Ah, cet AC !

15 octobre 2019 06:10:22

Après avoir expliqué la différence entre AC et DC (voir article [1]), voici un éclaircissement de ce que certains considèrent comme étant le côté obscur de la charge en AC.

Tout part d’un scenario déroutant: on a une voiture qui peut charger à 7 kW, on la connecte à une borne qui permet 11 kW et, mauvaise surprise, la charge se fait à 3,5 kW seulement. C’est lent et on a le sentiment d’avoir été roulé!

Pourtant, il y a explication simple…

D’abord un petit avertissement: cet article a un but explicatif pour les non-spécialistes. Il passera donc sur la différence entre kVA et kW, sur la différence entre la tension entre phases et la tension entre phase et neutre, etc.

Puristes, s’abstenir !

Deux paramètres

Il y a deux paramètres pour déterminer la puissance maximale de charge en AC:

  • le nombre de phases: 1 en monophasé, 3 en triphasé ;
  • l’intensité courant (mesurée en Ampère, qu’on écrit « A »).

La puissance (mesurée en Watt « W », ou « kW » pour 1000 Watt) est le produit de la tension (en Volt « V »), multipliée par l’ampérage (en Ampère « A ») et par le nombre de phases.

Pour faire une analogie: imaginez des chutes d’eau avec des moulins. Le cours d’eau a un certain débit et les chutes, une certaine hauteur. Tant avec l’eau qu’avec l’électricité, on parle de courant, ce n’est pas pour rien: le nombre de chutes d’eau correspond au nombre de phases en électricité, la hauteur d’une chute d’eau correspond à la tension en électricité et le débit d’un cours d’eau correspond à l’ampérage en électricité.

Une chute d’eau en « triphasé »

Il y a plus de puissance :

  • lorsqu’il y a plus de moulins ou qu’il y a plus de phases ;
  • lorsque les chutes sont plus hautes ou que la tension est plus élevée ;
  • quand le débit est plus grand ou que l’ampérage est plus élevé.

Pour revenir à l’électricité: 230 V en triphasé 16 A, cela fait: 230 V * 3 phases * 16 A = 11.040 W, qu’on arrondit à 11 kW.

A noter qu’il s’agit de la puissance de charge maximale possible. La puissance réelle dépend du niveau de charge de la batterie (une batterie fortement chargée se charge moins vite), de la température de la batterie (une batterie froide se charge moins vite) et des pertes à la charge.

Le tableau suivant indique les puissances de charge maximales possibles en AC avec un connecteur « Type 2 ». Les valeurs sont arrondies.

Puissance maximale

Ampérage maximal

1 phase

3 phases

10 A

2   kW

16 A

3,5 kW

11 kW

32 A

7   kW

22 kW

63 A

43 kW

 

Les dénominations correspondantes sont:

  • La charge à 2 kW s’appelle « lente » et peut se faire sur une prise standard (avec terre!). Au-delà, pour des raisons de sécurité, il faut une borne avec un circuit de contrôle.
  • La charge à 3,5 kW s’appelle « normale »
  • La charge de 7 à 22 KW s’appelle « accélérée ».
  • La charge à 43 KW s’appelle « rapide ».

Une voiture et une borne

Les deux paramètres (nombre de phases et l’ampérage maximum par phase) existent pour la borne (ou la prise de courant) et pour la voiture. Lorsqu’on connecte une voiture à une borne, la charge se fera en utilisant le maximum commun possible:

  • Si les deux sont en triphasé, la charge se fait en triphasé; sinon, la charge se fait en monophasé;
  • L’ampérage maximum est le plus petit des ampérages de la voiture et de la borne.

Le scenario obscur s’éclaircit donc:

  • La voiture accepte jusque 32 A sur 1 phase, soit 7 kW;
  • La borne délivre jusque 16 A sur 3 phases, soit 11 kW;
  • La charge ne peut donc se faire qu’à maximum 16 A sur 1 phase, soit 3,5 kW.

