Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur la recharge rapide
Qu'est-ce que la recharge rapide ? Comment fonctionne-t-elle ? Quelle vitesse peut-elle réellement atteindre ? Notre expert en recharge rapide, Luc Bronk, nous répond.
L'essentiel
Qu'est-ce que la recharge rapide ? Et en quoi est-elle différente de la recharge "normale" ? Toutes les batteries, y compris celles des véhicules électriques, utilisent le courant continu (DC) pour se recharger et se décharger. Or, le réseau électrique fournit du courant alternatif (AC). Le courant alternatif du réseau doit donc être converti en courant continu, afin de pouvoir être utilisé pour recharger la batterie. Cette conversion s'effectue au moyen d'un convertisseur AC/DC.
Le convertisseur AC/DC fait partie de ce que l'on appelle les chargeur. Les chargeurs peuvent être intégrés au véhicule en tant que chargeur embarqué, ou être externes au véhicule (par exemple, les bornes de recharge rapide que l'on trouve dans les stations Fastned). Aujourd'hui, presque tous les véhicules électriques sont équipés d'un petit chargeur embarqué. Vous pouvez utiliser un câble pour connecter le chargeur embarqué à une prise de courant alternatif ordinaire dans votre garage ou le brancher à un point de recharge. Le point de recharge fournit le courant alternatif nécessaire au chargeur embarqué pour recharger votre batterie.
Si vous voulez recharger plus rapidement, le convertisseur AC/DC et donc le chargeur doit être plus grand. Mais un chargeur plus grand est aussi plus lourd, prend plus de place dans la voiture et ajoute complexité et coût au véhicule. C'est pourquoi les constructeurs automobiles optent généralement pour un chargeur embarqué relativement petit - et donc lent - afin d'optimiser la prise en compte de ces facteurs.
La charge rapide est différente
Un chargeur externe qui effectue la conversion AC/DC peut être beaucoup plus grand, plus lourd, plus complexe et plus cher qu'un chargeur embarqué. Mais il est aussi beaucoup plus rapide. C'est pourquoi on les appelle généralement "chargeurs rapides à courant continu" ou simplement "chargeurs rapides". Un chargeur rapide communément délivre une puissance de 300 kW, ce qui permet de recharger un véhicule 25 à 80 fois plus vite qu'un chargeur embarqué. La prochaine génération de chargeurs rapides a été introduite au début de l'année 2023 et délivre une puissance de 400 kW. Nous reviendrons plus tard sur l'impact de cette évolution.
Comment fonctionne la recharge rapide?
La batterie d'un véhicule se compose de plusieurs "cellules". Une cellule individuelle est assez semblable à une pile rechargeable que vous pouvez utiliser à la maison, mais plus grande. Une Lucid Air dotée d'une batterie de 112 kWh contient 6 600 cellules individuelles. Une BMW i3 dotée d'une batterie de 21,6 kWh ne contient que 96 cellules, mais celles-ci sont plus grandes que celles utilisées par Lucid. Avec l'ensemble du câblage et de l'emballage, les cellules forment le bloc-batterie, comme illustré ci-dessous.
"Les batteries d'aujourd'hui sont conçues pour permettre une recharge rapide"
BMW i3 bloc batterie
Les batteries d'aujourd'hui sont conçues avec une capacité de recharge rapide. Par exemple, le groupe motopropulseur de la BMW i3 est conçu pour une puissance de pointe de 125 kW et une puissance continue de 75 kW, tandis que la charge rapide s'effectue à 50 kW.
Durée de vie de la batterie
Voici quelque chose que vous ne savez peut-être pas : les batteries des voitures ne sont jamais utilisées à 100%, dans leur usage quotidien. Et pour cause : les secteurs de l'automobile et de la recharge rapide ont appris à utiliser les batteries de voiture de la manière la plus efficace possible. La dernière génération de batteries de véhicules électriques est conçue pour maintenir un niveau de charge compris entre 10% et 90%. En maintenant les niveaux de batterie entre ces paramètres, nous pouvons prolonger la durée de vie de la batterie et maximiser la capacité de recharge (rapide).
Par exemple, la capacité utilisable de la batterie Tesla Model Y Long Range de 78,1 kWh est d'environ 75 kWh, soit 90 à 95 % de la capacité totale. La différence de 3,1 kWh est utilisée comme réserve pour "amortir" l'impact de la recharge et de la décharge. Le bloc-batterie passe automatiquement d'environ 5 % à 95 % de sa capacité. Tout cela est géré par le système de gestion de la batterie (BMS) et totalement caché au conducteur.
