Recharge domestique d'un véhicule électrique ou hybride rechargeable

[Kereon Men Tensel]

Bonjour,

 

Voici un topic détaillant les modes de recharge pour un véhicule hybride ou électrique.
Je ne suis pas un professionnel mais juste un amateur en ce qui concerne l'électricité et passionné Audi. Récemment utilisateur d'une Audi hybride rechargeable, ce sujet est orienté recharge domestique mais d'autres usagers de recharges publiques pourront probablement apporter leurs contributions.
Ces lignes sont écrites en 2021, et il est probable que les technologies évoluent (grandement) dans les années à venir.

 

Tout d'abord chez Audi, il existe en 2021 deux types de véhicules avec recharge électrique :
    - la gamme e-Tron : véhicules full électriques avec des capacités de batterie importantes pour des autonomies avoisinant les 500km batterie pleine -> capacité de batterie oscillant entre 70 et 100kWh
    - la gamme TFSI e : véhicules hybrides rechargeables, ou PHEV en anglais (Plugin Hybrid Electric Vehicule), disposant d'un moteur thermique (essence uniquement chez Audi) et d'une batterie avec une autonomie d'une 50aine de km batterie pleine -> capacité de batterie : entre 14 et 18kWh

------------------------------------------------------------------------
Un peu de théorie :

1- Mesures :
    - Watt, exprimée en W ou kW : unité de puissance d'un circuit électrique, ou encore l'énergie maximale instantanée que peut consommer un équipement
    - Volt, exprimée en V : unité de tension d'un circuit électrique
    - Ampère, exprimée en A : unité d'intensité d'un circuit électrique
    - WattHeure, exprimée en Wh ou kWh, qui a plusieurs significations : 
        * unité de consommation d'énergie pendant une heure par un équipement
        * unité de production d'énergie pendant une heure
        * unité de stockage d'énergie
    - VoltAmpère, exprimée en VA ou kVA : unité de puissance d'une installation électrique
Et la célèbre formule de nos tendres années collégiennes en physique : puissance = tension x intensité.

 

2- Installations :
    - domestiques, courant alternatif AC :
        * installation monophasée, puissance maximale de 12kVA : le conducteur de phase, le neutre et la protection de terre
        * installation triphasée, puissance maximale de 36kVA : trois conducteurs de phase distincts mais de même puissance, le neutre et la protection de terre
    - publiques, courant continu DC

------------------------------------------------------------------------
Quelques spécificités concernant les recharges de véhicules électriques :

3- Modes de recharge :
    - Mode 1 : Pas de contrôle -> prise électrique standard
    - Mode 2 : Contrôle dans le câble -> prise sécurisée dédiée avec 3,7kW maximum
    - Mode 3 : Contrôle dans la borne -> borne de recharge domestique avec 22 kW maximum
    - Mode 4 : Courant continu -> borne de recharge publique avec 350kW maximum

 

4- Types de câble de recharge :
    - Type 1 : AC monophasé, 7,2kW maximum
    - Type 2 : AC monophasé ou triphasé, 43kW maximum
    - Type 3 : abandonné
    - Type 4 Chademo ou ComboCCS : DC, 350kW maximum
    
Remarques :    
    - le Type 2 est aujourd'hui le standard en Europe pour des recharges classiques
    - Chademo est un standard présent en Asie porté par Nissan/Mitsubishi alors que le standard ComboCCS présent en Europe est porté par VAG, BMW, Daimler, ...
    - ComboCCS est une combinaison d'une prise pour recharge en courant alternatif (en haut) et des broches pour recharge en courant continu (en bas), elle permet donc des puissances de recharge très élevées    
    - le Type 4 ComboCCS est aujourd'hui le standard en Europe pour des recharges rapides
    - un câble de recharge rapide de type ComboCCS est toujours équipé en fixe sur une borne publique
    - un véhicule Audi a une limitation de puissance par son système de recharge intégré à l'auto
        * 7,2kW sur la gamme TFSI e en courant AC
        * 150kW sur la gamme e-Tron en courant AC en 11kW, en option en courant DC jusqu'à 150kW (à valider par les experts e-Tron)

------------------------------------------------------------------------
Dans la pratique :

 

Dans tous les cas, la puissance de recharge est bridée selon un des trois éléments suivants :
    - puissance maximale de l'équipement de fourniture de la recharge (prise domestique, prise renforcée, borne de recharge)
    - puissance maximale du câble de recharge
    - puissance maximale du système de recharge du véhicule    

 

Un véhicule PHEV Audi (TFSI e) est livré en 2021 avec 3 câbles :
    - un câble Type 2 <-> Type 2, max 22kW
    - un câble avec adapteur secteur <-> Type 2, max 1.8kW
    - un câble non homologué en France P17 <-> Type 2, max 7.4kW

Un véhicule full électrique Audi (e-Tron) est livré en 2021 avec x câbles :
    - un câble Type 2 <-> Type 2, max 22kW
    - à compléter...

