Un câble de charge de VE approprié offre un confort d'utilisation tout en garantissant sécurité et fiabilité

L'utilisateur lambda est habitué à brancher et à débrancher des connecteurs électriques de petite et moyenne taille. Il n'hésite pas à le faire avec des connecteurs USB, coaxiaux RF, HDMI et d'autres petits connecteurs basse tension non protégés pour les téléphones et une multitude d'autres appareils. Il utilise également des connecteurs cylindriques entièrement exposés avec des adaptateurs CA/CC (prises murales) pour charger des dispositifs. Comme il s'agit de connecteurs basse tension et basse consommation, il n'y a pas de danger pour l'utilisateur.

Même avec des tensions plus élevées, la plupart des consommateurs n'ont aucun problème à brancher des cordons d'alimentation CA (120/240 volts) en cas de besoin, et cette pratique est moins fréquente qu'avec les connecteurs à plus basse tension. Les gens ont appris à manipuler ces connecteurs CA avec précaution, car ils ne sont pas entièrement fermés, les lames des fiches sont légèrement exposées, et l'isolement et le corps des connecteurs sont souvent vieux et fissurés.

Il est en fait surprenant de constater le peu de décès et de blessures dus aux chocs électriques. Selon un rapport de la National Library of Medicine/National Institutes of Health (Electrical Injuries)¹, environ 1000 décès par an sont dus à des blessures électriques aux États-Unis. Environ 400 d'entre eux sont dus à des blessures électriques haute tension, tandis que la foudre en provoque 50 à 300. On dénombre également au moins 30 000 incidents liés à des chocs électriques par an qui ne sont pas mortels, et environ 5 % de toutes les admissions dans les unités de traitement des brûlures aux États-Unis sont dues à des blessures électriques.

Environ 20 % de l'ensemble des blessures électriques surviennent chez les enfants, notamment les tout-petits et les adolescents, et la plupart surviennent à domicile. Chez les adultes, ces blessures surviennent principalement en milieu professionnel et constituent la quatrième cause de décès par traumatisme sur le lieu de travail. La bonne nouvelle, c'est que les chocs électriques « à domicile », avec brûlures ou pire, sont assez rares. En résumé, les gens savent que les tensions de ligne CA peuvent être dangereuses et manipulent donc les fiches et les cordons d'alimentation CA avec précaution. Cette connaissance et la sécurité qui en découle doivent faire partie de l'expérience des utilisateurs de véhicule électrique (VE).

La recharge des VE suscite des questions de connaissance et de sécurité

Avec la généralisation des VE, le consommateur lambda doit être à l'aise avec un niveau plus élevé de tension, de courant et de puissance (jusqu'à 250 kilowatts [kW]), ainsi qu'avec les connecteurs et les câbles associés. Si certains utilisateurs de VE prévoient de recharger leur véhicule « pendant la nuit à domicile » en utilisant une ligne de 120/240 volts CA (VCA), beaucoup installeront également chez eux des chargeurs CC de niveau 2 plus puissants pour profiter d'un temps de charge beaucoup plus rapide et d'un meilleur rendement. De même, les utilisateurs utiliseront sans aucun doute des chargeurs de niveau 2 sur la route, dans le cadre des bornes de recharge publiques. Ces utilisateurs s'attendent à un processus de connexion/déconnexion simple et fiable, avec une séquence de ravitaillement similaire à celle de l'essence et du diesel pour les moteurs à combustion interne (ICE) (Figure 1).

Figure 1 : Pour que les utilisateurs se sentent à l'aise avec les VE, il faut notamment s'assurer que la séquence de connexion et de déconnexion pour la recharge ressemble à celle des véhicules à moteur à combustion interne typiques. (Source de l'image : Phoenix Contact)

Ces chargeurs nécessitent un câblage et des connecteurs qui doivent répondre à des objectifs ambitieux en termes de simplicité d'utilisation, de similitude avec le format des véhicules essence/diesel, de capacité électrique importante, de sécurité électrique et thermique, et de robustesse globale, notamment la résistance aux mauvais traitements.

Il convient de noter que l'industrie utilise en réalité le terme « câble » pour désigner le connecteur et son câble, car les deux sont fournis en tant qu'unité unique, parfaitement intégrée, et non comme deux sous-ensembles distincts.

L'exemple d'un connecteur et d'un câble illustre le défi

Les connecteurs et les câbles des lignes CA doivent répondre à des exigences électriques et mécaniques modestes. Il peut s'agir de simples configurations à deux fils sans mise à la terre, comme celles utilisées pour les lampes de table résidentielles, ou de fiches à trois fils avec mise à la terre à haute intégrité pour les appareils électroménagers. Ces dernières sont fournies avec des câbles moulés pleins et des logements de connecteurs.

En revanche, les configurations pour VE doivent supporter des courants et des tensions beaucoup plus élevés, détecter l'augmentation de la température interne due aux conditions ambiantes et à l'auto-échauffement, supporter l'utilisation et les mauvais traitements des utilisateurs (qui les laissent tomber par terre, dans des flaques d'eau et de boue, et les écrasent), tout en assurant des niveaux extrêmes d'intégrité électrique et mécanique dans un environnement non protégé. Parmi les différents scénarios, les utilisateurs peuvent essayer de recharger le véhicule (et y parvenir) alors qu'il est partiellement immergé dans l'eau (Figure 2).

