Πιστοποίηση Αμερικανικού Προτύπου Στήλου Φόρτισης (III) – Λεπτομέρειες Σχεδιασμού Στήλων AC (μπροστινό άκρο γραμμής εισόδου και κεφαλή πιστολιού εξόδου)

Από την άποψη των αρχών του προϊόντος, οι αμερικανικοί τυποποιημένοι σταθμοί φόρτισης AC δεν διαφέρουν από τα εθνικά και ευρωπαϊκά πρότυπα - και οι δύο χρησιμεύουν ως μεγάλοι ηλεκτρικοί διακόπτες, φέρνοντας εναλλασσόμενο ρεύμα από το δίκτυο στον ενσωματωμένο φορτιστή (OBC) του οχήματος, ο οποίος στη συνέχεια μετατρέπει το εναλλασσόμενο ρεύμα σε συνεχές ρεύμα για να φορτίσει την μπαταρία.

Παρόλο που είναι γενικά τα ίδια, εξακολουθούν να υπάρχουν σημαντικές διαφορές σε πολλές λεπτομέρειες σε σύγκριση με τα εθνικά και ευρωπαϊκά πρότυπα. Διαφορετικά, θα ήταν πολύ βολικό να πωληθούν απευθείας στις Ηνωμένες Πολιτείες χωρίς καμία τροποποίηση.

(1)

Πριν συζητήσουμε τις γραμμές εισόδου των σταθμών φόρτισης AC της Βόρειας Αμερικής, ας παρουσιάσουμε πρώτα το σύστημα τάσης του δικτύου εναλλασσόμενου ρεύματος στις Ηνωμένες Πολιτείες.

Τα συστήματα ηλεκτρικού δικτύου των περισσότερων χωρών στον κόσμο είναι ευθυγραμμισμένα με αυτά της Ευρώπης (αποικιοκρατικής και πολεμικής περιόδου), δηλαδή η κανονική τάση οικιακής χρήσης είναι 220V~230Vac 50Hz και η τριφασική τάση βιομηχανικής χρήσης είναι 380~400Vac 50Hz. Είναι προφανές ότι η τάση της βιομηχανικής ηλεκτρικής ενέργειας είναι τρεις φορές η ρίζα της τάσης οικιακής χρήσης - η διαφορά μεταξύ της τάσης γραμμής και της τάσης φάσης.

Το σύστημα τάσης στις Ηνωμένες Πολιτείες είναι μοναδικό, με την κύρια τάση οικιακής χρήσης να είναι 120V/240V 60Hz και την κύρια βιομηχανική τάση να είναι 480V/277Vac 60Hz για βιομηχανική χρήση. Η τάση που χρησιμοποιείται για εμπορικούς ή οικιακούς σκοπούς υψηλής πυκνότητας είναι 120V/208Vac 60Hz, ενώ για ορισμένες μεγάλες βαριές βιομηχανίες είναι 347/600Vac 60Hz.

Σας εκπλήσσει επίσης το γεγονός ότι το σύστημα τάσης στις Ηνωμένες Πολιτείες είναι τόσο χαοτικό.

Η χρήση τάσης 110V προήλθε από τον Έντισον. Ο Έντισον είναι γνωστός για την εφευρεση της λάμπας. Μετά από πολλαπλά πειράματα και συγκρίσεις, διαπίστωσε ότι η λάμπα είχε την υψηλότερη φωτεινή απόδοση και τη μεγαλύτερη διάρκεια ζωής όταν η τάση ήταν 110V. Έτσι, το 1882, ο Έντισον εισήγαγε επίσημα στην αγορά ηλεκτρική ενέργεια 110V DC στον σταθμό παραγωγής ενέργειας Pearl Street, τον πρώτο εμπορικό σταθμό παραγωγής ενέργειας DC στις Ηνωμένες Πολιτείες.

Αλλά όλοι γνωρίζουμε ότι το συνεχές ρεύμα έχει ένα σημαντικό μειονέκτημα, το οποίο είναι η σοβαρή απώλεια θερμότητας κατά τη μετάδοση σε μεγάλες αποστάσεις, η οποία σπαταλά πολλή ηλεκτρική ενέργεια. Προκειμένου να αποφευχθεί η υπερβολική απώλεια ενέργειας κατά τη μετάδοση σε μεγάλες αποστάσεις, ο Νίκολα Τέσλα εισήγαγε το σύστημα εναλλασσόμενου ρεύματος (AC). Αν και το εναλλασσόμενο ρεύμα τελικά νίκησε το συνεχές ρεύμα, χιλιάδες συσκευές και συσκευές αφιερωμένες στα 110V είχαν ήδη εγκατασταθεί σε αμερικανικά νοικοκυριά και εργοστάσια εκείνη την εποχή.

