Certificación de pilas de carga estándar americanas (III): detalles de deseño de pilas de CA (extremo frontal da liña de entrada e cabezal de canón de saída)

Desde a perspectiva dos principios do produto, as estacións de carga de CA estándar americanas non difiren dos estándares nacionais e europeos: ambas funcionan como grandes interruptores eléctricos, conducindo a enerxía CA desde a rede ata o cargador a bordo (OBC) do vehículo, que logo converte a enerxía CA en enerxía CC para cargar a batería.

Aínda que en xeral son iguais, aínda hai diferenzas significativas en moitos detalles en comparación cos estándares nacionais e europeos. Se non, sería demasiado cómodo vendelos directamente nos Estados Unidos sen ningunha modificación.

(1)

Antes de falar das liñas de entrada das estacións de carga de CA de América do Norte, imos presentar primeiro o sistema de tensión da rede eléctrica de CA nos Estados Unidos.

Os sistemas de rede eléctrica da maioría dos países do mundo están aliñados cos de Europa (colonialismo e guerra), é dicir, a tensión doméstica normal é de 220 V ~ 230 V CA a 50 Hz e a tensión trifásica industrial é de 380 ~ 400 V CA a 50 Hz. É obvio que a tensión da electricidade industrial é tres veces a raíz da tensión doméstica: a diferenza entre a tensión de liña e a tensión de fase.

O sistema de voltaxe nos Estados Unidos é único, sendo a voltaxe doméstica principal de 120 V/240 V a 60 Hz e a voltaxe industrial principal de 480 V/277 V CA a 60 Hz para uso industrial. A voltaxe utilizada para fins comerciais ou residenciais de alta densidade é de 120 V/208 V CA a 60 Hz, mentres que para algunhas grandes industrias pesadas é de 347/600 V CA a 60 Hz.

Tamén che sorprende por que o sistema de voltaxe nos Estados Unidos é tan caótico?

O uso da voltaxe de 110 V orixinouse en Edison. Edison é coñecido por inventar a lámpada. Despois de múltiples experimentos e comparacións, descubriu que a lámpada tiña a maior eficiencia luminosa e a maior vida útil cando a voltaxe era de 110 V. Así, en 1882, Edison introduciu oficialmente a electricidade de 110 V CC no mercado na central eléctrica de Pearl Street, a primeira central eléctrica comercial de CC dos Estados Unidos.

Pero todos sabemos que a corrente continua ten un inconveniente importante, que é a forte perda de calor durante a transmisión a longa distancia, o que desperdicia moita enerxía eléctrica. Para evitar unha perda excesiva de enerxía durante a transmisión a longa distancia, Nikola Tesla introduciu o seu sistema de corrente alterna (CA). Aínda que a corrente alterna finalmente derrotou á corrente continua, miles de electrodomésticos e dispositivos dedicados a 110 V xa foran instalados en fogares e fábricas estadounidenses naquel momento.

Para facilitar unha transición sen problemas á era da corrente alterna, Tesla chegou a un compromiso: tamén fixou a voltaxe doméstica da corrente alterna en 110 V. Isto non só protexeu o investimento en equipamentos dos usuarios existentes, senón que tamén eliminou o medo do público á corrente alterna de alta voltaxe (que se cría que era máis prexudicial para a saúde humana naquel momento).

Polo tanto, a adopción da alimentación de CA de 110 V nos Estados Unidos é produto da adaptación á alimentación de CC de 110 V.

Coa chegada da era eléctrica, os enxeñeiros déronse conta gradualmente de que, en comparación coa posterior adopción da tensión de 220 V/240 V en Europa, o sistema de 110 V nos Estados Unidos sufría maiores perdas ao transmitir electricidade de alta potencia e requiría cables de cobre máis grosos para evitar o quecemento. Pero se actualizamos a 220 V CA de forma integral, o custo é demasiado elevado. Os electrodomésticos, as tomas de corrente, os fusibles e mesmo toda a rede de distribución da cidade en millóns de fogares en todo Estados Unidos están deseñados segundo 110 V.

Por este motivo, os enxeñeiros eléctricos dos Estados Unidos inventaron un "método do solo" altamente intelixente: a tecnoloxía de fase dividida.

Entre o cable de fase e o cable neutro do medio, fórmase unha tensión de 110 V/120 V, deseñada especificamente para pequenos electrodomésticos como teléfonos móbiles, televisores e lámpadas (seguros e non quentes ao tacto).

