Certification des pieux de chargement selon la norme américaine (III) – Détails de conception des pieux AC (extrémité avant de la ligne d'entrée et tête de canon de sortie)

Du point de vue des principes de conception des produits, les bornes de recharge CA américaines ne diffèrent pas des normes nationales et européennes : elles servent toutes deux de grands interrupteurs électriques, acheminant le courant alternatif du réseau vers le chargeur embarqué (OBC) du véhicule, qui convertit ensuite le courant alternatif en courant continu pour charger la batterie.

Bien qu'elles soient globalement similaires, de nombreuses différences subsistent quant aux détails par rapport aux normes nationales et européennes. Autrement, il serait trop facile de les vendre directement aux États-Unis sans aucune modification.

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Avant d'aborder les lignes d'entrée des bornes de recharge CA nord-américaines, présentons d'abord le système de tension du réseau électrique CA aux États-Unis.

Les réseaux électriques de la plupart des pays du monde sont calqués sur ceux de l'Europe (héritage du colonialisme et de la guerre) : la tension domestique est de 220 à 230 Vca à 50 Hz, tandis que la tension triphasée industrielle est de 380 à 400 Vca à 50 Hz. Il est clair que la tension industrielle est trois fois supérieure à la racine carrée de la tension domestique (différence entre la tension de ligne et la tension de phase).

Le système de tension aux États-Unis est unique : la tension domestique standard est de 120 V/240 V à 60 Hz, tandis que la tension industrielle standard est de 480 V/277 Vca à 60 Hz. La tension utilisée pour les applications commerciales ou résidentielles à forte densité est de 120 V/208 Vca à 60 Hz, tandis que pour certaines grandes industries lourdes, elle est de 347 V/600 Vca à 60 Hz.

Êtes-vous également surpris par le chaos qui règne autour du réseau électrique aux États-Unis ?

L'utilisation du courant continu de 110 V est due à Edison, célèbre pour avoir inventé l'ampoule électrique. Après de nombreuses expériences et comparaisons, il constata que l'ampoule offrait le meilleur rendement lumineux et la durée de vie la plus longue sous une tension de 110 V. Ainsi, en 1882, Edison commercialisa officiellement le courant continu de 110 V à la centrale électrique de Pearl Street, la première centrale électrique commerciale à courant continu des États-Unis.

Mais nous savons tous que le courant continu présente un inconvénient majeur : d'importantes pertes de chaleur lors du transport sur de longues distances, entraînant un gaspillage considérable d'énergie électrique. Afin d'éviter ces pertes excessives, Nikola Tesla a introduit le courant alternatif (CA). Bien que le courant alternatif ait finalement supplanté le courant continu, des milliers d'appareils fonctionnant sous 110 V étaient déjà installés dans les foyers et les usines américaines à cette époque.

Afin de faciliter une transition en douceur vers l'ère du courant alternatif, Tesla a fait un compromis : il a également fixé la tension domestique du courant alternatif à 110 V. Cela a non seulement protégé l'investissement des utilisateurs existants, mais a également dissipé la crainte du public concernant le courant alternatif à haute tension (alors largement considéré comme plus nocif pour la santé humaine).

Par conséquent, l'adoption du courant alternatif 110 V aux États-Unis est le fruit de l'adaptation du courant continu 110 V.

Avec l'avènement de l'électricité, les ingénieurs ont progressivement constaté que, comparé au système 220 V/240 V adopté plus tard en Europe, le système 110 V aux États-Unis engendrait des pertes plus importantes lors du transport d'électricité à haute tension et nécessitait des câbles en cuivre plus épais pour éviter la surchauffe. Or, une conversion généralisée au 220 V s'avérerait trop coûteuse. Les appareils électroménagers, les prises, les fusibles, et même l'ensemble du réseau de distribution électrique de millions de foyers américains sont encore conçus pour le 110 V.

C’est pourquoi, aux États-Unis, les ingénieurs électriciens ont inventé une « méthode du sol » très intelligente : la technologie à phase divisée.

Entre le fil de phase et le fil neutre au milieu, une tension de 110 V/120 V est formée, spécialement conçue pour les petits appareils ménagers tels que les téléphones portables, les téléviseurs et les ampoules (sûre et non chaude au toucher).

