Avec la popularité croissante des véhicules à énergie nouvelle, Bornes de recharge pour véhicules électriques (VE), en tant qu'installation supplémentaire importante, sont progressivement entrées dans la vie quotidienne des gens. Les bornes de recharge fournissent non seulement des services de recharge pratiques pour les véhicules électriques, mais favorisent également, dans une certaine mesure, le développement de véhicules à énergie nouvelle. Alors, comment fonctionne exactement une borne de recharge? Quels types et fonctionnalités a-t-elle? Cet article vous donnera une explication détaillée des principes et des connaissances connexes des bornes de recharge pour véhicules électriques.
La composition du système d'une station de recharge pour VE est relativement complexe, comprenant principalement les parties suivantes.
La section de distribution d'énergie d'entrée est le lien clé reliant la station de charge au réseau électrique. Elle comprend principalement des disjoncteurs de protection, des dispositifs de protection contre les surtensions et un compteur de puissance d'entrée. La fonction des disjoncteurs et des dispositifs de protection contre les surtensions est principalement d'assurer le fonctionnement en toute sécurité de la station de charge. Lorsque le réseau électrique subit un pic de tension ou un coup de foudre, le dispositif de protection contre les surtensions peut décharger la tension excessive à la terre, empêchant ainsi d'endommager les composants électroniques internes de la station de charge. Le disjoncteur de protection peut couper rapidement l'alimentation lorsque le circuit subit un court-circuit ou d'autres conditions anormales, empêchant les accidents. Le compteur de puissance d'entrée est principalement utilisé pour mesurer la consommation électrique de la station de charge afin d'obtenir une facturation précise. Il collecte les données d'utilisation et les télécharge dans le système de gestion backend pour la comptabilité et le règlement des frais d'utilisation.
Le circuit de commande est le cerveau de la station de charge, chargé de coordonner le fonctionnement des composants matériels internes. Grâce au circuit de commande, la station de charge peut obtenir un contrôle précis du processus de charge, y compris la régulation du courant et de la tension de charge, ainsi que la surveillance de l'état de charge. En fonction de l'état réel de la batterie EV, comme la tension et la température de la batterie, le circuit de commande ajuste automatiquement la stratégie de charge pour assurer une charge sûre et efficace.
Il s'agit de la plate-forme principale pour l'interaction de l'utilisateur avec la station de charge. Elle est généralement équipée d'un écran LCD qui affiche clairement les données de charge, telles que le volume de charge, le temps de charge et les frais. Les utilisateurs peuvent utiliser cette interface pour choisir les modes de charge (charge manuelle, charge par balayage de carte, etc.), définir le temps de charge, etc. Pendant le processus de charge, l'interface permet également aux utilisateurs de surveiller l'état de charge en temps réel, y compris la progression et le temps de charge restant.
Le bouton d'arrêt d'urgence est l'un des dispositifs de protection de la station de charge. En cas de dysfonctionnement de l'équipement ou d'urgence, l'utilisateur peut appuyer sur le bouton d'arrêt d'urgence pour couper rapidement l'alimentation d'entrée de la station de charge. Cette mesure protège efficacement l'équipement lui-même, empêche le défaut de s'aggraver et évite des dommages potentiels à l'utilisateur ou à l'environnement environnant.
La fonction du lecteur de carte est similaire à celle des dispositifs de balayage de carte bancaire que nous utilisons quotidiennement. Les utilisateurs peuvent utiliser une carte de recharge dédiée pour glisser sur le lecteur afin d'effectuer le règlement du paiement ainsi que de démarrer et d'arrêter le contrôle de l'appareil. Grâce au lecteur de carte, la station de recharge peut identifier les informations de compte de l'utilisateur, ce qui permet la gestion de la facturation et des autorisations de recharge.
Le connecteur de sortie, généralement appelé pistolet de charge, est le composant clé reliant la station de charge au VE. Le pistolet de charge transmet l'énergie CC générée par la station de charge à la batterie du VE. Pendant la charge, le pistolet se connecte étroitement au port de charge du VE pour assurer un transfert d'énergie stable. Pour garantir la sécurité et la fiabilité, les pistolets de charge sont généralement équipés de multiples dispositifs de protection, tels que des capteurs de température et des unités de détection d'isolation.
Le voyant de charge indique l'état actuel de la station de charge. En général, il a trois états : veille, panne et charge. Lorsque la station est en mode veille, le voyant est vert ; en cas de panne, le voyant devient rouge pour rappeler à l'utilisateur de vérifier ; pendant la charge, le voyant clignote ou devient jaune, ce qui permet à l'utilisateur de comprendre visuellement l'état de fonctionnement de la station.
