Normes et protocoles de recharge des véhicules électriques

Normes et protocoles de l'industrie de la recharge des véhicules électriques

La technologie qui alimente le secteur de la recharge des véhicules électriques a considérablement évolué au cours des dernières années. À mesure que les véhicules électriques s'intègrent naturellement dans l'écosystème des transports, nous assistons à une transition vers la normalisation des chargeurs et à l'introduction de nouveaux protocoles industriels pour l'interopérabilité. Aujourd'hui plus que jamais, il est particulièrement difficile de suivre les nouvelles évolutions et de s'assurer que les technologies sont conformes aux dernières réglementations et normes en matière de recharge des véhicules électriques.

Les exploitants de bornes de recharge et les prestataires de services de mobilité électrique sont confrontés à des défis liés à leur expansion à l'international, notamment en ce qui concerne la gestion des différents protocoles, réglementations et devises, ainsi que l'intégration de fonctionnalités d'itinérance dans leurs réseaux.

Dans cet article de blog, nous avons dressé une liste des normes et protocoles de l'industrie de la recharge des véhicules électriques qui offrent la flexibilité nécessaire à l'ensemble du marché des véhicules électriques. La normalisation dans ce secteur sera un facteur clé du développement futur des infrastructures de recharge des véhicules électriques.

Protocoles et normes de recharge des véhicules électriques

Connecteurs standard pour la recharge des véhicules électriques

Connecteurs de type 1 et de type 2

Les connecteurs de type 1 étaient principalement utilisés en Amérique du Nord et au Japon. Également connus sous le nom de SAE J1772 (car la norme est gérée par SAE International – anciennement la Society of Automotive Engineers), ou « prise J » en abrégé, ces connecteurs comportent 5 broches et peuvent fournir jusqu’à 19,2 kW de puissance (80 A à 240 V) sur un réseau monophasé à courant alternatif. Le connecteur se verrouille et se déverrouille du véhicule grâce à un mécanisme manuel. Finalisé en 2009, ce connecteur a été intégré à la norme internationale IEC 62196 relative aux chargeurs pour véhicules électriques, qui couvre les fiches, les prises, les points de raccordement, les connecteurs de véhicule et les entrées de véhicule.

Les connecteurs de type 2 constituent l’équivalent européen du type 1 nord-américain et sont souvent appelés « Mennekes », du nom de l’entreprise allemande qui les a conçus.
Lancés en 2013, ces connecteurs comportent 7 broches et peuvent fournir jusqu’à 43 kW de puissance via une ligne monophasée de 70 A ou une ligne triphasée de 63 A, à une tension maximale de 500 V. Cette puissance nominale plus élevée les rendait adaptés à la recharge rapide. Ces connecteurs utilisent un mécanisme de verrouillage et de déverrouillage automatique déclenché par le conducteur type 1, les connecteurs de type 2 ont également été intégrés à la norme CEI 62196.

Chacun de ces connecteurs comprend une ligne de commande pilote (CP) (conformément à la norme CEI 61851-1), qui sert à la communication entre le véhicule et le chargeur à l’aide d’un signal de modulation de largeur d’impulsion (PWM). Une session de recharge est divisée en 6 états indiqués par la tension de la ligne CP : veille, véhicule connecté, recharge autorisée, ventilation, arrêt de l’EVSE, erreur. Par exemple, dès qu’une connexion correcte est établie entre l’EVSE et le véhicule, la tension de la ligne CP passe de 12 V à 9 V. Le « rapport cyclique » (la durée de l’impulsion) détermine le courant maximal que l’EVSE peut fournir au véhicule. Par exemple, un rapport cyclique de 10 % indique qu’un courant de 6 A est disponible, tandis qu’un rapport cyclique de 96 % indique qu’un courant de 65 A est disponible pour la recharge.

Depuis l'introduction de la norme CCS, les connecteurs de type 1 et de type 2 ont été progressivement supprimés, et il serait aujourd'hui très difficile d'en trouver un.