Lorsque deux fils sous tension sont mis en parallèle, ils se transforment instantanément en 220V/240V, spécialement conçus pour les « tigres électriques » tels que les climatiseurs, les chauffe-eau électriques et les sèche-linge (avec un rendement élevé et une faible consommation de fil).

Une fois les origines du 120 Vca et du 240 Vca comprises, l'origine du 208 Vca est également facile à comprendre. 208 V est la tension de ligne du 120 V (trois fois la racine carrée).

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Après avoir compris le système de tension aux États-Unis, examinons maintenant la tension d'entrée de la pile à courant alternatif américaine.

Aux États-Unis, les bornes de recharge pour véhicules électriques fonctionnent généralement sous trois tensions : 120 V, 208 V et 240 V CA. La promotion des fabricants de bornes repose principalement sur les plages de tension qu’elles prennent en charge : 110-120 V CA ou 200-240 V CA.

Il convient de noter que la borne de recharge avec une entrée de 208 V est monophasée, et non de 16 kW ou 22 kW comme on pourrait le croire pour une entrée triphasée à cinq fils en Europe. Cependant, malgré des recherches approfondies sur le marché américain, il existe très peu de bornes de recharge triphasées disponibles.

Parmi elles, la prise 110~120 Vca est une prise standard pouvant supporter un courant d'entrée maximal de 16 A.

Pour les bornes de recharge CA avec une entrée de 200 V~240 Vca (208 Vca ou 240 Vca), l'extrémité de la ligne d'entrée peut être une fiche ou un bornier. La prise « haute tension » avec une entrée de 240 Vca aux États-Unis (composée de quatre fils : deux fils de phase, un fil neutre et un fil de terre) doit être installée par un électricien qualifié.

Par ailleurs, la prise de la borne de recharge 240 V CA doit être conforme à la norme NEMA 14-50. Son courant maximal admissible est de 50 A. Selon la norme américaine NFPA 70 relative aux installations électriques, le courant maximal consommé par les appareils électriques ne doit pas dépasser 80 % de l'intensité nominale de la prise. Ainsi, le courant maximal d'une borne de recharge 240 V CA avec prise ne peut atteindre que 40 A, pour une puissance de 9,6 kW.

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Après avoir examiné les exigences relatives à la partie entrée de la borne de recharge CA standard américaine, passons sur le boîtier et intéressons-nous directement à la partie sortie.

La partie sortie de la station de charge de communication est très simple : il ne reste que le support d'arme et le câble d'arme correspondant.

Si vous consultez le site web des stations de communication aux États-Unis, vous constaterez que chaque station de recharge propose deux types de prises pour armes à feu : l’interface TYPE1 conforme à la norme SAE J1772 et l’interface NACS conforme à la norme Tesla SAE J3400.

Les détails spécifiques relatifs à la structure et aux dimensions de la tête de canon et du porte-canon à deux interfaces se trouvent dans les normes correspondantes.

En interne, l'interface NACS de Tesla et l'interface TYPE 1 de la norme SAE J 1772 sont identiques : elles comportent toutes deux cinq fils (L/N/PE/CP/PP). La conception de Tesla est d'ailleurs très ingénieuse, puisque les interfaces CC et CA utilisent la même configuration.

Sur le marché nord-américain des bornes de recharge, l'interface de charge passe progressivement de l'ancienne interface TYPE1 à l'interface NACS, et de plus en plus de véhicules seront compatibles avec les interfaces Tesla. Les premières bornes de recharge en courant alternatif équipées d'interfaces TYPE1 n'étaient pas compatibles avec la nouvelle interface NACS.

Bien sûr, il n'y a pas lieu de trop s'inquiéter, il existe de nombreux adaptateurs sur le marché qui peuvent vous aider.

L'utilisation d'adaptateurs pour têtes de pistolet est strictement interdite par la norme européenne CEI 61851-1:2017, mais cette interdiction n'est pas mentionnée dans la norme américaine UL 2594. Leur utilisation n'est pas interdite par la loi ; vous pouvez donc les utiliser directement.

Voilà pour les entrées et sorties de la borne de recharge américaine standard en courant alternatif. Dans le prochain article, nous détaillerons la conception du boîtier.