De nombreux facteurs influencent la durée de vie de la batterie, notamment la température, l'âge de la batterie, sa taille, sa composition chimique, la durée pendant laquelle la batterie est maintenue à pleine charge et le nombre de cycles de charge et de décharge. Les recherches montrent que l'utilisation fréquente de chargeurs rapides n'affecte guère la durée de vie de la batterie lorsqu'elle est testée avec la Tesla Model Y. La même dégradation se produit lorsque la recharge est fréquente sur un chargeur à courant continu par rapport à une recharge à courant continu faible. En règle générale, une batterie dure plus longtemps lorsque sa taille augmente, car moins de cycles de recharge et de décharge sont nécessaires pour le même kilométrage.
"L'utilisation fréquente de chargeurs rapides n'affecte guère la durée de vie de la batterie"
L'importance des ampères et des volts
La puissance (exprimée en watts) est le produit de la tension (voltes) et du courant (ampères). Vous avez besoin des deux pour une recharge rapide. Considérez la tension (V) comme la pression de l'eau et le courant (A) comme la taille du robinet. Si vous voulez plus d'eau plus rapidement, vous devez augmenter la pression de l'eau et/ou la taille du robinet. Nos chargeurs rapides font les deux, mais pour l'électricité.
On parle généralement de recharge rapide lorsque la vitesse est de 50 kW ou plus. En termes de tension et de courant, cela correspond à 400 V et 125 A (400 * 125 = 50 000 W = 50 kW).
Pourquoi 400 V ? Pour les batteries de voiture ! La plupart des batteries de voiture fonctionnent aujourd'hui à environ 400 V lorsqu'elles sont complètement rechargées, et c'est donc le niveau que nous visons.
Pourquoi 125 A ? C'est à cause des chargeurs. La plupart des chargeurs rapides de 50 kW peuvent fournir un courant maximal de 125 A.
Heureusement, le développement des chargeurs rapides bat son plein et nos derniers chargeurs CCS de 400 kW peuvent fournir jusqu'à 500 A et bientôt jusqu'à 600 A. Pas mal comme robinet !
Votre voiture détermine principalement la vitesse de recharge
On croit souvent à tort que la recharge des batteries de voiture est une ligne droite et qu'elles se rechargent toujours au maximum de leurs performances. Ce n'est pas le cas. Dans presque toutes les situations, c'est le véhicule qui détermine la vitesse de recharge. Voici comment cela fonctionne :
Pendant la charge, le BMS et le chargeur rapide communiquent. Le BMS demande au chargeur rapide de définir la vitesse de recharge. Cette vitesse est généralement exprimée en kilowatts (kW). Charger une voiture pendant une heure à 50 kW permet d'injecter 50 kWh d'énergie dans la batterie. En moyenne, un véhicule électrique consomme 1 kWh pour parcourir 5 km. Certains véhicules, comme Tesla, expriment également la vitesse de recharge en kilomètres d'autonomie gagnés par heure de recharge. Ainsi, 50 kW équivalent à environ 250 km/heure ( soit 250 km d'autonomie parcourus en 1 heure).
Qu'est-ce qui influence la vitesse de charge?
La capacité de la batterie
En général, une plus grosse batterie peut être rechargée plus rapidement. Ainsi, une Tesla Model S dotée d'une batterie de 100 kWh peut être rechargée à une puissance supérieure à celle d'une BMW i3 dotée d'une batterie de 21 kWh. C'est également la principale raison pour laquelle les véhicules électriques hybrides rechargeables (PHEV) actuels ne peuvent pas se recharger rapidement : leurs blocs-batteries sont tout simplement trop petits. La plupart des fabricants de véhicules électriques hybrides rechargeables n'incluent pas le matériel supplémentaire (par exemple, le port et le câblage supplémentaire) dans la voiture.
État de charge (SoC)
Lorsque la batterie est presque entièrement rechargée, la vitesse de charge diminue pour éviter que ses cellules ne surchauffent. Généralement, à 80-90 % de la capacité de charge, la vitesse diminue, encore plus à l'approche des 100%. C'est la raison pour laquelle la recharge rapide est plus efficace entre 0 % et 80-90 % de SoC. En outre, comme indiqué précédemment, les batteries les plus récentes sont même conçues pour maintenir un niveau de charge compris entre 10 et 90 %.
Température de la batterie
Les cellules de la batterie fonctionnent le plus efficacement entre 20 et 25 degrés Celsius (68-77 degrés Fahrenheit). Lorsque la température de la batterie est trop basse ou trop élevée, le BMS réduit le courant demandé pour protéger la santé des cellules de la batterie. Si la batterie est équipée d'un système de chauffage ou de refroidissement (comme sur la BMW i3), le système de gestion de la batterie active ce système afin de contrôler la température des cellules. Notez que la température de la batterie n'est pas seulement influencée par la température extérieure, mais aussi par la conduite (sur autoroute) et la recharge (rapide), qui augmentent généralement la température de la batterie.
