Chapitre 13 · Sujet 2 sur 3
Bornes de recharge et gestion de charge
Alimenter et protéger des bornes de recharge dans un parking tertiaire, et partager la puissance disponible grâce à la gestion de charge.
Niveau 1
L'essentiel
- Une borne de recharge est une charge importante qui fonctionne pendant des heures à pleine puissance : son circuit se dimensionne sans réduction de simultanéité, sauf gestion de charge.
- Le RGIE impose un circuit dédié par point de connexion, protégé individuellement contre les surintensités et par un différentiel de 30 mA au plus ; brancher une borne fixe sur une prise de courant est interdit.
- Le différentiel doit être adapté aux courants de défaut continus que peut produire le chargeur du véhicule : un simple type AC ne convient pas.
- La gestion de charge répartit la puissance disponible entre les bornes pour ne jamais dépasser ce que le raccordement peut fournir.
- Sur un réseau 3 × 230 V, une recharge triphasée à 11 ou 22 kW n'est pas possible directement.
Comprendre
Les types de recharge
- Recharge en courant alternatif (mode 3) : la borne fournit du 230 V ou du 400 V ; c'est le chargeur embarqué du véhicule qui fait la conversion. Puissances courantes : 3,7 ou 7,4 kW en monophasé, 11 ou 22 kW en triphasé. C'est le cas typique des parkings de bureaux.
- Recharge rapide en courant continu (mode 4) : la conversion se fait dans la borne, qui envoie directement du continu à la batterie. Puissances de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de kilowatts ; on la trouve plutôt sur les stations le long des axes routiers.
Calculer le courant
En monophasé : I = P / U. Une borne de 7,4 kW en 230 V appelle 7 400 / 230 ≈ 32 A. En triphasé 3N 400 V : I = P / (√3 × U). Une borne de 11 kW appelle 11 000 / (1,732 × 400) ≈ 16 A par phase.
Le bon différentiel
Le chargeur du véhicule contient de l'électronique qui, en cas de défaut, peut laisser passer un courant de défaut continu. Ce courant peut « aveugler » un différentiel classique, qui ne déclenche plus, même en cas de vrai danger. Le RGIE demande donc, pour chaque circuit dédié, un différentiel de 30 mA au plus qui reste efficace avec une composante continue (en pratique un type B), ou un différentiel associé à un dispositif de détection des courants continus qui met la borne hors service, souvent intégré dans la borne. Voir Les protections différentielles.
La gestion de charge
Si on installe 10 bornes de 11 kW, elles peuvent appeler ensemble 110 kW. Le raccordement du bâtiment ne le permet souvent pas. Un gestionnaire de charge mesure en permanence la consommation du bâtiment et réduit la puissance donnée aux voitures quand le bâtiment consomme beaucoup. On évite ainsi de renforcer le raccordement.
Sur le terrain
Un parking d'entreprise à Auderghem reçoit 6 bornes de 11 kW. Le bâtiment est alimenté en 3N 400 V. Vous posez un tableau dédié aux bornes, avec un départ par point de connexion : disjoncteur dimensionné pour le courant de la borne et différentiel 30 mA adapté aux courants continus, selon le modèle de borne choisi. Les bornes sont à ciel ouvert : vous vérifiez qu'elles sont au moins IP44 et protégées des chocs de véhicules par des butées. Un compteur avec transformateurs de courant mesure la consommation totale du bâtiment et transmet l'information au gestionnaire de charge. Vous testez ensuite que la puissance des bornes baisse bien quand vous simulez une forte consommation du bâtiment.
Erreurs fréquentes
- Raccorder une borne sur un circuit de prises existant, ou la brancher par une fiche dans une prise.
- Installer un différentiel de type AC, ou un type A sans détection des courants continus.
- Additionner les bornes avec un facteur de simultanéité « au jugé », sans gestion de charge.
- Oublier que de nombreux véhicules ne chargent qu'en monophasé et chargent donc une seule phase.
- Installer une borne triphasée 3N 400 V sur un réseau 3 × 230 V.
Niveau supérieur
L'essentiel
- L'IEC 61851-1 définit les modes de recharge ; en mode 3, la borne indique au véhicule le courant maximal autorisé par un signal sur le fil pilote, avec un minimum de 6 A.
- L'IEC 60364-7-722 traite des installations d'alimentation des véhicules électriques ; en Belgique, le RGIE (Livre 1, chapitre 7.22) fixe les exigences à respecter.
- Le dispositif de détection des courants continus (IEC 62955) associé à un type A ne doit pas être confondu avec un type B complet ; un différentiel de type A placé en amont d'un circuit pouvant produire du continu peut être aveuglé.
- La gestion dynamique de charge se dimensionne à partir de la puissance de raccordement, de la courbe de charge du bâtiment et d'une marge de sécurité, phase par phase.
- La supervision des bornes (protocole OCPP) permet la gestion des accès, la refacturation et le pilotage depuis la GTB.
Approfondir
Le signal pilote
En mode 3, la borne et le véhicule dialoguent par le fil pilote : le rapport cyclique d'un signal carré indique le courant maximal autorisé. Le standard ne prévoit pas de recharge en dessous de 6 A. Conséquence pour la gestion de charge : si la puissance disponible divisée par le nombre de véhicules descend sous 6 A, il faut mettre certains véhicules en attente ou les faire tourner, pas baisser indéfiniment le courant.