CCS – Norme relative au système de recharge combiné

La norme CCS (Combined Charging System) couvre plusieurs aspects de la recharge des véhicules électriques, notamment la recharge en courant alternatif et en courant continu, les communications entre la station de recharge et le véhicule, l'équilibrage de charge, l'authentification et l'autorisation de recharge, ainsi que le coupleur du véhicule (le connecteur à l'extrémité du câble de recharge et la prise correspondante dans le véhicule). Le terme « combiné » fait référence au fait que le CCS ajoute essentiellement une recharge rapide en courant continu grâce à une extension des connecteurs CA de type 1 et de type 2, ce qui donne respectivement les connecteurs Combo 1 (CCS1) et Combo 2 (CCS2), qui peuvent fournir jusqu'à 350 kW de puissance. Les connecteurs CCS 1 sont courants en Amérique du Nord, tandis que les connecteurs CCS 2 sont utilisés en Europe.

La norme CCS a été introduite par sept constructeurs automobiles (Audi, BMW, Daimler, Ford, General Motors, Porsche et Volkswagen) et le premier prototype a été présenté en mai 2012. En 2014, l'Union européenne a adopté la norme CCS2 comme exigence pour les réseaux de recharge des véhicules électriques. Aux États-Unis, les premiers réseaux CCS étendus ont été achevés le long des principaux corridors de la côte est et de la côte ouest en 2016.
Aujourd'hui, les entreprises américaines qui souhaitent bénéficier d'une partie des 7,5 milliards de dollars de financement fédéral alloués au réseau national de recharge des véhicules électriques doivent prendre en charge le CCS.

NACS – Norme nord-américaine de recharge

Tesla domine le marché nord-américain des véhicules électriques depuis 2012. L'entreprise n'a pas adopté la norme CCS qui s'est imposée aux États-Unis et en Europe, mais a plutôt utilisé son propre système de recharge. En novembre 2022, Tesla a rendu ses spécifications publiques et les a annoncées comme la norme de recharge nord-américaine (NACS). Les stations de recharge Tesla sont plus nombreuses que les stations CCS par rapport à tous les autres fournisseurs de services réunis, ce qui en fait la norme la plus courante aux États-Unis. À l'instar des prises CCS Combo, la norme NACS offre à la fois une recharge en courant alternatif et en courant continu dans une seule prise, mais sa capacité dépasse celle de la norme CCS et peut fournir jusqu'à 1 MW de puissance en courant continu.

Ford et General Motors ont tous deux annoncé qu'ils adopteraient la norme NACS, et les premiers véhicules compatibles NACS devraient sortir des chaînes de montage de GM et Ford en 2025. D'ici là, conducteurs GM et Ford conducteurs utiliser un adaptateur pour se connecter aux chargeurs NACS.

CHAdeMO

CHAdeMO est une norme de recharge rapide en courant continu mise au point au Japon en 2010 par l’association CHAdeMO, sous l’égide de la Tokyo Electric Power Company (TEPCO) et des principaux constructeurs automobiles japonais. Il s’agit du premier connecteur normalisé de recharge rapide en courant continu à avoir été largement adopté à l’échelle mondiale, ce qui a contribué à accélérer l’adoption précoce des véhicules électriques. Au départ, CHAdeMO offrait une puissance maximale de 62,5 kW, mais les normes ultérieures ont permis d’atteindre 200 kW puis 400 kW. Depuis la version CHAdeMO 3.0 publiée en 2020 (également connue sous le nom de ChaoJi, développée en collaboration avec la Chine), la norme permet d’atteindre jusqu’à 900 kW. Le CHAdeMO a été largement déployé au Japon et a également connu un succès considérable en Europe et en Amérique du Nord au cours des premières années de la recharge rapide publique. Aujourd’hui, il reste la principale norme de recharge rapide en courant continu au Japon, mais a été largement remplacé par le CCS en Europe et par le NACS et le CCS en Amérique du Nord. La plupart des nouveaux véhicules électriques hors du Japon ne sont plus équipés d’une prise CHAdeMO, bien que de nombreuses bornes de recharge prennent encore en charge cette norme.

