Normes de recharge pour véhicules électriques

En 2011, l'Association des constructeurs européens d'automobiles (ACEA) a établi les définitions suivantes :

• Prise (Socket Outlet) : Fait référence au port sur l'équipement d'alimentation du véhicule électrique (EVSE) chargé de fournir l'énergie de recharge au véhicule.
• Fiche (Plug) : Désigne l'extrémité du câble flexible qui se connecte à la prise sur l'équipement EVSE. En Amérique du Nord, la prise et la fiche ne sont pas utilisées en raison de la fixation permanente du câble.
• Câble : Décrit un faisceau flexible de conducteurs reliant l'équipement EVSE au véhicule électrique.
• Connecteur : Représente l'extrémité du câble flexible qui s'interface avec l'entrée du véhicule.
• Entrée du véhicule (Vehicle Inlet) : Fait référence au port sur le véhicule électrique conçu pour recevoir l'énergie de recharge.

Les termes connecteur de véhicule électrique et entrée de véhicule électrique ont été définis précédemment de manière similaire dans l'article 625 du National Electric Code (NEC) des États-Unis de 1999. Le NEC-1999 décrivait également l'« équipement d'alimentation de véhicule électrique » comme l'unité complète « spécifiquement installée pour fournir de l'énergie depuis le câblage des locaux vers le véhicule électrique », englobant « les conducteurs, les connecteurs de véhicule électrique, les fiches de raccordement et tous les autres accessoires, dispositifs, prises de courant ou appareils ».

Tesla, Inc. utilise le terme « station de charge » pour décrire un emplacement abritant un groupe de chargeurs, tandis qu'ils désignent un équipement EVSE individuel comme un « connecteur ».

Le National Electric Transportation Infrastructure Working Council (IWC) a été établi en 1991 par l'Electric Power Research Institute, regroupant des membres à la fois des constructeurs automobiles et des services publics d'électricité, dans le but d'établir des normes aux États-Unis. Les efforts initiaux de l'IWC ont conduit au développement de trois niveaux de recharge, tels que décrits dans le manuel du National Electric Code (NEC) de 1999.

Conformément au NEC-1999, l'équipement de recharge de niveau 1 (tel que défini dans le manuel NEC, bien que non explicitement dans le code) était connecté au réseau en utilisant une prise électrique standard NEMA 5-20R à 3 broches avec mise à la terre. De plus, il imposait l'inclusion d'un dispositif à courant résiduel à moins de 300 mm (12 pouces) de la fiche. Le circuit d'alimentation devait avoir une protection à 125 % du courant nominal maximal. Par exemple, un équipement de recharge évalué à 16 ampères de courant continu nécessitait un disjoncteur dimensionné à 20 A.

L'équipement de recharge de niveau 2 (tel que spécifié dans le manuel) était câblé de manière permanente et positionné en toute sécurité à un emplacement fixe selon le NEC-1999. Il exigeait également une mise à la terre et une protection contre les défauts à la terre, en plus d'un mécanisme de verrouillage pour empêcher le démarrage du véhicule pendant la recharge et d'une sécurité de rupture pour le câble et le connecteur. Un disjoncteur de 40 A (équivalent à 125 % du courant d'alimentation maximal continu) était obligatoire pour protéger le circuit de dérivation. Pour plus de commodité et une recharge plus rapide, de nombreux premiers véhicules électriques (VE) privilégiaient l'installation d'équipement de recharge de niveau 2, qui pouvait être connecté au VE via soit une palette inductive (Magne Charge) ou un connecteur conducteur (Avcon).

L'équipement de recharge de niveau 3 utilisait un redresseur hors véhicule pour convertir l'alimentation CA d'entrée en CC, qui était ensuite fournie au véhicule. Au moment de sa rédaction, le manuel NEC-1999 prévoyait que l'équipement de recharge de niveau 3 nécessiterait que les services publics mettent à niveau leurs systèmes de distribution et leurs transformateurs.

La Society of Automotive Engineers (SAE International) définit les exigences physiques, électriques, de communication et de performance générales pour les systèmes de recharge de véhicules électriques (VE) utilisés en Amérique du Nord dans le cadre de la norme SAE J1772, développée initialement en 2001. La norme SAE J1772 délimite quatre niveaux de recharge, avec deux niveaux chacun pour les alimentations en courant alternatif (CA) et en courant continu (CC). Ces distinctions sont basées sur le type de distribution d'énergie, les normes et la puissance maximale.

Les stations de recharge CA connectent directement le circuit de recharge embarqué du véhicule à l'alimentation CA.

• CA Niveau 1 : Ce niveau se connecte directement à une prise nord-américaine standard de 120 V et est capable de fournir 6–16 A (0,7–1,92 kW), selon la capacité d'un circuit dédié.
• CA Niveau 2 : Il utilise une alimentation de 240 V (monophasé) ou 208 V (triphasé) pour fournir entre 6 et 80 A (1,4–19,2 kW), offrant une augmentation significative de la vitesse de recharge par rapport à la recharge CA Niveau 1.

