Guide officiel des normes et protocoles européens de recharge des véhicules électriques

Points clés à retenir

Les normes de charge européennes IEC 61851, IEC 62196 et ISO 15118 forment collectivement un cadre technique complet allant de la couche physique à la couche de communication au sein des systèmes de charge des véhicules électriques (VE).

• Couche de contrôle et de sécurité (IEC 61851)Définit la méthodologie permettant d'initier, de contrôler et de terminer en toute sécurité le processus de charge.
• Couche de connexion physique (IEC 62196): Spécifie la conception mécanique des connecteurs et des entrées de charge, y compris la configuration des broches et les interfaces électriques.
• Couche application et communication (ISO 15118) :Définit des protocoles de communication numérique avancés lors de la charge afin de permettre l'intégration au réseau intelligent, les services à valeur ajoutée (comme le Plug & Charge) et le traitement fluide des paiements. Point essentiel, cette couche fonctionne au-dessus de l'environnement de charge sécurisé établi par la norme IEC 61851.

Ces trois normes fonctionnent en étroite synergie, établissant l'architecture technique complète des infrastructures modernes de recharge pour véhicules électriques. Les normes IEC 61851 et IEC 62196 représentent les exigences fondamentales, tandis que la norme ISO 15118 offre une option permettant d'améliorer les fonctionnalités et l'expérience utilisateur.

CEI 61851

La norme européenne de charge CEI 61851, élaborée par la Commission électrotechnique internationale (CEI), est une série complète de normes régissant les systèmes de charge par conduction des véhicules électriques (VE). Cette série spécifie les exigences relatives aux équipements de charge, couvrant les aspects mécaniques, électriques, de communication, de compatibilité électromagnétique (CEM) et de performance, garantissant ainsi l'interopérabilité et la sécurité entre les différents systèmes. stations de recharge pour véhicules électriques et des véhicules électriques de différents constructeurs.

• CEI 61851-1 : Les exigences générales constituent la norme fondamentale de sécurité et de contrôle pour systèmes de recharge pour véhicules électriquesCe document définit les exigences de base, les classifications, les mesures de sécurité et les protocoles de communication. Grâce à l'interaction des signaux matériels (notamment le circuit de commande pilote) et à un modèle de machine à états, il permet les interverrouillages de sécurité, l'adaptation de la puissance et les processus de charge standardisés entre la borne de recharge pour véhicules électriques (BRE) et le véhicule. Par exemple, il régit l'interaction via les niveaux de tension du circuit de commande pilote (CP) et définit la signification des valeurs de rapport cyclique de la modulation de largeur d'impulsion (MLI) applicables pour communiquer les capacités de la BRE.

• CEI 61851-2 :Exigences relatives au raccordement d'un véhicule électrique à une alimentation CA/CC.
• CEI 61851-3 :Systèmes de recharge par conduction pour véhicules électriques légers (VEL) : exigences générales, bornes de recharge CC pour VEL, systèmes d’échange de batteries pour VEL et communication entre VEL. Ce document traite des équipements d’alimentation pour véhicules électriques dont la tension de sortie CC ne dépasse pas 120 V et pour lesquels une isolation renforcée ou double, ou une protection de classe III, constitue le principal moyen de protection contre les chocs électriques.
• CEI 61851-21-1 :Exigences CEM pour les systèmes de charge embarqués.
• CEI 61851-21-2 : Exigences CEM pour les systèmes de charge externes.
• CEI 61851-22 :Borne de recharge pour véhicules électriques (courant alternatif).
• CEI 61851-23 :Borne de recharge pour véhicules électriques en courant continu. Fait directement référence au protocole ISO 15118-2 définissant les exigences de communication avancées pour la recharge en courant continu.
• CEI 61851-24 :Communication numérique pour le contrôle de la charge en courant continu entre un véhicule électrique et une station de recharge.

Les principes fondamentaux de la norme IEC 61851 peuvent être résumés en trois dimensions clés : sécurité, compatibilité et extensibilité. Ces principes se manifestent dans les domaines techniques suivants :

1. Architecture du système et modes de charge :Ce document classe la charge par conduction en 4 modes distincts (modes 1 à 4) et 3 cas d'application (cas A, B et C), définissant clairement la relation entre les faisceaux de câbles, les installations fixes et les chargeurs embarqués/externes. L'édition 2023 introduit la classification « Système A/B/C », imposant pour la première fois la capacité de transfert d'énergie bidirectionnel (BPT/V2G) au sein du Système A.