 

Pour un véhicule e-Tron, il est possible de limiter la recharge à un certain pourcentage de la capacité totale de la batterie. Un véhicule TFSI e ne proposera que de recharger automatiquement à 100% de la capacité de la batterie.

 

------------------------------------------------------------------------    
Recharger chez soi :

 

Sauf cas remarquable où on est en mesure de charger au quotidien sur son lieu de travail (et aux frais de son employeur ?), une recharge à domicile est le pendant obligé du passage au véhicule hybride ou électrique.
La solution de facilité est de recharger sur une prise secteur classique. Toutefois, plusieurs éléments sont à prendre en compte :
    - sécurité de l'installation électrique vis-à-vis d'un courant avec une intensité modérée qui va être transporté de façon continue (à ne pas confondre avec le courant continu car on ne parle pas de courant continu ici mais de courant alternatif ;)) pendant plusieurs heures
    - le temps de recharge : sur une batterie d'une 15aine de kWh, recharger avec un câble avec adaptateur secteur fourni par Audi limitera la puissance à 1.8kW, soit plus de 8h de recharge. En cas de véhicule full électrique, c'est rédhibitoire.

 

Recharger au quotidien sur une prise électrique classique n'est vraiment pas recommandé et le risque de problème ou panne est majeur notamment du fait que les composants de la prise peuvent chauffer dangereusement avec un courant d'intensité soutenue qui passe en continu pendant des heures chaque jour.
Dans le cas où l'on souhaite maîtriser le budget, la prise renforcée est un bon compromis pour un PHEV. En achetant un câble secteur <-> Type 2 qui permet de charger à 3.6kWh (soit le double du câble fourni par Audi), une recharge d'un PHEV actuel prendra environ 4h.
La borne de recharge offrira plus de flexibilité pour un usager d'un PHEV qui a un court trajet non prévu. Il pourra recharger 50% de sa batterie en une heure.
A noter que certaines bornes de recharge peuvent également adapter la puissance de recharge fournie au véhicule en fonction de la consommation globale du logement, ceci en étant interconnectées avec un compteur Linky si le logement en est équipé.

 

Dans tous les cas, des protections électriques sont nécessaires pour une installation de recharge d'un véhicule électrique (prise électrique standard ou renforcée, ou borne de recharge).
    - interrupteur différentiel sensibilité 30mA Type A ou supérieur (F, Hpi, Si) en monophasé ou de type B en triphasé, de puissance adaptée par rapport à votre solution de recharge (prise renforcée ou borne de recharge)
    - disjoncteur Courbe B, C ou D de puissance adaptée par rapport à votre solution de recharge (prise renforcée ou borne de recharge)
Remarque : certaines bornes de recharge embarquent directement les protections adaptées. Bien étudier cette partie là lors de l'établissement du budget.

 

Exemple avec du matériel Schneider Electric, on trouve facilement les refs équivalentes chez Legrand :
Monophasé puissance de 32A, soit 7.4kWh :
    - interrupteur différentiel 40A 30mA : https://www.se.com/fr/fr/product/A9Z51240/
    - disjoncteur 40A : https://www.se.com/fr/fr/product/A9P71640/
Triphasé puissance de 16A, soit 11kWh :
    - interrupteur différentiel 40A 30mA: https://www.se.com/fr/fr/product/A9Z51440/
    - disjoncteur 20A : https://www.se.com/fr/fr/product/A9F75420/

 

Voici un petit tableau récapitulatif des puissances de recharges en fonction des capacités de l'installation :

 

En cas d'abonnement avec un système à heures creuses, plusieurs options sont possibles pour planifier les recharges :
    - planificateur basé sur horloge avec contacteur de puissance intégré au tableau électrique (envisageable pour une prise renforcée)
    - dispositif de planification intégré à la borne de recharge
    - planificateur intégré au véhicule

 

La solution la plus évidente est l'utilisation du planificateur intégré au véhicule avec l'application MyAudi. Voici quelques infos complémentaires dans un autre topic concernant la configuration d'une planification de recharge :

En France, à noter qu'un crédit d'impôt est octroyé en cas d'installation : https://www.service-public.fr/particuliers/actualites/A14582. En cas de logement collectif, le crédit d'impôt est cumulable avec une aide sous forme de prime Advenir.

------------------------------------------------------------------------
Conclusion :

 

Il n'est pas toujours nécessaire de mettre en place une solution de recharge très puissante mais plutôt d'adapter en fonction de ses besoins.
Pour un véhicule PHEV avec une batterie d'une quinzaine de kWh, une recharge sur prise renforcée peut suffire en fonction de ses usages quotidiens. Pour un véhicule électrique avec une batterie dépassant 70 kWh, une recharge via borne de recharge est indispensable.