Communément, bien qu'incorrectement, appelée recharge « Niveau 3 » selon l'ancienne définition NEC-1999, la recharge CC est classée séparément dans la norme SAE. Dans la recharge rapide CC, l'alimentation CA du réseau est convertie en CC via un convertisseur CA-CC dans la station avant d'atteindre la batterie du véhicule, contournant tout convertisseur CA-CC à bord du véhicule.

• CC Niveau 1 : Ce niveau fournit un maximum de 80 kW à 50–1000 V.
• CC Niveau 2 : Il fournit un maximum de 400 kW à 50–1000 V.

Des normes supplémentaires publiées par la SAE pour la recharge incluent la SAE J3068, qui concerne la recharge CA triphasée utilisant le connecteur Type 2 défini dans la norme IEC 62196-2, et la SAE J3105, qui traite de la connexion automatisée des dispositifs de recharge CC.

En 2003, la Commission électrotechnique internationale (IEC) a incorporé une partie importante de la norme SAE J1772 dans l'IEC 62196-1.

L'IEC 62196-1 a été par la suite révisée et étendue dans l'IEC 62196, devenant une norme internationale englobant une variété de types de prises et de modes de recharge pour véhicules électriques. Cette norme est reconnue comme norme DIN EN 62196 en Allemagne, ÖVE/ÖNORM EN 62196 en Autriche, et SN EN 62196 en Suisse. Elle comprend plusieurs composants qui ont été progressivement adoptés. La troisième partie a été publiée en juin 2014, et l'IEC TS 62196-4, qui couvre les connecteurs pour véhicules électriques légers, a été publiée en octobre 2022. La partie 1 a atteint sa quatrième édition en 2022.

La norme suit la définition de l'IEC 61851 pour une broche de signal responsable de la commutation du courant de recharge. Notamment, la station de recharge reste sans tension jusqu'à ce qu'un véhicule électrique soit connecté, garantissant que le véhicule ne peut pas être utilisé pendant le processus de recharge.

Les définitions pour la broche de signal et les prises de recharge IEC-62196-1 de la partie 1 ont été intégrées dans diverses réglementations techniques. En plus des connecteurs triphasés IEC 60309 « CEEform », les modes de recharge ont également été adoptés pour le connecteur SAE J1772 en Amérique du Nord (développé par Yazaki), le connecteur CHAdeMO au Japon, et le connecteur Mennekes (VDE-AR-E 2623-2-2) en Europe. Chacun de ces connecteurs sert de base à un réseau de stations de recharge publiques fournies par des fournisseurs d'énergie.

L'IEC classifie la recharge en modes (IEC 61851-1) comme suit :

• Mode 1 : Cela implique une recharge lente à partir d'une prise électrique standard, qu'elle soit en CA monophasé ou triphasé.
• Mode 2 : Recharge lente à partir d'une prise CA ordinaire, mais avec des dispositifs de protection spécifiques aux VE, tels que les systèmes Park & Charge ou PARVE.
• Mode 3 : Cela englobe à la fois la recharge CA lente et rapide, utilisant une prise multi-broches VE particulière équipée de fonctions de contrôle et de protection, telles que SAE J1772 et IEC 62196-2.
• Mode 4 : Recharge rapide CC via une interface de recharge dédiée, comme l'IEC 62196-3, telle que CHAdeMO.

La connexion entre le réseau électrique et le « chargeur » (équipement d'alimentation de véhicule électrique) est décrite en trois scénarios (IEC 61851-1) :

• Cas A : Fait référence à tout chargeur connecté au secteur, généralement avec le câble d'alimentation secteur attaché au chargeur lui-même, principalement associé aux modes 1 ou 2.
• Cas B : Décrit un chargeur de véhicule embarqué avec un câble d'alimentation secteur qui peut être détaché à la fois de l'alimentation et du véhicule, correspondant généralement au mode 3.
• Cas C : Concerne les stations de recharge dédiées CC, où le câble d'alimentation secteur peut être fixé en permanence à la station de recharge, similaire au mode 4.

Le North American Charging Standard (NACS), également connu sous le nom de norme de recharge Tesla, est un système de connecteur de recharge pour véhicule électrique (VE) développé par Tesla, Inc. Il est utilisé sur tous les véhicules Tesla du marché nord-américain depuis 2012. En novembre 2022, Tesla l'a ouvert à l'utilisation par d'autres constructeurs.

Le système de connecteur NACS, actuellement en cours de normalisation sous le nom de SAE J3400, est conçu pour faciliter à la fois la recharge CA et CC. La version actuelle du connecteur NACS utilisée avec les Superchargeurs Tesla peut fournir jusqu'à 250 kW de puissance. Lorsque l'alimentation CA est utilisée, le système NACS peut fournir jusqu'à 80 ampères à 277 volts. Dans la configuration la plus courante, il fournit jusqu'à 48 ampères de courant à 240 volts, équivalent à 11,5 kW, ce qui est typique pour un usage résidentiel en Amérique du Nord.

