Americká standardní certifikace zabíjecích pilot (III) – Konstrukční detaily střídavých pilot (přední konec vstupního potrubí a výstupní hlavice pistole)

Z hlediska principů produktu se americké standardní nabíjecí stanice střídavého proudu neliší od národních a evropských standardů – obě slouží jako velké elektrické spínače, které vedou střídavý proud ze sítě do palubní nabíječky (OBC) ve vozidle, která poté převádí střídavý proud na stejnosměrný proud pro nabíjení baterie.

Přestože jsou obecně stejné, v mnoha detailech se stále vyskytují značné rozdíly ve srovnání s národními a evropskými normami. Jinak by bylo příliš pohodlné je přímo prodávat ve Spojených státech bez jakýchkoli úprav.

(1)

Než budeme hovořit o vstupních vedeních severoamerických nabíjecích stanic se střídavým proudem, nejprve si představme napěťový systém střídavé elektrické sítě ve Spojených státech.

Systémy elektrických sítí většiny zemí světa jsou v souladu s evropskými (kolonialismus a válka), tj. běžné napětí v domácnostech je 220 V ~ 230 V AC 50 Hz a průmyslové třífázové napětí je 380 ~ 400 V AC 50 Hz. Je zřejmé, že napětí průmyslové elektřiny je trojnásobkem odmocniny napětí v domácnosti – rozdílu mezi síťovým napětím a fázovým napětím.

Napěťová soustava ve Spojených státech je unikátní. Pro průmyslové použití se v domácnostech používá běžná síťová napětí 120 V/240 V 60 Hz a pro průmyslové použití běžná síťová napětí 480 V/277 V AC 60 Hz. Pro komerční účely nebo hustě obytné domy se používá napětí 120 V/208 V AC 60 Hz, zatímco pro některá velká těžká průmyslová odvětví je to 347/600 V AC 60 Hz.

Taky tě překvapuje, proč je napěťová soustava ve Spojených státech tak chaotická?

Použití napětí 110 V pochází od Edisona. Právě Edison je známý vynálezem žárovky. Po mnoha experimentech a srovnáních zjistil, že žárovka má nejvyšší světelnou účinnost a nejdelší životnost při napětí 110 V. V roce 1882 tedy Edison oficiálně uvedl na trh stejnosměrný proud o napětí 110 V v elektrárně Pearl Street, první komerční stejnosměrné elektrárně ve Spojených státech.

Všichni ale víme, že stejnosměrný proud má jednu velkou nevýhodu, kterou jsou velké tepelné ztráty při přenosu na dlouhé vzdálenosti, což vede k plýtvání velkým množstvím elektrické energie. Aby se zabránilo nadměrným ztrátám energie při přenosu na dlouhé vzdálenosti, Nikola Tesla představil svůj systém střídavého proudu (AC). Ačkoli střídavý proud nakonec porazil stejnosměrný proud, v amerických domácnostech a továrnách byly v té době již instalovány tisíce spotřebičů a zařízení určených pro 110 V.

Aby usnadnil hladký přechod do éry střídavého proudu, Tesla učinil kompromis: stanovil také napětí střídavého proudu v domácnostech na 110 V. To nejen ochránilo investice stávajících uživatelů do zařízení, ale také odstranilo strach veřejnosti z vysokonapěťového střídavého proudu (který byl v té době všeobecně považován za škodlivější pro lidské zdraví).

Proto je přijetí střídavého napětí 110 V ve Spojených státech výsledkem přizpůsobení se stejnosměrnému napájení 110 V.

S příchodem elektrotechnického věku si inženýři postupně uvědomili, že ve srovnání s pozdějším přijetím napětí 220 V/240 V v Evropě trpěl systém 110 V ve Spojených státech většími ztrátami při přenosu vysoce výkonné elektřiny a vyžadoval silnější měděné dráty, aby se zabránilo zahřívání. Pokud však komplexně přejdeme na 220 V AC, náklady jsou příliš vysoké. Spotřebiče, zásuvky, pojistky a dokonce i celá městská distribuční síť v milionech domácností po celých Spojených státech jsou navrženy podle 110 V.

Z tohoto důvodu vynalezli elektrotechnici ve Spojených státech vysoce inteligentní „půdní metodu“ – technologii s rozdělenou fází.

Mezi fázovým vodičem a nulovým vodičem uprostřed se vytváří napětí 110 V/120 V, speciálně určené pro malé domácí spotřebiče, jako jsou mobilní telefony, televizory a žárovky (bezpečné a nehorké na dotek).