Le principe de fonctionnement d'une station de charge est principalement basé sur la transmission et la conversion de l'énergie électrique pour charger la batterie EV. Le principe de base est le suivant : après la décharge de la batterie, un courant continu est appliqué dans la direction opposée du courant de décharge pour restaurer sa capacité. Pendant la charge, l'électrode positive de la batterie est connectée à la borne positive de l'alimentation, et l'électrode négative de la batterie est connectée à la borne négative de l'alimentation. La tension de charge doit être supérieure à la force électromotrice totale de la batterie.
Actuellement, il existe deux méthodes de charge principales : la charge à courant constant et la charge à tension constante.
La charge à courant constant est une méthode de charge de la batterie à un courant fixe contrôlé. La méthode de commande est relativement simple : en ajustant la tension de sortie du dispositif de charge ou en modifiant la résistance en série avec la batterie, le courant de charge est maintenu constant. Cependant, comme la capacité de la batterie à accepter le courant diminue à mesure que la charge progresse, une grande partie du courant dans les étapes ultérieures est utilisée pour électrolyser l'eau, produisant un excès de gaz. Par conséquent, la charge à courant constant est généralement combinée à une charge par étapes pour améliorer l'efficacité et la sécurité.
La charge à tension constante charge la batterie à une tension fixe contrôlée. Pendant tout le processus, la tension de charge reste constante, tandis que le courant de charge diminue progressivement à mesure que la tension aux bornes de la batterie augmente. Par rapport à la charge à courant constant, la charge à tension constante est plus proche de la courbe de charge optimale, ce qui la rend plus efficace. Au début, le courant de charge est élevé car la tension de la batterie est faible, mais à mesure que la charge se poursuit, le courant diminue progressivement, ne nécessitant qu'un simple système de commande.
À l'heure actuelle, les bornes de recharge les plus courantes sur le marché sont de deux types : les bornes de recharge CC et les bornes de recharge CA, qui diffèrent par les méthodes de recharge, la vitesse et les scénarios d'installation.
Les bornes de recharge CC sont des dispositifs de recharge fixes installés dans des lieux publics à l'extérieur des véhicules électriques, tels que les communautés résidentielles, les parkings, les quartiers d'affaires et les zones de service. Elles se connectent au réseau électrique public et fournissent une alimentation CC à la batterie des véhicules électriques. Les bornes de recharge CC chargent directement la batterie des véhicules électriques, généralement à l'aide d'une alimentation triphasée à quatre fils ou triphasée à trois fils. Avec de larges plages de tension et de courant réglables, elles permettent une charge rapide et sont souvent appelées chargeurs rapides.
Les chargeurs CC ont une puissance de sortie élevée, couramment disponibles en 30 kW, 60 kW, 80 kW, 120 kW, 150 kW, 180 kW et d'autres spécifications. Avec une vitesse de charge rapide, ils peuvent recharger un VE en peu de temps, ce qui les rend très pratiques pour les voyages longue distance ou les scénarios de charge urgents.
Les bornes de recharge CA sont également des installations fixes dans les espaces publics à l'extérieur des VE. Elles fournissent une alimentation CA monophasée ou triphasée contrôlable au chargeur embarqué du VE. Contrairement aux bornes de recharge CC, les chargeurs CA ne peuvent pas charger directement la batterie du VE. Ils ne fournissent qu'une puissance de sortie, et la charge est effectuée via le chargeur embarqué à l'intérieur du VE.
Étant donné que les chargeurs embarqués ont généralement des puissances nominales plus faibles, la charge CA est relativement plus lente et est généralement appelée charge lente. Les puissances nominales typiques sont de 3,5 kW, 7 kW et 15 kW. Les chargeurs CA conviennent pour une charge de nuit à la maison ou au bureau, ce qui les rend idéaux pour les déplacements quotidiens et la conduite en ville.
Méthode de charge : les chargeurs CC peuvent charger directement la batterie sans dépendre du chargeur embarqué, tandis que les chargeurs CA nécessitent le chargeur embarqué pour terminer la charge.
Temps de charge : La charge CC est plus rapide, ne prenant que des dizaines de minutes à 2-3 heures pour charger complètement la batterie, alors que la charge CA prend généralement environ 8 heures.
Après avoir compris les principes de fonctionnement et les types de bornes de recharge, examinons les principes de base de la recharge des VE. La recharge des VE est basée sur la transmission et la conversion de l'énergie électrique, qui comprend la recharge CC et la recharge CA.
La charge CC connecte une source d'alimentation CC directement à la batterie du VE, fournissant de l'énergie directement pour la charge. Elle est couramment utilisée pour la charge haute puissance et longue distance en raison de sa vitesse. Les stations de charge CC convertissent l'alimentation CA en CC à l'aide de redresseurs ou de convertisseurs. Équipées de connecteurs spéciaux, elles se connectent au port de charge du VE. Pendant la charge, le contrôleur envoie des commandes de charge pour assurer une consommation d'énergie stable. L'alimentation CC est ensuite fournie directement à la batterie, où le système de gestion de la batterie (BMS) surveille et gère le processus.
