Certificació de piles de càrrega estàndard americana (III): detalls de disseny de piles de CA (extrem frontal de la línia d'entrada i capçal de la pistola de sortida)

Des de la perspectiva dels principis del producte, les estacions de càrrega de CA estàndard americanes no són diferents dels estàndards nacionals i europeus: ambdues serveixen com a grans interruptors elèctrics, que condueixen l'energia de CA des de la xarxa fins al carregador integrat (OBC) del vehicle, que després converteix l'energia de CA en corrent continu per carregar la bateria.

Tot i que generalment són iguals, encara hi ha diferències significatives en molts detalls en comparació amb els estàndards nacionals i europeus. En cas contrari, seria massa convenient vendre'ls directament als Estats Units sense cap modificació.

(1)

Abans de parlar de les línies d'entrada de les estacions de càrrega de CA nord-americanes, primer introduïm el sistema de voltatge de la xarxa elèctrica de CA als Estats Units.

Els sistemes de xarxa elèctrica de la majoria de països del món estan alineats amb els d'Europa (colonialisme i guerra), és a dir, el voltatge domèstic normal és de 220V~230Vac 50Hz, i el voltatge trifàsic industrial és de 380~400Vac 50Hz. És obvi que el voltatge de l'electricitat industrial és tres vegades l'arrel del voltatge domèstic: la diferència entre el voltatge de línia i el voltatge de fase.

El sistema de voltatge als Estats Units és únic, amb un voltatge domèstic principal de 120V/240V 60Hz i un voltatge industrial principal de 480V/277Vac 60Hz per a ús industrial. El voltatge utilitzat per a ús comercial o residencial d'alta densitat és de 120V/208Vac 60Hz, mentre que per a algunes grans indústries pesades és de 347/600Vac 60Hz.

També et sorprèn per què el sistema de voltatge als Estats Units és tan caòtic?

L'ús del voltatge de 110 V va sorgir d'Edison. Edison és conegut per inventar la bombeta. Després de múltiples experiments i comparacions, va descobrir que la bombeta tenia la màxima eficiència lluminosa i la vida útil més llarga quan el voltatge era de 110 V. Així doncs, el 1882, Edison va introduir oficialment l'electricitat de 110 V CC al mercat a la central elèctrica de Pearl Street, la primera central elèctrica comercial de CC dels Estats Units.

Però tots sabem que el corrent continu té un inconvenient important, que és la pèrdua de calor important durant la transmissió a llarga distància, cosa que malgasta molta energia elèctrica. Per tal d'evitar una pèrdua excessiva d'energia durant la transmissió a llarga distància, Nikola Tesla va introduir el seu sistema de corrent altern (CA). Tot i que el corrent altern finalment va derrotar el corrent continu, en aquell moment ja s'havien instal·lat milers d'aparells i dispositius dedicats a 110V a les llars i fàbriques americanes.

Per tal de facilitar una transició suau a l'era del corrent altern, Tesla va fer un compromís: també va establir el voltatge domèstic del corrent altern a 110 V. Això no només va protegir la inversió en equipament dels usuaris existents, sinó que també va eliminar la por del públic al corrent altern d'alt voltatge (que es creia àmpliament que era més perjudicial per a la salut humana en aquell moment).

Per tant, l'adopció de l'alimentació de 110 V CA als Estats Units és producte de l'adaptació a l'alimentació de 110 V CC.

Amb l'arribada de l'era elèctrica, els enginyers es van adonar gradualment que, en comparació amb l'adopció posterior del voltatge de 220V/240V a Europa, el sistema de 110V als Estats Units patia pèrdues més grans en transmetre electricitat d'alta potència i requeria cables de coure més gruixuts per evitar l'escalfament. Però si actualitzem a 220Vac de manera completa, el cost és massa elevat. Els electrodomèstics, els endolls, els fusibles i fins i tot tota la xarxa de distribució de la ciutat en milions de llars dels Estats Units estan dissenyats segons 110V.

Per aquest motiu, els enginyers elèctrics dels Estats Units han inventat un "mètode del sòl" altament intel·ligent: la tecnologia de fase dividida.

Entre el cable de fase i el cable neutre del mig, es forma una tensió de 110V/120V, dissenyada específicament per a petits electrodomèstics com ara telèfons mòbils, televisors i bombetes (segur i no s'escalfa al tacte).

