Les batteries de traction qui équipent les voitures électriques sont caractérisées par un fonctionnement réversible : elles peuvent recevoir et restituer de l’énergie. Cette propriété remarquable s’explique par une inversion des réactions chimiques qui s’opèrent au sein de la batterie : au cours de la décharge, les ions Li+ migrent naturellement vers l’électrode positive entraînant la circulation des électrons de l’électrode négative à l’électrode positive et fournissant ainsi de l’énergie au circuit électrique (voir l’article « La batterie de traction »). Au contraire, lorsqu’une batterie se recharge, les électrons circulent de l’électrode positive à l’électrode négative inversant ainsi le sens de migration des ions et permettant à la batterie de récupérer de l’énergie.
De nos jours, la recharge d’une voiture électrique ne peut-être pilotée par l’utilisateur : les sollicitations de courant dépendent exclusivement du type de recharge utilisé et sont optimisées pour minimiser le temps de chargement et assurer la sécurité du véhicule.
Les différentes méthodes pour recharger un véhicule électrique
Les échelons de puissance
Un utilisateur de voiture électrique peut choisir parmi trois types de charge selon l’autonomie qu’il souhaite récupérer, avec le temps dont il dispose.
La charge « lente » : est caractérisée par un courant inférieur à 16 A, ce qui se traduit par une puissance de charge relativement faible (3,7 kW maximum). Il faut alors compter entre 6 à 9 heures pour effectuer une charge complète. La charge douce reste la plus respectueuse de la batterie ce qui permet de favoriser sa pérennité, elle est également le moyen le plus économique de charger sa voiture électrique, ne nécessitant en effet pas d’abonnement particulier.
La charge « accélérée » : le courant utilisé monte jusqu’à 32 A, ce qui permet d’augmenter la puissance électrique (22 kW maximum) et de recharger le véhicule à 80% en 1h30 environ.
La charge « rapide » : elle permet une charge à 80% en 30 minutes, avec une puissance supérieure à 22 kW (50 kW maximum).
Les charges rapides et, dans une moindre mesure, les charges accélérées ne sont pas destinées à recharger complètement un véhicule électrique mais plutôt à prolonger son autonomie. Les constructeurs communiquent exclusivement sur le temps de charge « à 80% » et non celui « à 100% ». En effet passé le seuil des 80% la charge devient alors plus lente, le temps de charge à 100% est en réalité le double du temps de charge à 80%. Nous reviendrons dans la suite de l’article sur le phénomène qui explique cette spécificité.
Les modes de recharges de voitures électriques et les prises associées
Comme la charge d’une voiture électrique entraîne la circulation de courants importants, il faut prendre certaines précautions pour assurer la sécurité du véhicule. L’une d’entre elle s’appelle le mode de recharge, et définit la façon dont la voiture et l’infrastructure de recharge communiquent :
- Le mode 1 : correspond à l’alimentation du véhicule en courant alternatif par l’intermédiaire d’une prise domestique. Il n’y a pas de boitier de contrôle de charge ce qui peut entraîner des complications électriques sans que le danger ne soit prévenu ni corrigé.
- Le mode 2 : se différencie du premier mode par la présence d’un boîtier de contrôle sur le câble d’alimentation qui assure un dialogue avec le véhicule à charger. Ce boîtier associé à la prise green up est un moyen très sécurisé de charger son véhicule, en effet le boitier est capable de réagir à toute anomalie en stoppant la charge. C’est également le mode le plus économique ne nécessitant pas l’installation d’une wallbox beaucoup plus coûteuse que la green up contrairement au 3e mode.
- Le mode 3 : correspond à l’alimentation du véhicule en courant alternatif via une prise de courant spécifique normalisé (Wall Box, borne de recharge). Cela permet d’augmenter la puissance de charge, de sécuriser l’installation et, par un dialogue entre la prise et le véhicule, de gérer intelligemment la charge. Les modes 2 et 3 protègent la batterie et charge de la même façon, mais ce dernier permet de préprogrammer sa charge qui se déclenchera automatiquement aux heures creuses permettant de réduire les coûts de charge.
