Protocoles et services de recharge des véhicules électriques

La recharge peut échouer même lorsque le connecteur s’adapte et que les deux côtés acceptent la même tension. Une session complète dépend aussi de la signalisation, des protocoles numériques, des identifiants, des systèmes des opérateurs, des liaisons d’itinérance et des services de paiement.

Les couches de communication

La recharge des VE utilise plusieurs interfaces aux fonctions différentes :

Du véhicule à l’EVSE : la signalisation de base établit qu’un véhicule est connecté et communique les limites de courant sûres. La communication de haut niveau peut ensuite échanger des paramètres de recharge, des données d’identification, des certificats, des programmes et des messages de transfert d’énergie.
De l’EVSE au système de gestion : la borne communique son état, reçoit sa configuration, vérifie l’autorisation, enregistre les transactions et peut recevoir des limites de recharge d’un système central.
De l’opérateur au fournisseur de mobilité : les connexions d’itinérance échangent entre organisations les emplacements, la disponibilité, les tarifs, les identifiants, les sessions et les relevés de recharge.
Services contractuels et de paiement : les comptes, les certificats, le traitement des cartes bancaires, les factures et le règlement déterminent qui peut recharger et qui est facturé.

Ces couches sont liées, mais ne sont pas interchangeables. ISO 15118 couvre principalement la communication de haut niveau entre le contrôleur de communication du véhicule et celui de l’équipement d’alimentation. OCPP relie une borne à son système de gestion. Les protocoles d’itinérance relient les opérateurs de recharge, les fournisseurs de mobilité ou les plateformes d’échange.

Le parcours de l’énergie électrique est décrit dans EV Charging: The Complete System, tandis que la géométrie des connecteurs et les interfaces régionales sont abordées dans EV Charging Connectors and Inlets.

Avant et après le transfert d’énergie

Une session conductrice classique passe par plusieurs contrôles :

Le connecteur et le socle s’accouplent, et les circuits de proximité ou de verrouillage indiquent l’état de la connexion.
La signalisation de base indique au véhicule le courant que l’EVSE peut fournir et confirme que la recharge peut démarrer en toute sécurité.
Lorsqu’elle est prise en charge, la communication de haut niveau établit une session numérique et échange les capacités et les paramètres de recharge.
Le conducteur ou le véhicule présente un identifiant. Une liste locale ou un système dorsal décide si cet identifiant est autorisé.
La borne et le véhicule exécutent leur séquence de sécurité. Lors d’une recharge CC, ils coordonnent également la tension et le courant avant de fermer le circuit haute tension.
Les valeurs des compteurs, l’état et les événements de transaction sont enregistrés pendant le transfert d’énergie.
À l’arrêt de la session, l’opérateur produit un relevé de recharge et le service responsable facture ou règle la transaction.

Toutes les sessions n’utilisent pas toutes les couches réseau. Une borne murale privée peut autoriser localement et fonctionner sans connexion active au cloud. Une session publique en itinérance peut faire intervenir le véhicule, la borne, l’opérateur du point de recharge, le fournisseur de mobilité, la plateforme d’itinérance et le prestataire de paiement.

Authentification, autorisation et paiement

Ces trois termes désignent des décisions différentes :

L’authentification vérifie l’identité ou la validité d’un identifiant, tel qu’un badge RFID, un compte d’application, une carte bancaire ou un certificat du véhicule.
L’autorisation décide si cet identifiant peut démarrer une session sur ce point de recharge selon le contrat applicable ou les conditions ad hoc.
Le paiement et le règlement transfèrent les fonds et répartissent les recettes et les frais pendant ou après la session.

Une application peut authentifier un conducteur mais échouer à l’autoriser parce que la borne se trouve hors de la couverture d’itinérance du fournisseur. Une carte bancaire peut permettre un paiement ad hoc sans créer de contrat avec un fournisseur de mobilité. Les règles européennes distinguent utilement la recharge ad hoc du paiement contractuel et définissent des rôles séparés pour l’opérateur et le fournisseur de mobilité. EU Regulation 2023/1804 — Alternative fuels infrastructure

Plug & Charge et ISO 15118

Plug & Charge permet à un véhicule compatible de présenter un certificat contractuel via la connexion de recharge afin que l’authentification et l’autorisation puissent avoir lieu sans carte distincte ni action dans une application. La chaîne de certificats et l’infrastructure à clés publiques associée aident les parties à déterminer si l’identifiant contractuel est fiable. CharIN — Plug & Charge

Plug & Charge n’est pas synonyme de toutes les méthodes de démarrage automatique. Certains systèmes identifient un véhicule par l’intermédiaire d’un compte réseau ou d’un autre identifiant du véhicule sans utiliser le modèle de certificats d’ISO 15118. Ces méthodes peuvent sembler similaires au conducteur tout en présentant des caractéristiques différentes de sécurité, de confidentialité et d’interopérabilité.