Le scenario inverse donne le même résultat: si la voiture accepte une charge à 11 kW et la borne 7 kW, la charge est limitée à 3,5 kW.

Les deux valeurs marquées dans le tableau sont celles qui mènent à ces deux cas, lorsqu’elles sont combinées.

Pour être complet: il se peut aussi que le câble soit monophasé (pour réduire son prix). Dans ce cas, la charge se fera toujours en monophasé.

L’offre des constructeurs

La plupart des voitures électriques ont un chargeur intégré AC 7 kW. Utilisé avec une borne domestique de 7 kW, il permet une charge complète en une nuit à la maison, pour un coût très raisonnable. La charge rapide en déplacement se fait en DC.

Une exception notable est la Renault ZOE, qui accepte en standard la charge AC 22 kW (et même 43 kW pour certains anciens modèles) et peut donc utiliser pleinement les nombreuses bornes AC 22 kW présentes en Europe.

Les Tesla Model S supportaient initialement le triphasé 22 kW. Cette limite est passée à 16 kW en 2016. La Model X est limitée à 16 kW et la Model 3 est limitée à 11 kW.

Pour les autres marques, il y a parfois des options pour avoir du triphasé 11 kW.

Conclusion

Des deux valeurs problématiques, on retient que:

  • 7 kW AC a du sens pour charger la nuit à domicile à un coût raisonnable;
  • 11 kW AC a un faible rapport puissance/prix. De plus, en Belgique, dans de nombreuses régions, le neutre du triphasé n’est pas distribué; recréer un neutre a un coût pour l’installation et provoque une petite perte de rendement à l’utilisation.

A l’achat d’une voiture électrique, le choix du type de chargeur embarqué dépend surtout des charges que l’on compte faire en dehors du domicile:

  • Soit on ne charge qu’à la maison ou presque, ce qui suffit pour de nombreuses personnes, et on ne se pose pas la question;
  • Soit on mise sur les bornes 22 kW AC car elles sont les plus nombreuses. Dans ce cas, il faut s’orienter vers une voiture acceptant 22 kW AC et un câble type 2 triphasé;
  • Soit on mise sur les bornes DC, nettement plus rapides mais plus rares, surtout au-delà de 50 kW. Dans ce cas, il faut s’orienter vers une voiture acceptant le DC le plus rapide possible;
  • Soit on mise sur les deux, et il faut s’orienter vers une voiture acceptant 22 kW AC et le DC rapide, et un câble type 2 triphasé.

Références:

  1. AC/DC: https://www.amperes.be/2019/10/04/ac-dc/
  2. VA et W: https://fr.wikipedia.org/wiki/Voltamp%C3%A8re
  3. Types de recharge: https://fr.wikipedia.org/wiki/Station_de_recharge#Diff%C3%A9rents_types_de_recharge
  4. Les modes de charge: http://eco-motion.fr/content/9-les-modes-de-charge.html
  5. Les types de prises: http://eco-motion.fr/content/8-les-types-de-prises.html
  6. Les labels de sécurité: http://eco-motion.fr/content/25-description-et-normes-applicables-au-label-ze-ready-12.html
  7. Types de charges de la Renault ZOE: https://fr.wikipedia.org/wiki/Renault_Zoe#Types_de_charge
  8. Types de charges de Tesla Model S: https://fr.wikipedia.org/wiki/Tesla_Model_S#Recharge_standard
  9. Types de charges de Tesla Model X: https://fr.wikipedia.org/wiki/Tesla_Model_X#Recharge_standard

Source des photos : Wikimedia, Pixabay.

Une réponse à “Ah, cet AC !”

  1. Dans les premières Tesla Model S, il y avait un chargeur de 11 kW et on pouvait avoir un second chargeur de 11 kW en option pour pouvoir charger à 22 kW.
    Cette option (second chargeur de 11 kW) était gratuite dans les Model S Signature.

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