La charge CA connecte une source d'alimentation CA au VE. Le chargeur embarqué convertit le CA en CC avant de charger la batterie. La charge CA est couramment utilisée dans les ménages et les bureaux en raison de sa puissance relativement faible. Les stations de charge CA utilisent généralement une alimentation CA intérieure ou extérieure directement sans conversion. Équipées de prises domestiques ou de connecteurs dédiés, elles se connectent au port de charge du VE. À l'intérieur du véhicule, le chargeur embarqué (OBC) rectifie le CA en CC et le transmet à la batterie, le BMS gérant le processus.
Lors de la sélection d'une station de charge, il est important de prendre en compte deux indicateurs clés : la puissance de charge et le temps de charge.
La puissance de charge fait référence à la vitesse à laquelle le chargeur fournit de l'énergie au VE, généralement mesurée en kilowatts (kW). Plus la puissance est grande, plus la vitesse de charge est rapide. Les niveaux courants incluent la charge lente (faible puissance), la charge rapide (puissance moyenne) et la charge ultra-rapide (puissance élevée).
Charge lente : Généralement pour les chargeurs domestiques, environ 3-7 kW, convient pour une charge de nuit à la maison ou au bureau.
Charge rapide : Typiquement 20-50kW, utilisé dans les zones commerciales et les centres commerciaux. Plus rapide que la charge lente et utile pour la charge à court terme.
Charge ultra-rapide : généralement au-dessus de 100 kW, atteignant 350 kW ou plus. Convient aux voyages longue distance, permettant une charge rapide des batteries de grande capacité.
Le temps de charge dépend de la capacité de la batterie, de la puissance du chargeur et de l'état de charge de la batterie (SOC). La formule de calcul est :
Temps de charge (heures) = Capacité de la batterie (kWh) ÷ Puissance du chargeur (kW)
Par exemple, si un véhicule électrique a une batterie de 50 kWh et utilise un chargeur rapide de 50 kW, le temps de charge est d'environ 1 heure. Cependant, le temps de charge peut varier en fonction du SOC et des stratégies de charge. En général, la charge est plus rapide dans les premiers stades et ralentit lorsque le SOC s'approche du plein pour protéger la durée de vie de la batterie.
Lors du choix d'une borne de recharge, tenez compte des facteurs suivants pour vous assurer qu'elle répond à vos besoins.
Pour le chargement à la maison ou au bureau, un chargeur secteur est approprié, avec un coût d'installation inférieur et une charge silencieuse et de longue durée. Pour les déplacements fréquents ou les recharges rapides, les chargeurs CC sont plus appropriés grâce à leur vitesse.
La puissance du chargeur affecte directement le temps de charge. Une puissance plus élevée réduit le temps mais augmente les coûts d'installation et d'exploitation. Pour les ménages, des chargeurs CA de 3,5 à 7 kW sont généralement suffisants. Pour une charge rapide fréquente, 20 à 50 kW sont recommandés. Pour une charge longue distance ou urgente, les chargeurs ultra-rapides (100 kW +) sont les meilleurs, bien que moins courants et nécessitant une compatibilité batterie et port plus élevée.
La sécurité est essentielle. Assurez-vous que les chargeurs disposent de protections complètes telles qu'une protection contre les surintensités, les surtensions, les courts-circuits et les surtensions. Les boîtiers doivent être étanches à l'eau et à la poussière. Les pistolets et les câbles de charge doivent être solides et fiables.
Différentes marques et modèles de VE peuvent nécessiter des interfaces ou des protocoles de communication spécifiques. Assurez-vous que le chargeur correspond à votre VE. Il est préférable de consulter le constructeur de votre véhicule ou le fournisseur du chargeur avant l'achat.
En tant qu'équipement électronique, les chargeurs peuvent rencontrer des problèmes pendant leur utilisation. Le choix d'un fournisseur avec un service après-vente fiable garantit une réparation et un remplacement en temps opportun. Vérifiez les conditions de garantie, le temps de réponse du service et la disponibilité des pièces de rechange.
En résumé, les bornes de recharge pour véhicules électriques ne sont pas seulement une infrastructure cruciale soutenant le développement de véhicules à énergie nouvelle, mais elles sont également essentielles pour assurer la commodité et la sécurité des propriétaires de véhicules électriques. En comprenant la composition de leur système, leurs principes de travail, leurs méthodes et types de recharge, les utilisateurs peuvent faire des choix éclairés en fonction de leurs besoins et de leurs scénarios. Des facteurs d'équilibre tels que la puissance de recharge, le temps, la sécurité, la compatibilité et le service après-vente garantissent une recharge efficace, sûre et économique, favorisant davantage l'adoption des véhicules électriques et la réalisation de la mobilité verte.