Protections : ce qu'impose le RGIE (Livre 1, chapitre 7.22)
Le chapitre s'applique aux bornes dont la réalisation ou le remplacement a commencé à partir du 1er novembre 2022 (7.22.1).
- Pas de raccordement par prise de courant ; un circuit dédié par point de connexion (7.22.3).
- Schéma TN-C interdit pour le circuit dédié ; chaque circuit dédié AC a son différentiel individuel de 30 mA au plus, efficace avec une composante continue, ou associé à une détection de courant continu coordonnée ; les protections peuvent être dans le tableau ou dans la borne (7.22.4.1). Variante : séparation de sécurité par transformateur de séparation ; dérogations particulières en schéma IT.
- Protection individuelle contre les surintensités (voir Choisir la protection : Ib ≤ In ≤ Iz) ; une protection commune n'est admise que pour des points non utilisés simultanément, si son calibre ne dépasse pas le plus faible des points (7.22.4.2).
- Au moins IP44 à ciel ouvert, protection contre les collisions, pas de lieu BE3 (7.22.5).
- Dans un bâtiment (hors unité d'habitation) : coupure électrique d'urgence assurant le sectionnement en charge, visible et signalée, à chaque entrée accessible aux véhicules du parking commun, sauf autre emplacement fixé avec les pompiers, dont l'avis est conservé au dossier (7.22.5.2).
- Borne bidirectionnelle : règles des unités de production et avertissement « Attention : réinjection possible de l'énergie électrique dans l'installation » (7.22.5.4).
En pratique, la détection des courants continus intégrée aux bornes suit l'IEC 62955 (seuil de 6 mA en continu lisse). Un type A ou F ajouté en tête d'un groupe de départs risque d'être aveuglé par un courant de défaut continu : évitez-le en amont de départs protégés par un type B. En amont de bornes dont la détection coupe dès 6 mA continus, il reste en principe utilisable (un type A est conçu pour fonctionner avec une composante continue de cet ordre) : vérifiez la notice des fabricants.
Réseau 3 × 230 V
Sans neutre, une borne raccordée entre deux phases fournit du 230 V monophasé au véhicule. Une recharge triphasée suppose un réseau 3N 400 V : à Bruxelles, cela impose parfois un transformateur 3 × 230 / 3N 400 V ou une demande de passage en 400 V auprès du gestionnaire de réseau (voir Les réseaux belges : 3 × 230 V et 3N 400 V). Une borne monophasée entre phases charge deux phases du réseau : la répartition des bornes sur les trois couples de phases équilibre l'ensemble.
Gestion de charge
- Statique : une puissance maximale fixe est attribuée au groupe de bornes.
- Dynamique : le gestionnaire mesure le courant au point de raccordement, phase par phase, et attribue aux bornes la différence entre la limite et la consommation du bâtiment.
La mesure par phase est indispensable : un véhicule monophasé ne charge qu'une phase, et une limite calculée sur la moyenne des phases peut surcharger l'une d'elles. En cas de perte de communication, les bornes doivent se replier sur une valeur sûre. Le pilotage peut aussi tenir compte de la production photovoltaïque et d'un stockage (voir Le stockage par batteries) et être intégré à la GTB (voir GTB et suivi énergétique).
Exemple chiffré
Bâtiment raccordé en 3N 400 V, raccordement de 100 kVA. Courant correspondant : I = 100 000 / (√3 × 400) = 100 000 / 692,8 ≈ 144 A par phase. Limite de consigne du gestionnaire, avec marge : 140 A. Courbe de charge du bâtiment : 90 A par phase en journée, 30 A la nuit. On installe 10 bornes de 11 kW triphasées (16 A par phase).
- Sans gestion de charge : 90 + 10 × 16 = 250 A ≫ 144 A. Il faudrait renforcer le raccordement.
- Journée, avec gestion dynamique : disponible 140 − 90 = 50 A par phase. Partagé entre 10 véhicules : 5 A, sous le minimum de 6 A. Le gestionnaire charge 8 véhicules à 6 A (48 A) et en met 2 en attente, en faisant tourner les véhicules. En moyenne, chaque véhicule dispose de 48 / 10 = 4,8 A, soit P ≈ 692,8 × 4,8 ≈ 3,33 kW (cos φ ≈ 1). Sur 8 h de présence : 3,33 × 8 ≈ 26,6 kWh par véhicule, de quoi couvrir largement un trajet domicile-travail courant.
- Nuit : disponible 140 − 30 = 110 A ; 110 / 10 = 11 A par véhicule, soit environ 692,8 × 11 ≈ 7,6 kW chacun.
- Courant d'un départ : chaque borne de 11 kW appelle 11 000 / 692,8 ≈ 15,9 A ; on la protège par un disjoncteur 16 A ou 20 A selon la notice du fabricant et la section du câble.
Erreurs fréquentes
- Programmer une gestion de charge qui descend sous 6 A par véhicule : les véhicules interrompent la charge.
- Mesurer le courant sur une seule phase et supposer les autres identiques.
- Placer un différentiel de type A en tête de plusieurs départs de bornes sans vérifier le risque d'aveuglement.
- Oublier la position de repli en cas de perte de communication du gestionnaire de charge.
- Calculer le courant d'une borne triphasée avec 230 V au lieu de 400 V sur un réseau 3N 400 V.