- Le mode 4 : le véhicule est alimenté en courant continu (niveau de puissance élevé) par l’intermédiaire d’une borne de recharge. Ce mode est exclusivement réservé aux charges rapides.
Le profil de la recharge d’une voiture électrique
Après avoir détaillé les différents moyens mis à la disposition des utilisateurs de voitures électriques pour effectuer une recharge, nous allons analyser les différentes sollicitations auxquelles la batterie est soumise. Contrairement à ce que l’on peut penser, le processus de remplissage d’une batterie dépend de son état de charge : comme lorsque l’on remplit un verre d’eau, on peut se permettre d’aller rapidement au début pour gagner du temps, mais vers la fin, il faut être plus prudent pour ne déborder.
Ainsi, on distingue deux phases singulières dans le profil de charge d’un véhicule électrique :
- 1ère phase : On commence par appliquer un courant constant, dont l’intensité dépend du type de charge choisi (lente/accélérée/rapide). La batterie se charge, sa tension augmente et après un certain temps, celle-ci va atteindre le seuil de tension limite fixé par le constructeur pour la protéger (cf. article « Le BMS : le logiciel d’une batterie de véhicule électrique »). À partir de 80%, la charge ne peut pas être poursuivie à courant constant sans risquer de créer une surtension destructive pour la batterie.
- 2ème phase : Pour ne pas dépasser cette valeur limite, on va fixer la tension de la batterie et terminer la charge avec un courant de moins en moins important. Cette deuxième phase est beaucoup plus longue que la première et dépend de nombreux facteurs comme l’état de vieillissement de la batterie, la température extérieure et l’intensité du courant dans la phase 1.
On comprend ainsi pourquoi les constructeurs de charges accélérés/rapides communiquent uniquement sur des temps de charge à 80% : cela correspond à ceux de la première phase qui est rapide et permet de regagner beaucoup d’autonomie.
Le lien entre la charge et vieillissement d’une batterie de voiture électrique
Chaque batterie de traction est caractérisée par un courant dit « d’absorption naturel » qui correspond au courant limite à partir duquel la batterie s’échauffe. Lors d’une charge accélérée ou rapide, les intensités mises en jeu sont nettement supérieures à cette limite et entrainent ainsi des échauffements importants. Comme nous l’avions expliqué dans l’article « Le vieillissement des batteries de traction », les températures élevées favorisent la dégradation des éléments chimiques, accélérant ainsi le vieillissement des batteries et réduisant leurs performances.
Pour préserver son véhicule, il faut donc privilégier les charges lentes et utiliser des câbles certifiés qui assurent la sécurité du véhicule. Sur le marché il existe des acteurs comme Securecharge sensibles aux questions de protection du véhicule électrique lors de la recharge. Cette société française spécialisée dans la recharge de véhicule électrique et hybride rechargeable, propose des câbles et chargeurs portables certifiés par des laboratoires officiels et étudiés pour préserver votre installation et votre véhicule.
Recharge voiture électrique : affaire à suivre…
La charge des voitures électriques est un sujet complexe encore très étudié par les scientifiques, et dont le potentiel technique sera très certainement un élément incontournable du monde de demain. On peut penser par exemple au « vehicule-to-grid » (ou « de la voiture au réseau »), un concept que l’on retrouve majoritairement au Japon, permettant d’utiliser les batteries de traction en charge pour alimenter le réseau électrique d’une ville. Cette solution permet de mieux gérer les fluctuations imprévisibles des énergies renouvelables : l’électricité peut être stockée lorsqu’elle est produite en surplus ou récupérée lorsque la demande est trop importante.
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Sources :
Analyse expérimentale et modélisation d’éléments de batterie et de leurs assemblages : application aux véhicules électriques et hybrides. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01157751/document
Stratégies de gestion de l’énergie électrique d’un système multi-source : décision floue optimisée pour véhicule électrique hybride. http://thesesups.ups-tlse.fr/2015/1/2013TOU3005.pdf
Dossier : la recharge des véhicules électriques. https://www.automobile-propre.com/dossiers/recharge-voitures-electriques/
Le V2G : https://www.energuide.be/fr/questions-reponses/quest-ce-que-le-vehicle-to-grid-ou-v2g/2143/
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