2. Stratégies de sécurité et de protection électriques :Utilise une méthodologie d'évaluation des risques et des dangers, spécifiant des exigences de test quantifiées pour le courant de contact et le courant d'impulsion dans les systèmes jusqu'à 1000 V CA / 1500 V CC. Utilise les niveaux de tension du signal de commande pilote (CP) (12 V → 9 V → 6 V) et le rapport cyclique PWM de 1 kHz (3 % à 97 %) pour mettre en œuvre la détection des défauts, la limitation des surintensités et les interverrouillages de protection contre les chocs électriques.

3. Mécanismes de communication:

• Couche de base : la norme IEC 61851-1 utilise le signal analogique PWM pour la synchronisation fondamentale (« branchement - identification - démarrage/arrêt »).
• Couche améliorée : la norme IEC 61851-24 intègre directement la norme ISO 15118-2/-3 pour permettre la communication numérique (PLC/Ethernet), prenant en charge des fonctionnalités avancées telles que Plug & Charge, la facturation et le V2G.

4. Compatibilité électromagnétique (CEM) :Les sous-normes dédiées IEC 61851-21-1 (à bord) et IEC 61851-21-2 (hors bord) spécifient respectivement les limites d'émission (rayonnées, conduites) et les niveaux d'immunité, assurant la compatibilité électromagnétique entre le système de charge, le réseau et l'électronique du véhicule.

5. Exigences spécifiques relatives aux stations de recharge CA/CC:

• IEC 61851-22 : Couvertures Station de recharge CA structure, distribution de l'énergie et adaptabilité environnementale.
• CEI 61851-23 : Spécifie la sécurité, l’isolation, le transfert d’énergie et les méthodes d’essai pour stations de recharge rapide en courant continu (y compris les systèmes à refroidissement liquide). Avec la norme ISO 15118, elle constitue le cadre de « communication numérique haute puissance » pour la charge rapide.

En résumé, la norme IEC 61851 fournit un ensemble complet de règles pour la recharge par conduction des véhicules électriques, couvrant tout, « de la prise au réseau ». Elle établit le cadre de sécurité essentiel, les définitions d'interface, les protocoles de communication et les exigences CEM, servant de base technique fondamentale à l'interopérabilité mondiale entre l'infrastructure de recharge et les véhicules électriques.

CEI 62196

La norme IEC 62196 est une série de normes élaborées par la Commission électrotechnique internationale (CEI) qui régissent les coupleurs de charge conducteurs pour véhicules électriques. Elle spécifie principalement les exigences relatives aux fiches, prises de courant, connecteurs et entrées de véhicule – les composants d'interface physique entre les véhicules électriques et les systèmes de recharge.

(Source : CharIN)

• CEI 62196-1Les exigences générales* décrivent l'interface entre les véhicules électriques et les bornes de recharge. Elles définissent les exigences et les méthodes d'essai applicables à ces accessoires.
• CEI 62196-2Ce document spécifie les exigences de compatibilité dimensionnelle et d'interchangeabilité des broches et des accessoires de tubes de contact utilisés pour la charge en courant alternatif. L'édition 2022 a introduit de nouvelles exigences afin de répondre aux besoins de charge à puissance plus élevée, ainsi que l'application de nouveaux matériaux et de fonctionnalités de charge intelligentes.
• CEI 62196-3: Couvre principalement les interfaces de charge CC et les interfaces du système de charge combiné (CCS).

Les interfaces de charge CC sont classées en configurations AA et BB.

Les interfaces CCS (combinant la charge AC et DC dans une seule entrée/connecteur) sont catégorisées en configurations EE (par exemple, CCS Combo 1) et FF (par exemple, CCS Combo 2).

• IEC 62196-4 et parties suivantesLes informations publiques concernant la norme CEI 62196-4 et ses parties ultérieures sont actuellement limitées. S’appuyant sur le cadre général de la série et les parties existantes, elles peuvent aborder des méthodes d’essai plus spécifiques, des exigences pour des cas d’application particuliers ou la coordination avec d’autres normes pertinentes. Cependant, le contenu définitif doit être fondé sur les normes CEI publiées officiellement.

Le contenu essentiel de la série IEC 62196 peut être résumé en trois catégories d'interfaces et quatre dimensions clés :

1. Structure standard : Collaboration tripartite

• CEI 62196-1 (Exigences générales) : Définit le cadre général, y compris la terminologie, la construction, les valeurs nominales et les méthodes d’essai.
• IEC 62196-2 (Interfaces CA) : Spécifie les dimensions mécaniques, les caractéristiques électriques et les exigences d'interchangeabilité pour les trois principaux types de connecteurs CA : Type 1, Type 2 et Type 3.
• IEC 62196-3 (Interfaces CC et combinées) : Spécifie les dimensions physiques et les performances électriques des interfaces CC et du système de charge combiné (CCS), prenant en charge des valeurs nominales jusqu'à 1000 V CC / 400 A+.

