AC / DC

04 octobre 2019 11:10:16

Non, cet article ne parle pas d’un groupe de hard rock!

Il s’agit plutôt d’expliquer quelques concepts de base en électricité, avec des simplifications délibérées (puristes, s’abstenir S.V.P.!), dans le but de faire comprendre les différences et les avantages des deux manières de transporter le courant électrique, et les conséquences sur les voitures électriques et leur recharge.

Les types de courants électriques

L’électricité peut être transportée de deux manières:

  • En « courant continu » (CC en français, DC en anglais), l’électricité se déplace toujours dans le même sens
  • En « courant alternatif » (CA en français, AC en anglais), l’électricité se déplace en faisant des allers-retours. La fréquence (mesurée en HERTZ, abréviation « Hz ») indique le nombre d’allers-retours par seconde. « 50 Hz » signifie donc: 50 allers-retours par seconde.

Le courant continu a l’avantage de délivrer de l’énergie d’une manière constante, tandis qu’avec le courant alternatif l’énergie délivrée varie, avec un passage à zéro au changement de sens.

Pour faire une comparaison: c’est comme la différence entre couper du bois avec une lame circulaire qui tourne tout le temps dans le même sens à la même vitesse ou avec une lame droite qui fait des allers-retours.

Les utilisations AC et DC

Selon le dispositif qu’on utilise, le courant est soit continu, soit alternatif:

  • Exemple de dispositifs à courant continu (DC): pile, batterie, LED, moteur (en général, les petits), circuits électroniques, panneau photovoltaïque…
  • Exemple de dispositifs à courant alternatif (AC): moteur (en général, les gros), génératrice de centrale électrique, taque de cuisson à induction, chargeur sans fil…

Pour des raisons historiques de sécurité et d’efficacité [1], le courant distribué dans nos maisons est du courant alternatif. Il peut être soit « monophasé », soit « triphasé »:

  • En monophasé, le courant va et vient dans deux fils (le fil de phase et le neutre).
  • En triphasé, on combine 3 fois un monophasé avec un décalage temporel d’un tiers de la durée d’un aller-retour. Il y a un fil par phase et un fil partagé (le « neutre »). Sans entrer dans les calculs, le résultat est que le courant alternatif triphasé a l’avantage de délivrer une énergie totale constante et que le courant résultant dans le neutre est nul. Ce fil neutre est d’ailleurs absent dans certaines régions en Belgique.

Dans les voitures électriques

Dans les voitures électriques, il y a trois dispositifs électriques principaux: une batterie de traction [2], un moteur de traction [3] et un onduleur/redresseur [4][5].

  • Le rôle de la batterie est de stocker l’électricité pour le moteur de traction. Elle fonctionne en courant continu.
  • Le rôle du moteur de traction est de transformer l’énergie électrique en énergie mécanique pour faire avancer la voiture. Il existe plusieurs types de moteurs, et les moteurs de traction fonctionnent en général en courant alternatif triphasé.
  • Le rôle de l’onduleur/redresseur est de convertir le courant continu en courant alternatif (onduleur) et vice-versa (redresseur). Dans le premier cas, cela sert à alimenter le moteur en courant alternatif à partir du courant continu délivré par la batterie. Dans le second cas, cela sert à recharger la batterie quand on freine ou qu’on se connecte à une source de courant alternatif.

Une voiture comporte aussi plein d’accessoires électriques DC, qui ne font pas l’objet de cet article: un calculateur, des tas de petits moteurs (lave-glaces, essuie-glaces, lève-vitres…), les feux, la radio, etc. et bien sûr une batterie pour ces accessoires.

Les types de charges

Pour charger la batterie de traction, il y a donc deux possibilités:

  • Soit on a une borne de recharge qui délivre du courant alternatif. Il faut alors le convertir en courant continu en utilisant le redresseur interne de la voiture.
  • Soit on a une borne de recharge qui délivre du courant continu. On peut alors directement charger la batterie. Mais comme le réseau électrique délivre du courant alternatif, il faut alors un redresseur dans la borne.

Avantages et inconvénients

  • Pour des raisons de coût et de place, la charge en AC est limitée par le redresseur de la voiture (typiquement: maximum 7 à 43 kW). Par contre, une simple prise de courant (il y en a partout!) ou une petite borne suffit, puisqu’aucun redresseur n’est nécessaire. C’est une solution bon marché, fiable, idéale pour recharger la nuit à la maison, la journée au travail, en faisant ses courses, etc.
  • La recharge en DC permet une charge très rapide (actuellement, jusqu’à 350 kW), mais cela nécessite un gros redresseur dans la borne, dont le coût est alors important, et un câble de recharge renforcé et refroidi. C’est la solution idéale pour les stations de charges rapides lorsqu’on parcourt de longues distances.

Les types de connecteurs

En plus des prises de courant normales (Schuko [6]), trois types de connecteurs existent sur les bornes et les voitures:

  • Le connecteur « Type 2 » [7] est principalement utilisé pour le courant alternatif (monophasé ou triphasé) et peut aussi servir pour charger en courant continu jusqu’à 70 kW (pour voir les câblages et puissances, cf. la référence [10]). C’est le type actuellement le plus répandu en Europe. Il est également utilisé pour les voitures hybrides rechargeables.
  • Le connecteur « CHAdeMO » [8] est utilisé pour le courant continu uniquement. C’est une norme japonaise, limitée à quelques marques asiatiques, qui devrait rester marginale en Europe, pour finalement disparaître.
  • Le connecteur « CCS » [9] (aussi appelé Combo) est un Type 2 étendu avec deux broches supplémentaires pour le courant continu en haut puissance. C’est la norme qui se généralise en Europe pour les recharges rapides. Il est compatible avec le Type 2 et permet donc aussi les charges plus lentes en AC, par exemple à la maison (pour voir le câblage, cf. la référence [10]).
De gauche à droite: câbles et fiches CHAdeMO, CCS & Type 2

Conclusion

Dans nos voitures, il n’y a pas un gagnant ou un perdant entre AC et DC, puisque les deux sont présents.

En ce qui concerne les bornes, chaque type de courant couvre des besoins spécifiques et la généralisation des prises CCS va donc dans la bonne direction pour les réseaux de charge ultra-rapide tout en conservant la compatibilité avec le type 2 pour les bornes bon marchés et à domicile.


Références

  1. Guerre des courants: https://fr.wikipedia.org/wiki/Guerre_des_courants
  2. Batterie: https://fr.wikipedia.org/wiki/Batterie_d%27accumulateurs
  3. Moteur électrique asynchrone: https://fr.wikipedia.org/wiki/Machine_asynchrone
  4. Onduleur: https://fr.wikipedia.org/wiki/Onduleur
  5. Redresseur: https://fr.wikipedia.org/wiki/Redresseur
  6. Schuko: https://fr.wikipedia.org/wiki/Prise_%C3%A9lectrique#Types_E_et_F_%E2%80%93_Prises_avec_terre_d’Europe_continentale
  7. Type 2 (en anglais): https://en.wikipedia.org/wiki/Type_2_connector
  8. CHAdeMO (en anglais): https://en.wikipedia.org/wiki/CHAdeMO
  9. CCS (en anglais): https://en.wikipedia.org/wiki/Combined_Charging_System
  10. Les câblages en Type 2: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/3c/Typ2.jpg/800px-Typ2.jpg

Source des photos : Wikimedia, Pixabay.

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