Les connecteurs courants incluent Type 1 (Yazaki), Type 2 (Mennekes), Type 3 (Scame), CCS Combo 1 et 2, CHAdeMO et Tesla. De nombreux types de fiches standard sont définis dans l'IEC 62196-2 (pour l'alimentation CA) et 62196-3 (pour l'alimentation CC) :

• Type 1 : Coupleur de véhicule CA monophasé – Conforme aux spécifications de fiche automobile SAE J1772/2009.
• Type 2 : Coupleur de véhicule CA monophasé et triphasé – Conforme aux spécifications de fiche VDE-AR-E 2623-2-2, SAE J3068 et GB/T 20234.2.
• Type 3 : Coupleur de véhicule CA monophasé et triphasé équipé d'obturateurs de sécurité – Proposé par l'EV Plug Alliance.
• Type 4 : Coupleurs de recharge rapide CC
  • Configuration AA : CHAdeMO
  • Configuration BB : GB/T 20234.3
  • Configurations CC/DD : (réservé)
  • Configuration EE : CCS Combo 1
  • Configuration FF : CCS Combo 2

Conceptions de connecteurs listées dans IEC 62196-2 et -3
Alimentation	États-Unis	Union européenne	Japon	Chine
CA 1 phase	Type 1 (SAE J1772)	Type 2 (DE, UK) Type 3 (IT, FR ; désormais obsolète)	Type 1 (SAE J1772)	Type 2 (GB/T 20234.2)
CA 3 phases	Type 2 (SAE J3068)		-
CC	EE (CCS Combo 1)	FF (CCS Combo 2)	AA (CHAdeMO)	BB (GB/T 20234.3)
			ChaoJi (prévu)

À la fin des années 1990 et au début des années 2000, plusieurs véhicules électriques (VE), incluant la GM EV1, la Ford Ranger EV et la Chevrolet S-10 EV, ont été introduits aux États-Unis. Ces véhicules privilégiaient l'utilisation d'équipement d'alimentation de véhicule électrique (EVSE) de niveau 2 (CA monophasé), tel que défini par le NEC-1999, pour maintenir une vitesse de recharge acceptable. Les équipements EVSE étaient équipés soit d'un connecteur inductif (Magne Charge) ou d'un connecteur conducteur (généralement AVCON). GM, Nissan et Toyota soutenaient le système inductif, tandis que DaimlerChrysler, Ford et Honda soutenaient le système conducteur.

Les palettes Magne Charge étaient disponibles en deux tailles : une ancienne palette plus grande (utilisée pour l'EV1 et la S-10 EV) et une palette plus récente et plus petite (utilisée pour la première génération de Toyota RAV4 EV mais rétrocompatible avec les véhicules à grande palette via un adaptateur). La plus grande palette, introduite en 1994, était nécessaire pour un port de charge d'entrée de véhicule refroidi par liquide, tandis que la plus petite palette, introduite en 2000, s'intégrait à une entrée refroidie par air à la place. La norme SAE J1773, décrivant les exigences techniques pour le couplage par palette inductive, a été publiée pour la première fois en janvier 1995, avec une révision en novembre 1999.

Le connecteur AVCON (gauche) à côté de son successeur, le connecteur SAE J1772 (droite).

Le 28 juin 2001, l'influente California Air Resources Board a adopté le connecteur conducteur comme norme, citant des coûts moindres et une plus grande durabilité. Par conséquent, la palette Magne Charge a été abandonnée en mars suivant. Trois connecteurs conducteurs existaient à cette époque, chacun nommé d'après ses fabricants : Avcon (également connu sous le nom de butt-and-pin, utilisé par Ford, Solectria et Honda), Yazaki (également connu sous le nom de pin-and-sleeve, sur le RAV4 EV) et ODU (utilisé par DaimlerChrysler). Le connecteur butt-and-pin Avcon prenait en charge à la fois la recharge de niveau 2 et de niveau 3 (CC) et était décrit initialement dans l'annexe de la première version (1996) de la pratique recommandée SAE J1772. La version de 2001 a déplacé la description du connecteur dans le corps de la pratique, l'établissant comme la norme de facto pour les États-Unis. L'IWC a recommandé le connecteur Avcon butt pour l'Amérique du Nord sur la base de tests environnementaux et de durabilité. Dans sa mise en œuvre, le connecteur Avcon utilisait quatre contacts pour le niveau 2 (L1, L2, Pilot, Ground) et en a ajouté cinq autres (trois pour les communications série et deux pour l'alimentation CC) pour le niveau 3 (L1, L2, Pilot, Com1, Com2, Ground, Clean Data ground, DC+, DC−). Cependant, d'ici 2009, la norme J1772 avait adopté le connecteur rond pin-and-sleeve (Yazaki) comme mise en œuvre standard, rendant le connecteur rectangulaire Avcon butt obsolète.