Προκειμένου να διευκολυνθεί η ομαλή μετάβαση στην εποχή του εναλλασσόμενου ρεύματος, ο Τέσλα έκανε έναν συμβιβασμό: όρισε επίσης την τάση του εναλλασσόμενου ρεύματος στα 110V. Αυτό όχι μόνο προστάτευσε την επένδυση σε εξοπλισμό των υπαρχόντων χρηστών, αλλά και εξάλειψε τον φόβο του κοινού για το εναλλασσόμενο ρεύμα υψηλής τάσης (το οποίο εκείνη την εποχή θεωρούνταν ευρέως ως πιο επιβλαβές για την ανθρώπινη υγεία).

Επομένως, η υιοθέτηση της τροφοδοσίας 110V AC στις Ηνωμένες Πολιτείες είναι αποτέλεσμα της προσαρμογής της τροφοδοσίας 110V DC.

Με την έλευση της ηλεκτρικής εποχής, οι μηχανικοί σταδιακά συνειδητοποίησαν ότι, σε σύγκριση με την μεταγενέστερη υιοθέτηση της τάσης 220V/240V στην Ευρώπη, το σύστημα 110V στις Ηνωμένες Πολιτείες υπέστη μεγαλύτερες απώλειες κατά τη μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας υψηλής ισχύος και απαιτούσε παχύτερα χάλκινα σύρματα για την αποφυγή θέρμανσης. Αλλά αν αναβαθμίσουμε συνολικά σε 220Vac, το κόστος είναι πολύ υψηλό. Οι συσκευές, οι πρίζες, οι ασφάλειες, ακόμη και ολόκληρο το δίκτυο διανομής της πόλης σε εκατομμύρια νοικοκυριά στις Ηνωμένες Πολιτείες, έχουν σχεδιαστεί σύμφωνα με τα 110V.

Για αυτόν τον λόγο, οι ηλεκτρολόγοι μηχανικοί στις Ηνωμένες Πολιτείες έχουν εφεύρει μια εξαιρετικά έξυπνη «μέθοδο εδάφους» - την τεχνολογία διαχωρισμού φάσης.

Μεταξύ του ηλεκτρικού καλωδίου και του ουδέτερου καλωδίου στη μέση, σχηματίζεται τάση 110V/120V, ειδικά σχεδιασμένη για μικρές οικιακές συσκευές όπως κινητά τηλέφωνα, τηλεοράσεις και λάμπες (ασφαλής και όχι καυτή στην αφή).

Όταν δύο καλώδια υπό τάση στοιβάζονται μαζί, μετατρέπονται αμέσως σε 220V/240V, ειδικά σχεδιασμένα για «ηλεκτρικές τίγρεις» όπως κλιματιστικά, ηλεκτρικούς θερμοσίφωνες και στεγνωτήρια (με υψηλή απόδοση και χαμηλή κατανάλωση καλωδίων).

Έχοντας κατανοήσει την προέλευση των 120Vac και 240Vac, είναι επίσης εύκολο να κατανοηθεί και η προέλευση των 208Vac. Τα 208V είναι η τάση γραμμής των 120V (τριπλάσια της ρίζας).

(ΙΙ)

Αφού κατανοήσαμε το σύστημα τάσης στις Ηνωμένες Πολιτείες, ας ρίξουμε τώρα μια ματιά στην τάση εισόδου του αμερικανικού σωρού AC.

Υπάρχουν τρεις τύποι τάσης για τους συνηθισμένους σταθμούς φόρτισης AC που χρησιμοποιούνται στις Ηνωμένες Πολιτείες, συγκεκριμένα 120V, 208V και 240Vac. Βασικά, η προώθηση των εταιρειών φόρτισης θα βασίζεται στις ζώνες τάσης που υποστηρίζουν, 110~120Vac ή 200V~240Vac.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι ο σταθμός φόρτισης με είσοδο 208V είναι επίσης μονοφασικός, όχι 16kw ή 22kw, όπως καταλαβαίνουμε ότι είναι παρόμοιος με τον ευρωπαϊκό τριφασικό πεντάσυρμο σταθμό φόρτισης. Ωστόσο, υπάρχουν πολύ λίγοι τριφασικοί σταθμοί φόρτισης στις Ηνωμένες Πολιτείες που έχουν αναζητηθεί στην αγορά, αλλά δεν έχουν βρεθεί ακόμη.

Μεταξύ αυτών, το 110~120Vac είναι μια κανονική σύνδεση βύσματος που μπορεί να υποστηρίξει μέγιστη είσοδο ρεύματος 16A.

