Сертифициране на зарядни пилоти по американски стандарт (III) – Детайли за проектиране на AC пилоти (преден край на входната линия и изходна глава на пистолета)

От гледна точка на продуктовите принципи, американските стандартни станции за зареждане с променлив ток не се различават от националните и европейските стандарти – и двете служат като големи електрически превключватели, провеждащи променливотоково захранване от мрежата към бордовото зарядно устройство (OBC) в превозното средство, което след това преобразува променливотоковото захранване в постояннотоково, за да зареди батерията.

Въпреки че като цяло са еднакви, все още има значителни разлики в много детайли в сравнение с националните и европейските стандарти. В противен случай би било твърде удобно да се продават директно в Съединените щати без никакви модификации.

(1)

Преди да обсъдим входните линии на северноамериканските станции за зареждане с променлив ток, нека първо представим напрежителната система на променливотоковата електрическа мрежа в Съединените щати.

Електропреносните системи на повечето страни по света са съобразени с тези на Европа (колониализъм и война), т.е. нормалното битово напрежение е 220V~230Vac 50Hz, а промишленото трифазно напрежение е 380~400Vac 50Hz. Очевидно е, че напрежението на промишленото електричество е три пъти по-голямо от корена на битовото напрежение – разликата между мрежовото напрежение и фазовото напрежение.

Напрежението в Съединените щати е уникално, като основното домакинско напрежение е 120V/240V 60Hz, а основното промишлено напрежение е 480V/277Vac 60Hz за промишлена употреба. Напрежението, използвано за търговски или гъсто застроени жилищни цели, е 120V/208Vac 60Hz, докато за някои големи тежки индустрии е 347/600Vac 60Hz.

Изненадани ли сте и защо електрическата мрежа в Съединените щати е толкова хаотична?

Използването на напрежение 110V произлиза от Едисон. Именно Едисон е известен с изобретяването на електрическата крушка. След множество експерименти и сравнения, той установява, че електрическата крушка има най-висока светлинна ефективност и най-дълъг експлоатационен живот, когато напрежението е 110V. Така, през 1882 г. Едисон официално въвежда електричество 110V DC на пазара в електроцентралата на Пърл Стрийт, първата търговска електроцентрала с постоянен ток в Съединените щати.

Но всички знаем, че постоянният ток има основен недостатък, а именно големите загуби на топлина по време на предаване на дълги разстояния, което води до прахосване на много електрическа енергия. За да избегне прекомерни загуби на енергия по време на предаване на дълги разстояния, Никола Тесла въвежда своята система с променлив ток (AC). Въпреки че променливият ток в крайна сметка побеждава постоянния ток, по това време в американските домакинства и фабрики вече са инсталирани хиляди уреди и устройства, предназначени за 110 V.

За да улесни плавния преход към ерата на променливия ток, Тесла направил компромис: той също така определил домакинското напрежение на променливия ток на 110 V. Това не само защитило инвестициите в оборудване на съществуващите потребители, но и елиминирало страха на обществеността от високоволтовия променлив ток (който по това време се смятал за по-вреден за човешкото здраве).

Следователно, приемането на 110V променливотоково захранване в Съединените щати е резултат от приемането на 110V постоянен ток.

С настъпването на електрическата ера, инженерите постепенно осъзнаха, че в сравнение с по-късното приемане на напрежение 220V/240V в Европа, системата 110V в Съединените щати е претърпяла по-големи загуби при пренос на мощно електричество и е изисквала по-дебели медни проводници, за да се избегне нагряване. Но ако преминем цялостно към 220Vac, цената е твърде висока. Уредите, контактите, предпазителите и дори цялата градска разпределителна мрежа в милиони домакинства в Съединените щати са проектирани според 110V.

Поради тази причина електроинженерите в Съединените щати са изобретили високоинтелигентен „почвен метод“ – технология с разделени фази.

Между фазовия проводник и нулевия проводник в средата се образува напрежение от 110V/120V, специално проектирано за малки домакински уреди като мобилни телефони, телевизори и електрически крушки (безопасно и не е горещо на допир).