GB/T

La norme GB/T est la norme nationale chinoise relative à la recharge des véhicules électriques ; elle a été élaborée par l’Administration nationale de la normalisation. Contrairement aux normes CCS et NACS, la norme GB/T utilise des connecteurs différents pour la recharge en courant alternatif et en courant continu. La norme GB/T actuelle a été adoptée en 2015 après plusieurs révisions, puis encore améliorée en 2023. La dernière spécification en courant continu prend en charge jusqu’à 1 200 kW (1 500 V et 800 A), ce qui en fait l’une des normes de recharge les plus puissantes disponibles à l’heure actuelle. La norme GB/T est utilisée presque exclusivement en Chine continentale, qui possède le plus grand marché de véhicules électriques et le plus grand réseau public de recharge au monde, avec des millions de bornes de recharge construites selon cette norme. En dehors de la Chine, son adoption se limite à un petit nombre de marchés voisins et aux véhicules chinois importés. Alors que la norme GB/T reste le connecteur dominant en Chine, la norme ChaoJi de nouvelle génération, approuvée en 2023, est développée conjointement avec l’association CHAdeMO afin de prendre en charge une recharge d’une puissance encore plus élevée et d’assurer une meilleure compatibilité internationale. Elle est rétrocompatible avec la norme GB/T grâce à un adaptateur.

Connecteurs standard pour la recharge des véhicules électriques

Résumé des types de connecteurs courants

Normes relatives aux protocoles de recharge des véhicules électriques

OCPP – Protocole ouvert pour les bornes de recharge

Le protocole OCPP (Open Charge Point Protocol) est un protocole de communication dédié à la recharge des véhicules électriques, qui assure l'échange d'informations entre les bornes de recharge et un système de gestion central. Il s'agit d'une norme internationale, open source et indépendante des fabricants, disponible gratuitement.

Le protocole a été développé par l'Open Charge Alliance (OCA) pour le marché des infrastructures pour véhicules électriques. Il est considéré comme la norme de facto en matière d'interopérabilité des infrastructures de recharge entre les fabricants d'équipements de recharge, les fournisseurs de logiciels et de systèmes, les opérateurs de réseaux de recharge et les organismes de recherche. Ce protocole est un moyen éprouvé d'optimiser les coûts et de minimiser les risques liés aux investissements dans les infrastructures en réseau. Il offre aux opérateurs d'infrastructures la flexibilité nécessaire pour être indépendants des EVSE et permet aux conducteurs de véhicules électriques d'y accéder facilement.

De nombreux acteurs clés du secteur des véhicules électriques (fabricants de stations de recharge, services publics, opérateurs de bornes de recharge et fournisseurs de logiciels de back-office) ont contribué à l'élaboration du protocole.

La dernière version, OCPP 2.0.1, offre de nombreuses fonctionnalités nouvelles et améliorées pour la gestion des appareils, le traitement des transactions, la sécurité, les fonctionnalités de recharge intelligente, la prise en charge de l'affichage et de la messagerie, ainsi que l'extensibilité de l'OCPP.

OCPP 2.0.1 offre également la possibilité de prendre en charge la fonction « plug and charge » (brancher et recharger) pour les véhicules électriques compatibles avec le protocole ISO 15118.

OCPP 2.0.1 a été présenté dans l'un des Webinaires de l'Open Charge Alliance.


Norme ISO 15118 – Charge/décharge bidirectionnelle

La norme ISO 15118 est une norme internationale relative aux communications numériques bidirectionnelles entre les véhicules électriques et les stations de recharge. Elle définit une interface de communication V2G pour la recharge/décharge bidirectionnelle des véhicules électriques.

En tant que catalyseur clé du fonctionnalité Plug & Charge , la norme ISO 15118 permet conducteurs de véhicules électriques conducteurs la prise de recharge dans la voiture, conducteurs la recharger et conducteurs repartir dès qu'elle est prête. Ce processus est rendu possible grâce à un certificat numérique situé dans le véhicule, qui lui permet de communiquer avec le système de gestion des points de recharge (CPMS). Cela permet un processus de recharge transparent de bout en bout, qui comprend l'authentification et la facturation automatiques, et évite d'avoir à utiliser une carte RFID, une application ou à mémoriser des codes PIN.

Protocoles d'itinérance pour la recharge des véhicules électriques

OCPI – Interface ouverte pour bornes de recharge

L'interface OCPI (Open Charge Point Interface) est conçue pour échanger des informations sur les bornes de recharge entre les opérateurs de bornes de recharge et les fournisseurs de services de mobilité électrique afin de permettre une itinérance évolutive et automatisée des véhicules électriques.