2. Types d'interfaces : Deux systèmes mondiaux dominants

• Type 1 (SAE J1772) : 5 broches, monophasé CA. Prédominant en Amérique du Nord, au Japon et en Corée du Sud.
• Type 2 (Mennekes) : prise à 7 broches, monophasée ou triphasée. Norme en vigueur dans l’UE, au Royaume-Uni, en Australie et en Nouvelle-Zélande.
• CCS Combo 1 : Connecteur CA de type 1 + 2 broches CC. Utilisé en Amérique du Nord.
• CCS Combo 2 : Connecteur CA de type 2 + 2 broches CC. Utilisé en Europe.

(Source : Senku)

3. Quatre dimensions techniques clés :

• Dimensions mécaniques : Standardise le format de la prise/fiche, la disposition des broches, les forces d'insertion/d'extraction et les mécanismes de verrouillage (verrouillage mécanique/verrouillage électronique).
• Paramètres électriques : Définit les tensions nominales (CA : jusqu’à 480 V, CC : jusqu’à 1000 V) et les courants nominaux (CA : généralement 70 A / 63 A max. courant commun, CC : jusqu’à 400 A).
• Exigences de sécurité : Spécifie la résistance d’isolement, la continuité de la mise à la terre, la protection contre les surintensités/courts-circuits et les indices de protection contre les infiltrations (IP).
• Interopérabilité et certification : assure la compatibilité physique entre les véhicules et les bornes de recharge de différents fabricants ; impose des tests via des laboratoires tiers accrédités pour la certification (par exemple, marquage CE).

En résumé, la norme IEC 62196 établit la « base d'interopérabilité » mondiale pour les interfaces de charge CA, CC et combinées dans les véhicules électriques en normalisant les dimensions mécaniques, les performances électriques et les spécifications de sécurité.

Normes DIN 70121 et IEC 15118

Les normes DIN SPEC 70121 et ISO 15118 définissent toutes deux des protocoles de communication numérique entre les véhicules électriques et les bornes de recharge. Cependant, elles diffèrent sensiblement par leur positionnement, leur niveau de détail fonctionnel et leur portée :

• DIN SPEC 70121: A servi de « dialecte fonctionnel de recharge rapide en courant continu », comblant le manque du marché entre 2012 et 2014. Il a fourni une solution pragmatique et transitoire axée principalement sur la communication de base pour la recharge rapide en courant continu.
• ISO 15118 :Elle représente le « langage officiel tourné vers l'avenir ». Elle unifie la communication numérique pour les scénarios de charge en courant alternatif et en courant continu et introduit des fonctionnalités étendues pour la sécurité, la charge intelligente et la fonctionnalité véhicule-réseau (V2G).

Surtout, la norme ISO 15118 n'est pas simplement « une autre norme d'interface ». Elle élève le système de recharge européen, passant d'un simple système « permettant le transfert d'énergie » à un système établissant une « couche de communication numérique capable de dialogue, d'intelligence et de transactions ».

La série ISO 15118 normalise les aspects clés de l'écosystème de recharge numérique, qui peuvent être résumés comme suit : « 5 domaines fonctionnels, 3 piliers de sécurité, 2 modes de recharge et 1 modèle de données unifié ».

1. Cinq domaines fonctionnels (permettant la « recharge intelligente ») :

Ces domaines définissent les capacités essentielles pour une gestion intelligente de l'énergie et une expérience utilisateur optimale :

• Plug & Charge (PnC) : Permet l'identification automatique, la correspondance des contrats et l'autorisation de facturation dès le branchement, éliminant ainsi le besoin de cartes RFID, d'applications ou de codes QR.
• Communication bidirectionnelle : elle facilite l’échange de données en temps réel (demande d’énergie, prix de l’électricité, état de santé – SOH) entre le véhicule, la borne de recharge et le gestionnaire de réseau. Elle est essentielle à des applications telles que l’écrêtement des pointes de consommation, le remplissage des creux de consommation et le stockage d’énergie domestique (V2H).
• Programmation intelligente : permet une optimisation automatique de la puissance et du temps de charge en fonction de la capacité du réseau, des signaux de prix de l’électricité et des horaires de départ des utilisateurs (par exemple, en priorisant la charge pendant les périodes creuses et à faible coût).
• Gestion et mises à jour à distance : Prend en charge les mises à jour Over-The-Air (OTA), les API backend et l'intégration d'applications mobiles pour la surveillance et le contrôle en temps réel, permettant des opérations et une maintenance centralisées pour les opérateurs de facturation.
• Itinérance inter-opérateurs : établit un écosystème unifié basé sur des certificats permettant une authentification et une facturation transparentes entre différents opérateurs de points de recharge (CPO) et fournisseurs de services de mobilité électrique (eMSP), facilitant les déplacements transfrontaliers en Europe.