Quan dos cables actius s'apilen junts, es converteixen instantàniament en 220V/240V, dissenyats específicament per a "tigres elèctrics" com ara aires condicionats, escalfadors d'aigua elèctrics i assecadores (amb alta eficiència i baix consum de cable).

Un cop entès l'origen dels 120 V CA i els 240 V CA, l'origen dels 208 V CA també és fàcil de comprendre. 208 V és el voltatge de línia de 120 V (tres vegades l'arrel).

(II)

Després d'entendre el sistema de voltatge als Estats Units, ara fem una ullada al voltatge d'entrada de la pila de CA americana.

Hi ha tres tipus de voltatge per a les estacions de càrrega de CA ordinàries que s'utilitzen als Estats Units, és a dir, 120V, 208V i 240Vac. Bàsicament, la promoció de les empreses de piles es basarà en les bandes de voltatge que admeten, 110~120Vac o 200V~240Vac.

Cal destacar que l'estació de càrrega amb entrada de 208V també és d'entrada monofàsica, no de 16 kW o 22 kW, ja que entenem que és similar a l'entrada trifàsica europea de cinc fils. Tanmateix, hi ha molt poques estacions de càrrega d'entrada trifàsica als Estats Units que s'hagin buscat al mercat però que encara no s'hagin trobat.

Entre ells, 110~120Vac és una connexió d'endoll normal que pot suportar una entrada de corrent màxima de 16A.

Per a estacions de càrrega de CA amb entrada de 200V~240Vac (208Vac o 240Vac), l'extrem frontal de la línia d'entrada pot tenir la forma d'un endoll o d'un terminal de cable. L'endoll d'"alta tensió" amb entrada de 240Vac als Estats Units (que consta de quatre cables: dos cables actius, un cable neutre i un cable de terra) l'ha de completar un electricista professional.

Per cert, la presa per connectar l'endoll d'entrada de l'estació de càrrega de CA de 240 V CA ha de complir els requisits de NEMA 14-50. El seu corrent màxim de càrrega és de 50 A. Segons els requisits de l'American Electrical Installation Standard NFPA 70, el corrent màxim utilitzat pels aparells elèctrics no ha de superar el 80% de la presa nominal. Per tant, el corrent màxim d'una estació de càrrega de CA d'entrada de 240 V amb una presa només pot arribar als 40 A, amb una potència de 9,6 kW.

(3)

Després de discutir els requisits per al costat d'entrada de l'estació de càrrega de CA estàndard americana, passem per alt la carcassa i mirem directament el costat de sortida.

El costat de sortida de l'estació de càrrega de comunicació és molt senzill, només el portapistola i el cable de la pistola que coincideix amb el portapistola.

Si navegueu pel lloc web de l'estació de comunicació dels Estats Units, trobareu que qualsevol estació de càrrega proporcionarà dos tipus de preses de pistola, és a dir, la interfície TYPE1 que compleix amb SAE J1772 i la interfície NACS que compleix amb Tesla SAE J3400.

Els detalls específics de l'estructura i la mida del capçal de la pistola i del portapistola amb dues interfícies es poden trobar a les normes corresponents.

Internament, no hi ha cap diferència entre la interfície NACS de Tesla i la interfície TYPE1 de SAE J 1772, ambdues consten de cinc cables: L/N/PE/CP/PP. Per descomptat, el disseny de Tesla és molt enginyós, ja que les interfícies de CC i CA són el mateix conjunt.

Pel que fa al mercat nord-americà de piles de comunicació, la interfície de càrrega de sortida està passant de la interfície TYPE1 tradicional a la interfície NACS, i cada cop més cotxes optaran per admetre les interfícies Tesla en el futur. Les primeres estacions de càrrega de CA equipades amb interfícies TYPE1 no podien carregar el nou NACS.

Per descomptat, no cal preocupar-se massa, hi ha molts adaptadors al mercat que us poden ajudar.

Els adaptadors de capçal de pistola estan estrictament prohibits a la norma europea IEC 61851-1:2017, però aquestes clàusules no es troben a la norma UL 2594 als Estats Units. No està prohibit per llei, només cal utilitzar-lo directament.

Això és tot pel que fa als costats d'entrada i sortida de l'estació de càrrega de CA estàndard americana. En el proper article, compartirem els detalls de disseny de la "carcassa".