Certificazione standard americana per pali di caricamento (III) – Dettagli di progettazione dei pali AC (estremità anteriore della linea di ingresso e testa del cannone di uscita)

Dal punto di vista dei principi di funzionamento del prodotto, le stazioni di ricarica CA standard americane non differiscono da quelle nazionali ed europee: entrambe fungono da grandi interruttori elettrici, conducendo la corrente alternata dalla rete al caricabatterie di bordo (OBC) del veicolo, il quale la converte in corrente continua per caricare la batteria.

Sebbene siano generalmente simili, presentano comunque differenze significative in molti dettagli rispetto agli standard nazionali ed europei. Altrimenti, sarebbe troppo conveniente venderli direttamente negli Stati Uniti senza alcuna modifica.

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Prima di parlare delle linee di ingresso delle stazioni di ricarica CA nordamericane, introduciamo innanzitutto il sistema di tensione della rete elettrica CA negli Stati Uniti.

I sistemi di rete elettrica della maggior parte dei paesi del mondo sono allineati a quelli europei (periodo coloniale e bellico), ovvero la tensione domestica normale è di 220V~230Vac 50Hz, mentre la tensione trifase industriale è di 380~400Vac 50Hz. È evidente che la tensione dell'elettricità industriale è tre volte superiore alla radice quadrata della tensione domestica, ovvero la differenza tra la tensione di linea e la tensione di fase.

Il sistema di tensione elettrica negli Stati Uniti è unico: la tensione principale per le utenze domestiche è di 120 V/240 V 60 Hz, mentre quella per gli usi industriali è di 480 V/277 V CA 60 Hz. La tensione utilizzata per scopi commerciali o residenziali ad alta densità è di 120 V/208 V CA 60 Hz, mentre per alcune grandi industrie pesanti è di 347 V/600 V CA 60 Hz.

Anche voi siete sorpresi dal fatto che il sistema di tensione elettrica negli Stati Uniti sia così caotico?

L'utilizzo della tensione di 110 V è stato introdotto da Edison. Edison è noto per aver inventato la lampadina. Dopo numerosi esperimenti e confronti, scoprì che la lampadina raggiungeva la massima efficienza luminosa e la maggiore durata con una tensione di 110 V. Pertanto, nel 1882, Edison introdusse ufficialmente l'elettricità a corrente continua a 110 V sul mercato presso la centrale elettrica di Pearl Street, la prima centrale elettrica commerciale a corrente continua negli Stati Uniti.

Sappiamo tutti che la corrente continua presenta un grave inconveniente: la notevole dispersione di calore durante la trasmissione a lunga distanza, che comporta un grande spreco di energia elettrica. Per evitare questa eccessiva perdita di energia, Nikola Tesla introdusse il sistema a corrente alternata (CA). Sebbene la corrente alternata abbia infine prevalso sulla corrente continua, migliaia di apparecchi e dispositivi a 110 V erano già installati nelle case e nelle fabbriche americane a quel tempo.

Per agevolare una transizione senza intoppi all'era della corrente alternata, Tesla scese a compromessi: fissò anche la tensione domestica della corrente alternata a 110 V. Questo non solo protesse gli investimenti degli utenti esistenti, ma eliminò anche la paura del pubblico nei confronti della corrente alternata ad alta tensione (che all'epoca si riteneva fosse più dannosa per la salute umana).

Pertanto, l'adozione della corrente alternata a 110 V negli Stati Uniti è il risultato dell'adattamento alla corrente continua a 110 V.

Con l'avvento dell'era elettrica, gli ingegneri si sono gradualmente resi conto che, rispetto alla successiva adozione della tensione di 220V/240V in Europa, il sistema a 110V negli Stati Uniti subiva maggiori perdite nella trasmissione di elettricità ad alta potenza e richiedeva cavi di rame più spessi per evitare il surriscaldamento. Tuttavia, un aggiornamento completo a 220Vac avrebbe costi troppo elevati. Gli elettrodomestici, le prese, i fusibili e persino l'intera rete di distribuzione di milioni di abitazioni negli Stati Uniti sono tutti progettati per funzionare a 110V.