Cando dous cables con tensión se apilan xuntos, convértense instantaneamente en 220 V/240 V, deseñados especificamente para "tigres eléctricos" como aparellos de aire acondicionado, quentadores de auga eléctricos e secadoras (con alta eficiencia e baixo consumo de cable).

Despois de comprender as orixes de 120 V CA e 240 V CA, a orixe de 208 V CA tamén é doada de comprender. 208 V é a tensión de liña de 120 V (o triplo da raíz).

(II)

Despois de comprender o sistema de voltaxe nos Estados Unidos, vexamos agora a voltaxe de entrada da pila de CA americana.

Hai tres tipos de voltaxe para as estacións de carga de CA ordinarias que se usan nos Estados Unidos, concretamente 120 V, 208 V e 240 V CA. Basicamente, a promoción das empresas de pilas basearase nas bandas de voltaxe que admiten, 110~120 V CA ou 200 V~240 V CA.

Cómpre sinalar que a estación de carga con entrada de 208 V tamén é de entrada monofásica, non de 16 kW ou 22 kW, xa que entendemos que é similar á entrada trifásica europea de cinco fíos. Non obstante, hai moi poucas estacións de carga con entrada trifásica nos Estados Unidos que se buscaron no mercado pero que aínda non se atoparon.

Entre eles, 110~120 V CA é unha conexión de enchufe normal que pode soportar unha entrada de corrente máxima de 16 A.

Para as estacións de carga de CA con entrada de 200 V~240 V CA (208 V CA ou 240 V CA), o extremo frontal da liña de entrada pode ter a forma dun enchufe ou dun terminal de cable. A toma de "alta tensión" con entrada de 240 V CA nos Estados Unidos (que consta de catro cables: dous cables de fase, un cable neutro e un cable de terra) debe ser instalada por un electricista profesional.

Por certo, a toma para conectar o enchufe de entrada da estación de carga de CA de 240 V CA debe cumprir cos requisitos da norma NEMA 14-50. A súa corrente máxima de carga é de 50 A. Segundo os requisitos da norma americana de instalación eléctrica NFPA 70, a corrente máxima utilizada polos electrodomésticos non debe superar o 80 % da toma nominal. Polo tanto, a corrente máxima dunha estación de carga de CA de entrada de 240 V cun enchufe só pode alcanzar os 40 A, cunha potencia de 9,6 kW.

(3)

Despois de discutir os requisitos para o lado de entrada da estación de carga de CA estándar americana, omitamos o encapsulado e vexamos directamente o lado de saída.

O lado de saída da estación de carga de comunicación é moi sinxelo, só o soporte da pistola e o cable da pistola que coincide co soporte da pistola.

Se navegas polo sitio web da estación de comunicación nos Estados Unidos, verás que calquera estación de carga ofrece dous tipos de enchufes para pistolas, concretamente a interface TYPE1 que cumpre coa norma SAE J1772 e a interface NACS que cumpre coa norma Tesla SAE J3400.

Os detalles específicos da estrutura e o tamaño da cabeza da pistola e do soporte da pistola con dúas interfaces pódense atopar nas normas correspondentes.

Internamente, non hai diferenza entre a interface NACS de Tesla e a interface TYPE1 de SAE J 1772, xa que ambas constan de cinco cables: L/N/PE/CP/PP. Por suposto, o deseño de Tesla é moi intelixente, xa que as interfaces de CC e CA son o mesmo conxunto.

En canto ao mercado norteamericano de pilas de comunicación, a interface de carga de saída está a pasar da antiga interface TYPE1 á interface NACS, e cada vez máis coches optarán por admitir interfaces Tesla no futuro. As primeiras estacións de carga de CA equipadas con interfaces TYPE1 non podían cargar o novo NACS.

Por suposto, non hai que preocuparse demasiado, hai moitos adaptadores no mercado que poden axudarche.

Os adaptadores de cabeza de pistola están estritamente prohibidos na norma europea IEC 61851-1:2017, pero tales cláusulas non se atopan na UL 2594 nos Estados Unidos. Non está prohibido por lei, só tes que usalo directamente.

Iso é todo para os lados de entrada e saída da estación de carga de CA estándar americana. No seguinte artigo, compartiremos os detalles de deseño da "carcasa".