Figure 2 : Non recommandé, mais cela fonctionne quand même. Les bornes de recharge pour VE sont dotées de plusieurs niveaux de protection afin de garantir une recharge en toute sécurité, même dans des conditions très humides. (Source de l'image : Sun/News Group Newspapers/Royaume-Uni)

Tout cela n'est pas facile, mais est possible, comme le montre la gamme de câbles de charge CC CCS C-Line (avec connecteurs) pour véhicules électriques de Phoenix Contact. La gamme se compose de deux groupes similaires, mais avec une différence notable : il existe le Type 1 pour l'Amérique du Nord (SAE J1772) avec un clip de verrouillage discret, et le Type 2 pour l'Europe (CEI 62196-3) (Figure 3). Ces deux groupes ont des spécifications et des aspects physiques légèrement différents.

Figure 3 : Les connecteurs de charge CC CCS C-Line pour l'Amérique du Nord (à gauche) et l'Europe (à droite) offrent des fonctionnalités similaires, mais dans des formats légèrement différents. (Source de l'image : Phoenix Contact)

Les câbles de charge CC CCS C-Line sont équipés d'un connecteur unique et léger, conçu selon les normes CCS, mais dans un format plus petit pour faciliter la manipulation et le stockage. Ces câbles ont été créés pour être utilisés dans des endroits qui ne nécessitent pas de puissance de charge élevée et où la charge CC est privilégiée par rapport à la charge CA. Ils sont ainsi utilisés dans les résidences individuelles, les ensembles d'habitations collectives, les parkings et les entreprises. Avec des courants de charge jusqu'à 80 ampères (A), les câbles CCS C-Line offrent une capacité de niveau supérieur et un temps de charge réduit par rapport aux câbles de charge CA.

Le marché principal sera celui des fabricants d'équipement de service pour véhicules électriques (EVSE) et des opérateurs de flottes de véhicules. Dans les groupes de Type 1 et de Type 2, il existe différentes offres avec un choix entre des fils de calibre 6 AWG ou 10 AWG en fonction des capacités de courant impliquées, ainsi que des longueurs de câble de 4 à 7 mètres (m).

Les utilisateurs ne se soucient pas du schéma ou de l'affectation fonctionnelle des contacts du connecteur, comme les contacts d'alimentation CC plus et moins (CC+ et CC-), la mise à la terre de protection (PE) et les contacts de signaux post-insertion (CS et CP) (Figure 4).

Figure 4 : Les contacts indispensables du connecteur CCS C-Line sont les contacts d'alimentation CC plus et moins (CC+ et CC-), la mise à la terre de protection (PE) et les contacts de signaux post-insertion (CS et CP). (Source de l'image : Phoenix Contact)

En revanche, ce qui les intéresse, c'est d'avoir un format rassurant avec un aspect et une sensation qu'ils connaissent et qui rappellent l'assemblage traditionnel de type « pistolet » de la pompe à essence/diesel (Figure 5).

Figure 5 : Lors de l'utilisation, l'assemblage CC doté du système de charge CCS offre la familiarité rassurante d'un processus de ravitaillement en carburant d'un réservoir essence/diesel. (Source de l'image : Phoenix Contact)

Cependant, les nombreuses fonctionnalités techniques nécessaires à la réussite de la recharge des VE par le système CCS doivent être invisibles ou transparentes pour les utilisateurs. Ces fonctionnalités correspondent aux chiffres entourés à la Figure 6.

Figure 6 : Le système CCS C-Line inclut six fonctionnalités et caractéristiques techniques et de performances essentielles que l'utilisateur peut ne pas remarquer (à moins qu'il y ait une étiquette et un logo), mais qui sont indispensables à un fonctionnement correct, efficace, fiable et sûr. (Source de l'image : Phoenix Contact, modifiée par Bill Schweber)

1) Technologie de capteur de température intégrée : grâce à une mesure précise de la température directement au niveau des contacts d'alimentation, le processus de charge peut être interrompu en cas de surchauffe afin de protéger l'utilisateur du danger et d'éviter d'endommager la borne de recharge.

2) Contacts plaqués argent : les surfaces plaquées argent des contacts d'alimentation et de signaux garantissent une transmission efficace de l'énergie, une protection optimale contre la corrosion et une longue durée de vie.

3) Logo individuel : au lieu du logo Phoenix Contact, les connecteurs de charge peuvent être fournis avec un logo personnalisé imprimé sur une étiquette en plastique résistant aux UV et aux intempéries.

4) Conception compacte avec poignée ergonomique : la forme ergonomique de la poignée garantit une manipulation facile et une sensation de confort. De plus, la conception compacte permet à la borne de recharge et au connecteur de charge d'avoir un aspect général harmonieux.

5) Concept d'étanchéité astucieux : le concept d'étanchéité sophistiqué garantit une étanchéité longitudinale continue, empêchant l'humidité de pénétrer dans le connecteur de charge ou dans le câble.

6) Câble conçu conformément à la norme DIN EN 50620 : le câble de charge particulièrement robuste, certifié VDE, a été spécialement conçu pour les applications d'électromobilité en ce qui concerne l'épaisseur de l'isolant, la flexibilité du matériau et d'autres propriétés.

Conclusion

La charge CC des véhicules électriques nécessite un assemblage connecteur/câble répondant à des critères de performances électriques et mécaniques très stricts. Parallèlement, le système doit offrir un aspect, une sensation, une action et un facteur de confort général qui conviennent aux consommateurs. Les câbles de charge CC CCS C-Line de Type 1 et de Type 2 de Phoenix Contact répondent à ces exigences et sont disponibles en plusieurs versions pour répondre aux différents besoins de conception finale.

Contenu connexe

1. Les câbles CCS compacts permettent la charge CC rapide de niveau 2

https://www.digikey.fr/fr/articles/compact-ccs-cables-provide-level-2-fast-dc-charging

2. Utiliser une gamme de connecteurs pour prendre en charge une infrastructure de charge de VE complète

https://www.digikey.fr/fr/articles/how-to-employ-a-connectors-for-ev-charging-infrastructure

Référence

1. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK448087/