La chimie des batteries
Lors de la conception d'une batterie, les fabricants doivent faire des choix concernant la taille, le poids, les coûts, la durée de vie et les performances de la batterie. En fonction du public cible du véhicule, ils peuvent, par exemple, compromettre les performances de la batterie au détriment des coûts et du poids. Par ailleurs, un véhicule haut de gamme aura de meilleures performances et pourra inclure une régulation de la température de la batterie, mais son prix sera également plus élevé.
"Chez Fastned, tous les chargeurs peuvent fonctionner à pleine puissance, quel que soit le nombre de véhicules qui rechargent au même endroit"
Impact des chargeurs rapides sur la vitesse de recharge
Les chargeurs rapides eux-mêmes pourraient limiter la vitesse maximale à laquelle un véhicule peut être rechargé. Si un chargeur rapide a une puissance nominale de 50 kW, il ne fournira jamais plus de puissance, même si le véhicule peut se recharger plus rapidement. Il peut également y avoir des limites à la connexion au réseau électrique. Lorsque plusieurs chargeurs sur un même site doivent partager l'énergie disponible, celà peut aboutir à une situation où un chargeur rapide ne peut pas fournir sa pleine puissance.
Recharge haute puissance
Il n'existe actuellement que deux normes ouvertes de recharge rapide : "CCS" et "CHAdeMO".
Le système de recharge combiné (CCS) a été développé par sept constructeurs automobiles et a été conçu à l'origine pour des recharges allant jusqu'à 80 kW (à 400 V). La norme est promue par CharIN et est soutenue par un grand nombre de constructeurs automobiles et de fabricants de chargeurs à travers le monde.
CHAdeMO a déjà été développé en 2010 par l'association CHAdeMO et est une initiative des constructeurs automobiles japonais. La conception initiale permettait de charger jusqu'à ~50 kW (à 400V).
Fastned est membre de ces deux organisations et propose ces normes dans toutes ses stations. Dans une station Fastned, il est peu probable que vous trouviez un chargeur qui ne puisse pas atteindre la puissance maximale de votre véhicule. À partir de 2023, Fastned a commencé à installer des chargeurs de 400 kW. Il n'existe actuellement aucun véhicule grand public sur le marché capable de recharger à cette vitesse.
La course à la recharge rapide est lancée
De plus en plus de véhicules se rechargent avec un pic plus élevé. Actuellement, nous voyons de plus en plus de véhicules dotés d'une infrastructure de 800 V dans leur batterie. Lorsque la tension est plus élevée, il est probable que la voiture se recharge plus rapidement. Au cours de l'été 2023, la Lotus Eletre a fait ses débuts sur le marché européen avec une puissance de recharge de pointe de 350 kW. Il s'agit de la voiture de tourisme la plus rapide à recharger à ce jour (octobre 2023).
Parallèlement, les constructeurs automobiles traditionnels entrent sur le marché avec des véhicules capables de se recharger plus rapidement. Porsche travaille sur une nouvelle version de sa Taycan qui peut se recharger à plus de 320 kW, et Audi présentera son nouveau Q6 e-tron avec une capacité de charge maximale de 270 kW sur une batterie de 100 kWh. Les précédents modèles Audi Q8 e-tron 2023 (170 kW) et Audi Q4 e-tron 2021 (175 kW) n'étaient pas en mesure de se recharger à ces vitesses élevées.
Ces annonces montrent que la course à la recharge rapide est lancée. Il est également clair qu'un réseau de stations de recharge ultra-rapide est nécessaire pour soutenir l'introduction de ces véhicules électriques de nouvelle génération, car la plupart des autres formes de recharge ne seront tout simplement pas en mesure de supporter les dernières avancées en matière de batteries.
Déploiement d'une infrastructure de recharge de nouvelle génération
De nombreuses stations Fastned sont équipées de chargeurs de 300 kW. Fastned dispose de connexions au réseau qui permettent de recharger simultanément 4 à 8 voitures à une puissance maximale de 300 kW. D'autres stations Fastned peuvent facilement être mises à niveau avec une connexion au réseau plus importante. Il est possible d'augmenter la capacité à l'avenir en introduisant une batterie de stockage sur site et/ou en augmentant encore la capacité des connexions au réseau. L'agencement de nos stations est déjà conçu pour un débit maximal de voitures. Nous avons installé notre premier chargeur de 400 kW en décembre 2022 et nous continuerons à déployer des chargeurs de 400 kW dans les années à venir.
Vous pouvez suivre @fastned pour les dernières nouvelles et moi @lucbronk (Commercial Activation Manager) ou @rolandvanderput (Energy Sourcing Manager) pour plus d'informations sur le secteur de la recharge rapide.