Když se dva vodiče pod napětím naskládají dohromady, okamžitě se z nich vytvoří napětí 220 V/240 V, které je speciálně navrženo pro „elektrické tygry“, jako jsou klimatizace, elektrické ohřívače vody a sušičky (s vysokou účinností a nízkou spotřebou vodičů).

Po pochopení původu 120 V AC a 240 V AC je snadno pochopitelný i původ 208 V AC. 208 V je síťové napětí 120 V (trojnásobek odmocniny).

(II)

Poté, co jsme pochopili napěťový systém ve Spojených státech, se nyní podívejme na vstupní napětí amerického střídavého zdroje.

Ve Spojených státech se používají tři typy napětí pro běžné nabíjecí stanice střídavého proudu, a to 120 V, 208 V a 240 V AC. Propagace společností zabývajících se nabíjecími stanicemi bude v zásadě založena na napěťových pásmech, která podporují, tedy 110–120 V AC nebo 200 V–240 V AC.

Je třeba poznamenat, že nabíjecí stanice se vstupem 208 V má také jednofázový vstup, nikoli 16 kW nebo 22 kW, jak ji chápeme jako podobnou evropskému třífázovému pětivodičovému vstupu. Ve Spojených státech je však jen velmi málo třífázových nabíjecích stanic, které byly na trhu vyhledávány, ale dosud nebyly nalezeny.

Mezi nimi je 110~120Vac běžné zástrčkové připojení, které dokáže zvládnout maximální proudový vstup 16A.

U nabíjecích stanic střídavého proudu se vstupem 200 V~240 V AC (208 V AC nebo 240 V AC) může být přední konec vstupního vedení ve formě zástrčky nebo kabelové svorky. „Vysokonapěťová“ zásuvka se vstupem 240 V AC ve Spojených státech (sestávající ze čtyř vodičů: dvou fázových vodičů, jednoho nulového vodiče a jednoho zemnícího vodiče) musí být sestavena profesionálním elektrikářem.

Mimochodem, zásuvka pro připojení vstupní zástrčky nabíjecí stanice 240 V AC by měla splňovat požadavky NEMA14-50. Její maximální zatížitelnost proudem je 50 A. Podle požadavků americké normy pro elektroinstalaci NFPA 70 by maximální proud spotřebovávaný elektrickými spotřebiči neměl překročit 80 % jmenovitého proudu zásuvky. Maximální proud nabíjecí stanice 240 V AC se zástrčkou tedy může dosáhnout pouze 40 A s výkonem 9,6 kW.

(3)

Po projednání požadavků na vstupní stranu americké standardní nabíjecí stanice střídavého proudu přeskočme plášť a podívejme se přímo na výstupní stranu.

Výstupní strana komunikační nabíjecí stanice je velmi jednoduchá, pouze držák pistole a kabel pistole, který odpovídá držáku pistole.

Pokud si prohlédnete webové stránky komunikačních stanic ve Spojených státech, zjistíte, že každá nabíjecí stanice nabízí dva typy zásuvek pro pistole, a to rozhraní TYPE1, které splňuje normu SAE J1772, a rozhraní NACS, které splňuje normu Tesla SAE J3400.

Konkrétní strukturu a rozměry hlavy pistole a držáku pistole se dvěma rozhraními lze nalézt v příslušných normách.

Interně není žádný rozdíl mezi rozhraním NACS od Tesly a rozhraním TYPE1 od SAE J 1772, obě se skládají z pěti vodičů – L/N/PE/CP/PP. Teslova konstrukce je samozřejmě velmi chytrá, protože rozhraní DC i AC mají stejnou sadu.

Pokud jde o severoamerický trh s komunikačními stohy, výstupní nabíjecí rozhraní přechází ze staromódního rozhraní TYPE1 na rozhraní NACS a v budoucnu se stále více automobilů rozhodne podporovat rozhraní Tesla. Dřívější nabíjecí stanice střídavého proudu vybavené rozhraním TYPE1 nebyly schopny nabíjet nová NACS.

Samozřejmě se nemusíte příliš obávat, na trhu je spousta adaptérů, které vám s tím mohou pomoci.

Adaptéry pro pistolové hlavy jsou přísně zakázány v evropské normě IEC 61851-1:2017, ale v normě UL 2594 ve Spojených státech se takové ustanovení nenacházejí. Není to zákonem zakázáno, stačí je použít přímo.

To je vše, co se týče vstupní a výstupní strany americké standardní nabíjecí stanice střídavého proudu. V dalším článku se s vámi podělíme o detaily konstrukce „krytu“.