2. Trois piliers de sécurité (permettant un « dialogue de confiance ») :

Ces mécanismes garantissent l’intégrité, la confidentialité et l’authenticité des communications :

• Chiffrement de bout en bout TLS 1.2+ : tous les messages de la couche application sont transmis via des tunnels de sécurité de la couche transport (TLS) chiffrés.
• Chaîne de certificats X.509 PKI : met en œuvre une authentification mutuelle entre le véhicule, la station de recharge et les systèmes backend à l’aide d’une infrastructure à clé publique (PKI) pour empêcher l’usurpation d’identité.
• Élément sécurisé (SE) : Stocke les clés privées du véhicule dans un environnement sécurisé matériellement comme un module de plateforme sécurisée (TPM) ou une eSIM, protégeant contre les attaques d'extraction physique.

3. Deux modes de chargement :

• PnC (Plug & Charge) : L'authentification est effectuée automatiquement à l'aide du certificat numérique du véhicule (aucune interaction de l'utilisateur).
• EIM (External Identification Means) : L'authentification nécessite une saisie manuelle de l'utilisateur via une carte RFID, un scan de code QR ou une application mobile (processus en 1 à N étapes).

En résumé, la norme ISO 15118 transforme l'infrastructure de recharge européenne, passant d'une simple prise électrique à un nœud énergétique intelligent, faisant du processus de recharge une transaction énergétique numérique sécurisée.

À propos de Sino Energy

Sino Energy, premier fournisseur mondial de solutions de recharge pour véhicules électriques et l'un des trois principaux fabricants d'infrastructures de recharge pour véhicules électriques, a été créée en 2006 et est une filiale à 100 % de Zhuhai Pilot Technology Co., Ltd (Code boursier : 831175). Nous possédons un ensemble complet de technologies propriétaires, incluant des solutions complètes de recharge pour véhicules électriques, des modules de comptage et des plateformes de gestion et de surveillance. Cela nous permet de fabriquer une gamme complète de produits, notamment des chargeurs CA, des chargeurs CC et des stations de recharge groupées pour véhicules électriques. Solutions de recharge pour véhicules électriques Largement utilisées dans les zones résidentielles, les entreprises, les commerces, les parkings commerciaux, les stations-service, les autoroutes, les flottes de véhicules et les parkings publics, nos bornes de recharge pour véhicules électriques sont à votre disposition dès aujourd'hui ! Contactez nos experts pour personnaliser votre solution de recharge.

FAQ : Normes européennes de recharge pour véhicules électriques

Q1 : Quelle est la différence fondamentale entre les normes IEC 61851, IEC 62196 et ISO 15118 ?

UN: Différence fondamentale comme suit :

• La norme IEC 61851 constitue l'épine dorsale de la sécurité et du contrôle, définissant les modes de charge, la sécurité électrique et la signalisation analogique (par exemple, le pilote de contrôle PWM).
• La norme IEC 62196 normalise les interfaces physiques (fiches/prises pour AC/DC/CCS), garantissant l'interopérabilité mécanique et électrique.
• La norme ISO 15118 permet l'intelligence numérique, en ajoutant une communication sécurisée pour le Plug & Charge, le V2G et la gestion intelligente de l'énergie.

Q2 : Pourquoi le système Plug & Charge (PnC) de la norme ISO 15118 est-il révolutionnaire par rapport à la charge traditionnelle ?

UN: PnC élimine les étapes manuelles :

• Mode traditionnel (EIM) : Nécessite des cartes RFID/applications/codes QR pour l'authentification (intervention de l'utilisateur).
• Mode PnC : utilise le certificat intégré du véhicule (stocké dans un élément sécurisé) pour s’authentifier automatiquement, autoriser la facturation et démarrer la charge dès le branchement, permettant une véritable expérience utilisateur « brancher et oublier ».

Q3 : Comment la norme ISO 15118 prend-elle en charge l'intégration des technologies Vehicle-to-Grid (V2G) et des réseaux intelligents ?

UN: La norme ISO 15118 prend en charge la technologie V2G comme suit :

• Communication bidirectionnelle : échange de données en temps réel (par exemple, signaux de prix du réseau, état de santé de la batterie) entre les véhicules électriques, les chargeurs et les services publics.
• Programmation intelligente : optimisation autonome de la recharge en fonction de la charge du réseau, des prix de l’électricité ou des préférences de l’utilisateur.
• Protocoles V2G : commandes standardisées pour renvoyer l’énergie des véhicules électriques vers le réseau/le domicile (V2H), permettant l’écrêtement des pointes et l’équilibrage des énergies renouvelables.