Когато два проводника под напрежение се свържат един до друг, те моментално се превръщат в 220V/240V, специално проектирани за „електрически тигри“ като климатици, електрически бойлери и сушилни (с висока ефективност и ниска консумация на проводници).

След като разбрахме произхода на 120Vac и 240Vac, лесно е да разберем и произхода на 208Vac. 208V е мрежовото напрежение от 120V (три пъти корена).

(II)

След като разбрахме системата за напрежение в Съединените щати, нека сега разгледаме входното напрежение на американския променливотоков стълб.

В Съединените щати се използват три вида напрежение за обикновените зарядни станции с променлив ток, а именно 120V, 208V и 240Vac. По принцип промотирането на компаниите за пилотни зарядни устройства ще се основава на поддържаните от тях диапазони на напрежение: 110~120Vac или 200V~240Vac.

Трябва да се отбележи, че зарядната станция с вход 208V също е с еднофазен вход, а не 16kw или 22kw, както разбираме, подобно на европейския трифазен петжилен вход. Въпреки това, в Съединените щати има много малко зарядни станции с трифазен вход, които са били търсени на пазара, но все още не са открити.

Сред тях, 110~120Vac е стандартен щепсел, който може да поддържа максимален входен ток от 16A.

За зарядни станции с променлив ток с вход 200V~240Vac (208Vac или 240Vac), предният край на входната линия може да бъде под формата на щепсел или кабелна клема. Контактът „високо напрежение“ с вход 240Vac в Съединените щати (състоящ се от четири проводника: два фазови проводника, един неутрален проводник и един заземителен проводник) трябва да бъде завършен от професионален електротехник.

Между другото, контактът за свързване на входния щепсел на зарядната станция с променлив ток 240V трябва да отговаря на изискванията на NEMA14-50. Максималният му ток на натоварване е 50A. Съгласно изискванията на Американския стандарт за електрически инсталации NFPA 70, максималният ток, използван от електрическите уреди, не трябва да надвишава 80% от номиналния ток на контакта. Така че максималният ток на входна зарядна станция с променлив ток 240V с щепсел може да достигне само 40A, с мощност от 9,6kW.

(3)

След като обсъдихме изискванията за входната страна на американската стандартна AC зарядна станция, нека пропуснем корпуса и да разгледаме директно изходната страна.

Изходната страна на комуникационната зарядна станция е много проста, само държачът за пистолет и кабелът на пистолета, който съответства на държача за пистолет.

Ако разгледате уебсайта на комуникационните станции в Съединените щати, ще откриете, че всяка станция за зареждане ще осигури два вида контакти за пистолети, а именно интерфейс TYPE1, който отговаря на SAE J1772, и интерфейс NACS, който отговаря на Tesla SAE J3400.

Конкретните подробности за структурата и размерите на главата на пистолета и държача на пистолета с два интерфейса могат да бъдат намерени в съответните стандарти.

Вътрешно няма разлика между NACS интерфейса на Tesla и TYPE1 интерфейса на SAE J 1772, като и двата се състоят от пет проводника – L/N/PE/CP/PP. Разбира се, дизайнът на Tesla е много хитър, като DC и AC интерфейсите са един и същ набор.

Що се отнася до северноамериканския пазар на комуникационни устройства, интерфейсът за зареждане на изхода преминава от старомодния интерфейс TYPE1 към интерфейса NACS и все повече автомобили ще изберат да поддържат интерфейси на Tesla в бъдеще. Ранните AC зарядни станции, оборудвани с интерфейси TYPE1, не можеха да зареждат новите NACS.

Разбира се, няма нужда да се притеснявате твърде много, на пазара има много адаптери, които могат да ви помогнат.

Адаптерите за глава на пистолет са строго забранени в европейския стандарт IEC 61851-1:2017, но такива клаузи не се намират в UL 2594 в Съединените щати. Не е забранено от закона, просто го използвайте директно.

Това е всичко за входната и изходната страна на стандартната американска AC зарядна станция. В следващата статия ще споделим детайлите на дизайна на „корпуса“.