Cas d'utilisation pris en charge :

• Informations sur les bornes de recharge
• Autorisation des sessions de recharge
• Tarifs
• Réservation
• Itinérance
• Gestion des inscriptions
• Recharge intelligente

La spécification comprend :

• Fourniture d'informations sur la session, y compris les données de localisation
• Envoi de commandes à distance, pour des actions telles que les réservations
• Fourniture des relevés détaillés des communications (CDR) àdes fins de facturation
• Autorisation des sessions de recharge par échange de jetons

OCHP – Protocole ouvert de chambre de compensation (e-clearing.net)

Le protocole OCHP (Open Clearing House Protocol) est un protocole open source qui permet une communication simple et uniforme entre un système de gestion de facturation et un système de chambre de compensation.

L'OCHP permet une recharge transparente des véhicules électriques sur l'ensemble des réseaux de bornes de recharge (e-Roaming). Grâce à l'OCHP, les prestataires de services de mobilité électrique peuvent se connecter aux opérateurs et fournisseurs de recharge de véhicules électriques afin de donner accès à leur réseau.

OICP – Protocole ouvert d'interconnexion

L'OICP a été développé par Hubject. Il s'agit d'une norme de communication mise en œuvre entre les systèmes des fournisseurs de services de mobilité électrique (EMSP) et des opérateurs de bornes de recharge (CPO) via la plateforme Hubject.

Le protocole permet l'échange d'informations basé sur les relations contractuelles entre les EMSP et les CPO vers Hubject, leur permettant ainsi d'offrir une itinérance fiable aux conducteurs de véhicules électriques.

eMIP – Protocole d'interopérabilité pour la mobilité électrique

eMIP, fourni par GIREVE, permet l'itinérance des services de recharge en fournissant une autorisation de recharge, une API de compensation des données et un accès à une base de données complète des points de recharge.

Protocoles de gestion de l'énergie

OpenADR – Réponse automatisée ouverte à la demande

OpenADR est une fondation ouverte et sécurisée pour l'échange d'informations interopérables visant à faciliter la réponse automatisée à la demande.

Il est généralement utilisé pour envoyer des informations et des signaux entre les gestionnaires de réseaux de distribution (GRD), les services publics et les systèmes de gestion et de contrôle de l'énergie afin d'équilibrer la demande énergétique pendant les périodes de pointe.

OpenADR 2.0 permet la normalisation des communications relatives à la réponse à la demande (DR) et aux ressources énergétiques distribuées (DER), ainsi que l'automatisation des processus DR/DER. Il simplifie également la gestion énergétique des clients et élimine les actifs immobilisés.

OSCP – Protocole ouvert de recharge intelligente 1.0

OSCP est un protocole ouvert permettant la communication entre un système de gestion des points de recharge et un système de gestion de l'énergie appartenant au propriétaire d'un site ou à un système DSO.

Le protocole peut être utilisé pour communiquer en temps réel une prévision de la capacité du réseau électrique local à l'opérateur de la borne de recharge. L'OSCP facilite la recharge intelligente des véhicules électriques en fonction de la capacité disponible.

(Source de l'image : OCA)

Résumé des protocoles standard de recharge des véhicules électriques

La plateforme Driivz est indépendante du matériel et repose sur les normes ouvertes du secteur en matière de recharge des véhicules électriques ; elle prend en charge plus de 2 200 modèles de bornes de recharge.

• Driivz est l'une des premières entreprises à avoir obtenu la certification officielle OCPP 2.0.1 de l'Open Charge Alliance (nœud doré).
• Conforme aux normes ISO 15118 et OCPP 2.0.1, permettant les communications entre les véhicules et le réseau électrique (V2G).
• Driivz a été l'un des premiers fournisseurs à offrir une prise en charge complète de l'OCPI (depuis novembre 2018). De plus, Driivz a été le premier à intégrer les grands réseaux aux États-Unis (EVgo + ChargePoint).
• Protocoles standard de l'industrie – OCPI, OCHP, OICP (Hubject), eMIP, etc.
• Plug-n-charge – pour améliorer l'expérience de recharge et éviter d'avoir à utiliser une carte RFID.
• Autocharge – offre une fonctionnalité similaire à « Plug & Charge » en s'appuyant sur l'adresse MAC du véhicule.
• Certification OpenADR
• Conforme à la loi allemande sur l'étalonnage Eichrecht.
• Protocoles propriétaires – avec des outils permettant de prendre en charge et d'intégrer n'importe quel protocole.