ISO 15118 couvre également un champ plus large que Plug & Charge. Cette série en plusieurs parties définit des cas d’usage et la communication entre le VE et l’EVSE pour des fonctions comprenant le contrôle de la recharge, l’identification, les informations liées au paiement, la programmation et le transfert bidirectionnel d’énergie. ISO 15118-2 et ISO 15118-20 représentent des générations différentes du protocole d’application ; une affirmation de « prise en charge d’ISO 15118 » doit donc préciser la partie et les fonctions implémentées. ISO 15118-1:2019 — General information and use-case definition ISO 15118-2:2014 — Network and application protocol requirements ISO 15118-20:2022 — Second-generation network and application requirements

L’amendement 2026 à ISO 15118-20 ajoute les services de ressources énergétiques distribuées en CA et de Megawatt Charging System, ainsi qu’un concept de sécurité révisé. Sa publication ne rend pas les anciens véhicules ou bornes compatibles avec ces fonctions. ISO 15118-20:2022/Amd 1:2026 — AC DER, MCS, and security amendment

OCPP, itinérance et rôles des opérateurs

L’Open Charge Point Protocol (OCPP) est utilisé entre une borne et un système de gestion des bornes de recharge. Il peut transporter les fonctions d’autorisation, de transaction, de gestion des appareils, de surveillance, de recharge intelligente et de prise en charge d’ISO 15118. La prise en charge d’OCPP ne prouve pas qu’une voiture et une borne peuvent utiliser Plug & Charge, car l’interface du véhicule, les certificats, les intégrations dorsales et le contrat de mobilité doivent également fonctionner. Open Charge Alliance — Open Charge Point Protocol

Un opérateur de points de recharge (CPO) gère et exploite les points de recharge et fournit le service de recharge. Un fournisseur de services d’électromobilité (eMSP) vend des services ou des contrats de recharge aux conducteurs. Une même entreprise peut assurer les deux rôles, mais l’itinérance relie souvent l’eMSP d’un conducteur à un autre CPO.

L’Open Charge Point Interface (OCPI) est l’un des protocoles utilisés pour cet échange entre opérateur et fournisseur. Elle peut transporter les emplacements, les tarifs, les identifiants, les sessions, les relevés détaillés de recharge et les commandes. D’autres protocoles bilatéraux ou de plateforme peuvent jouer un rôle similaire ; la prise en charge de l’itinérance doit donc être vérifiée entre les fournisseurs concernés plutôt que déduite du connecteur ou de la voiture. EVRoaming Foundation — Open Charge Point Interface

Une réservation ajoute une autre chaîne de dépendances. L’application ou le fournisseur doit la demander, le système dorsal de l’opérateur doit l’accepter et la borne doit la faire respecter face aux autres utilisateurs. Une réservation peut réserver l’accès à un point de recharge, mais elle ne peut pas garantir que le matériel est opérationnel, accessible ou capable de fournir la puissance annoncée à l’arrivée du véhicule.

Pourquoi des systèmes compatibles échouent encore

L’emplacement de la panne diffère souvent du symptôme visible :

Un défaut du connecteur ou du verrouillage arrête l’établissement de la connexion physique.
Une incompatibilité de signalisation ou de protocole empêche le véhicule et l’EVSE de s’accorder sur une session.
Un certificat expiré ou non fiable bloque Plug & Charge.
Une interruption entre la borne et le système dorsal empêche l’autorisation en ligne, même si le matériel de puissance fonctionne.
Un accord d’itinérance ne contient pas l’identifiant, le tarif ou les données d’emplacement requis.
La session démarre, mais le traitement du paiement ou du relevé de recharge échoue ultérieurement.

Les conducteurs doivent donc vérifier davantage que le type de prise. Il est utile de savoir si le véhicule et la borne prennent en charge les mêmes fonctions ISO 15118, si le réseau active Plug & Charge pour ce véhicule et ce contrat, si le fournisseur du conducteur dispose d’un accord d’itinérance avec l’opérateur, quel mode de paiement ad hoc est disponible et ce qui se passe lorsque la borne perd sa connexion.

La conception des sites publics de recharge rapide, le partage de puissance, la fiabilité et les conséquences sur la planification d’itinéraire sont abordés dans DC Fast Charging.