alternatif dont les électrons changent de sens régulièrement à fréquence très élevée, et le courant continu dont les électrons circulent tous dans le même sens. Le courant alternatif est bien plus stable que le courant continu, et plus facile à transporter sur de longues distances, et à transformer sans déperdition. C’est pourquoi le courant alternatif est celui que l’on reçoit à nos prises domestiques. La borne de recharge raccordée au système électrique reçoit donc du courant alternatif, et transmet également ce même courant via le câble de charge jusqu’au véhicule électrique. Problème : la batterie du véhicule électrique n’accepte que le courant continu. Alors comment faire ?
Et bien chaque véhicule électrique est équipé d’une batterie et d’un convertisseur de charge. C’est ce dernier qui va alors convertir le courant alternatif en courant continu, comme une sorte de filtre avant que la batterie n’absorbe donc le courant pour se charger. Elle capte l’électricité et la stocke, pour la redistribuer durant la conduite. Une fois chargé, le véhicule peut être débranché. Attention ici, il conviendra d’abord de débrancher le câble branché au véhicule, et ensuite de débrancher celui branché à la borne.
Un petit mot du fonctionnement des bornes de recharge ultra-rapide
Avant de conclure, nous pouvons faire le parallèle rapide avec les bornes de recharge ultra-rapide. Comment peuvent-elles charger une pleine batterie en seulement 15 minutes ? Et bien ces bornes disposent elles-mêmes d’un convertisseur de charge, évidemment bien plus puissant que celui embarqué dans les véhicules électriques. Elle convertit donc le courant alternatif en courant continu, pour délivrer le flux de courant continu directement à la batterie. Le convertisseur n’a pas à intervenir. C’est un mode de charge pratique parce qu’il est extrêmement rapide, mais il ne peut être utilisé au quotidien. La batterie se fatiguerait trop vite car elle n’est pas habituée à supporter un flux si important et débordant de courant au quotidien.
Fonctionnement d’une borne de recharge : comment choisir sa puissance de charge ?
Encore une fois, comprendre le fonctionnement d’une borne de recharge permet de mieux comprendre pourquoi la puissance choisie a toute son importance. Pour bien choisir la puissance de sa borne de recharge, il est important de respecter le rapport entre puissance fournie et puissance acceptée.
La puissance fournie par la borne se calcule par la multiplication de l’intensité (les ampères – A) et de la tension (les volts – V). Le produit nous donne des voltampères, qui équivalent aux watts. Les kW dépendent donc de ces deux éléments. L’intensité du courant alternatif peut aller de 10 à 32 A à multiplier par la tension du réseau électrique en France qui est de 230 V. En courant triphasé plus puissant, il peut atteindre 400 V. On arrive donc à une puissance de charge pouvant aller de 3,7 kW à 22 kW pour les bornes les plus puissantes.
A l’autre bout du câble de charge, il y a le véhicule électrique, ou plutôt sa batterie. Celle-ci est en capacité d’absorber une puissance maximale de courant alternatif qui peut aller de 2,3 kW pour les moins puissantes, et jusqu’à 22 kW pour celles qui disposent d’une batterie plus optimale. Il faudra donc que la puissance de la borne convienne à la capacité de la batterie du véhicule.
Les constructeurs font le choix de la batterie selon plusieurs critères. Il faut bien penser que sur un véhicule électrique, elle équivaut au moteur. C’est donc un élément très important, tout comme le convertisseur de charge. Il s’agit d’un équipement disponible sur tous les véhicules électriques mais de capacité variable. Aussi, chaque véhicule est équipé de ces deux éléments de capacité variable selon le parti pris d’un coût global du véhicule plus ou moins élevée, du poids souhaité du véhicule, et enfin de l’utilisation qui en sera faite, selon qu’il s’agisse d’une citadine ou d’une routière. La puissance choisie doit donc correspondre à la capacité du convertisseur de charge à convertir le courant alternatif en courant continu, et à celle de la batterie à recevoir la charge. Evidemment, l’utilisation du véhicule compte également dans le choix de la puissance de la borne de recharge, comme les habitudes de charge, puisque la puissance impactera la durée de charge.
Comment fonctionne un système de gestion intelligente de la charge ?
La gestion intelligente de la charge est désormais accessible sur les bornes à domicile de nouvelle génération. D’apparence, elle ressemble à une borne somme toute classique. Son truc en plus ? Elle propose une recharge optimisée du véhicule électrique. En d’autres termes, sa technologie de pointe offre à l’utilisateur la possibilité de profiter de fonctions avancées dans un triple objectif de facilité d’usage, de préservation de l’environnement et des ressources, et d’économies financières.
Plus concrètement, comment ça fonctionne ?
Au branchement du véhicule électrique à la borne intelligente, un flux d’informations va être transmis en temps réel à une plateforme centralisée sur un Cloud via la Wifi ou le Bluetooth, comme la vitesse et la durée de charge nécessaire à la batterie du véhicule, la capacité du réseau local et l’utilisation des bornes en réseau à l’instant T. Grâce à cette action, les données récupérées seront analysées et les décisions à prendre automatisées pour recharger intelligemment le véhicule, le tout de façon immédiate. Elle profite donc de la technologie d’internet pour interagir de manière ultra-performante.
Quelles sont ces fameuses décisions qu’elle saura prendre avec immédiateté ?
En permettant le contrôle et la régulation de l’énergie transmise au véhicule, elle propose ce que l’on appelle la gestion dynamique de recharge. Il s’agit de la capacité à distribuer l’énergie selon l’utilisation faite de la borne, selon le besoin de charge du véhicule, selon la capacité d’accueil de charge de sa batterie, selon le nombre de véhicules branchés s’il s’agit de bornes en réseau. Il est même possible de lui intégrer l’option d’une batterie secondaire à énergie solaire, qui se recharge en journée, pour une redistribution d’énergie en soirée ou de nuit.
Les modèles les plus sophistiqués vont jusqu’à proposer le déchargement du véhicule pour réalimenter un autre véhicule ou bien tout autre installation électrique. Elle peut donc agir comme un générateur externe sur un réseau électrique. C’est une prouesse plutôt remarquable. Cette solution s’appelle la recharge bidirectionnelle.
L’intervention nécessaire d’un professionnel qualifié
Le technicien disposant de la qualification IRVE (Infrastructure de Recharge pour Véhicule Electrique) est le seul habilité à installer ces systèmes de recharge dès lors que leur puissance dépasse les 3,7 kW. La technologie d’une borne de recharge, même la plus simple, impose un savoir-faire particulier, appréhendé par le suivi d’une formation théorique et pratique certifiante, diligentée par un organisme certificateur national (Afnor ou Qualifelec). Ce label est reconnu par l’Etat, puisque rendu obligatoire pour le technicien intervenant. La borne de recharge est un boîtier chargé d’électronique, qu’il faut savoir paramétrer, dont il faut savoir déceler les éventuelles anomalies et y remédier. Egalement, l’installation touche au réseau électrique, et nécessite donc un aménagement expert pour éviter tout risque de surcharge ou surchauffe du circuit.
Au-delà de l’obligation légale, ajoutons également que l’Etat conditionne l’octroi des aides incitatives à l’acquisition et à l’installation d’une borne de recharge à la présentation d’une attestation d’intervention d’un installateur agréé IRVE. En toute logique, l’Etat ne pourrait subventionner un réseau privé, sans s’assurer de la pleine conformité des installations pour un développement sécuritaire.