Για σταθμούς φόρτισης AC με είσοδο 200V~240Vac (208Vac ή 240Vac), το μπροστινό άκρο της γραμμής εισόδου μπορεί να έχει τη μορφή βύσματος ή ακροδέκτη καλωδίου. Η πρίζα «υψηλής τάσης» με είσοδο 240Vac στις Ηνωμένες Πολιτείες (που αποτελείται από τέσσερα καλώδια: δύο καλώδια υπό τάση, ένα ουδέτερο καλώδιο και ένα καλώδιο γείωσης) πρέπει να ολοκληρωθεί από επαγγελματία ηλεκτρολόγο.

Παρεμπιπτόντως, η πρίζα για τη σύνδεση του βύσματος εισόδου του σταθμού φόρτισης AC 240Vac θα πρέπει να συμμορφώνεται με τις απαιτήσεις του NEMA14-50. Το μέγιστο ρεύμα μεταφοράς της είναι 50A. Σύμφωνα με τις απαιτήσεις του Αμερικανικού Προτύπου Ηλεκτρικών Εγκαταστάσεων NFPA 70, το μέγιστο ρεύμα που χρησιμοποιείται από ηλεκτρικές συσκευές δεν πρέπει να υπερβαίνει το 80% της ονομαστικής πρίζας. Έτσι, το μέγιστο ρεύμα ενός σταθμού φόρτισης AC εισόδου 240V με βύσμα μπορεί να φτάσει μόνο τα 40A, με ισχύ 9,6kW.

(3)

Αφού συζητήσαμε τις απαιτήσεις για την πλευρά εισόδου του αμερικανικού τυποποιημένου σταθμού φόρτισης AC, ας παραλείψουμε το κέλυφος και ας εξετάσουμε απευθείας την πλευρά εξόδου.

Η πλευρά εξόδου του σταθμού φόρτισης επικοινωνίας είναι πολύ απλή, μόνο η θήκη του πιστολιού και το καλώδιο του πιστολιού που ταιριάζει με τη θήκη του πιστολιού.

Αν περιηγηθείτε στον ιστότοπο του σταθμού επικοινωνίας στις Ηνωμένες Πολιτείες, θα διαπιστώσετε ότι οποιοσδήποτε σταθμός φόρτισης παρέχει δύο τύπους υποδοχών πιστολιών, συγκεκριμένα τη διεπαφή TYPE1 που πληροί το πρότυπο SAE J1772 και τη διεπαφή NACS που πληροί το πρότυπο Tesla SAE J3400.

Οι συγκεκριμένες λεπτομέρειες δομής και μεγέθους της κεφαλής του όπλου και της θήκης όπλου με δύο διεπαφές μπορούν να βρεθούν στα αντίστοιχα πρότυπα.

Εσωτερικά, δεν υπάρχει διαφορά μεταξύ της διεπαφής NACS της Tesla και της διεπαφής TYPE1 του SAE J 1772, οι οποίες αποτελούνται και οι δύο από πέντε καλώδια – L/N/PE/CP/PP. Φυσικά, ο σχεδιασμός της Tesla είναι πολύ έξυπνος, καθώς τόσο οι διεπαφές DC όσο και οι διεπαφές AC είναι το ίδιο σετ.

Όσον αφορά την αγορά συστοιχιών επικοινωνιών της Βόρειας Αμερικής, η διεπαφή φόρτισης εξόδου μεταβαίνει από την παλιομοδίτικη διεπαφή TYPE1 στη διεπαφή NACS και όλο και περισσότερα αυτοκίνητα θα επιλέξουν να υποστηρίξουν διεπαφές Tesla στο μέλλον. Οι πρώτοι σταθμοί φόρτισης AC που ήταν εξοπλισμένοι με διεπαφές TYPE1 δεν ήταν σε θέση να φορτίσουν τη νέα NACS.

Φυσικά, δεν χρειάζεται να ανησυχείτε πολύ, υπάρχουν πολλοί προσαρμογείς στην αγορά που μπορούν να σας βοηθήσουν.

Οι προσαρμογείς κεφαλής πιστολιού απαγορεύονται αυστηρά στο ευρωπαϊκό πρότυπο IEC 61851-1:2017, αλλά τέτοιες ρήτρες δεν υπάρχουν στο UL 2594 στις Ηνωμένες Πολιτείες. Δεν απαγορεύεται από το νόμο, απλώς χρησιμοποιήστε το απευθείας.

Αυτά είναι όλα για τις πλευρές εισόδου και εξόδου του αμερικανικού τυποποιημένου σταθμού φόρτισης AC. Στο επόμενο άρθρο, θα μοιραστούμε τις λεπτομέρειες σχεδιασμού του «περιβλήματος».