Per questo motivo, gli ingegneri elettrici negli Stati Uniti hanno inventato un "metodo del terreno" altamente intelligente: la tecnologia a fase divisa.

Tra il filo di fase e il filo neutro al centro si genera una tensione di 110V/120V, specificamente progettata per piccoli elettrodomestici come telefoni cellulari, televisori e lampadine (sicura e non calda al tatto).

Quando due fili sotto tensione vengono collegati uno accanto all'altro, si trasformano istantaneamente in 220V/240V, una tensione specificamente progettata per apparecchi ad alto consumo energetico come condizionatori d'aria, scaldabagni elettrici e asciugatrici (con elevata efficienza e basso consumo di energia).

Avendo compreso l'origine di 120 V CA e 240 V CA, anche l'origine di 208 V CA è facile da capire. 208 V è la tensione di linea di 120 V (tre volte la radice quadrata).

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Dopo aver compreso il sistema di tensione negli Stati Uniti, diamo ora un'occhiata alla tensione di ingresso della rete CA americana.

Negli Stati Uniti, le normali stazioni di ricarica CA utilizzano tre tipi di tensione: 120 V, 208 V e 240 V CA. In sostanza, la promozione delle aziende produttrici di colonnine di ricarica si baserà sulle bande di tensione supportate, ovvero 110~120 V CA o 200 V~240 V CA.

Va notato che la stazione di ricarica con ingresso a 208 V è monofase, non da 16 kW o 22 kW come si potrebbe pensare, essendo simile all'ingresso trifase a cinque fili europeo. Tuttavia, negli Stati Uniti sono pochissime le stazioni di ricarica con ingresso trifase che, a quanto pare, non sono ancora state trovate.

Tra queste, la presa da 110~120 V CA è una presa standard in grado di supportare una corrente di ingresso massima di 16 A.

Per le stazioni di ricarica CA con ingresso da 200 V a 240 V CA (208 V CA o 240 V CA), l'estremità anteriore della linea di ingresso può essere costituita da una spina o da un terminale per cavo. La presa "ad alta tensione" con ingresso a 240 V CA negli Stati Uniti (composta da quattro fili: due fili di fase, un filo neutro e un filo di terra) deve essere realizzata da un elettricista professionista.

A proposito, la presa per il collegamento della spina di ingresso della stazione di ricarica CA a 240 V deve essere conforme ai requisiti della norma NEMA 14-50. La sua corrente massima supportata è di 50 A. Secondo i requisiti dello standard americano per gli impianti elettrici NFPA 70, la corrente massima utilizzata dagli apparecchi elettrici non deve superare l'80% della corrente nominale della presa. Pertanto, la corrente massima di una stazione di ricarica CA a 240 V con spina può raggiungere solo i 40 A, con una potenza di 9,6 kW.

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Dopo aver discusso i requisiti per il lato di ingresso della stazione di ricarica CA standard americana, tralasciamo l'involucro e concentriamoci direttamente sul lato di uscita.

Il lato di uscita della stazione di ricarica per la comunicazione è molto semplice: si tratta semplicemente del supporto per la pistola e del cavo di collegamento.

Se si consulta il sito web di una stazione di comunicazione negli Stati Uniti, si noterà che ogni stazione di ricarica offre due tipi di prese per pistola, ovvero l'interfaccia TYPE1 conforme allo standard SAE J1772 e l'interfaccia NACS conforme allo standard Tesla SAE J3400.

I dettagli specifici relativi alla struttura e alle dimensioni della testa della pistola e del suo supporto con due interfacce sono reperibili nelle norme corrispondenti.

Internamente, non c'è alcuna differenza tra l'interfaccia NACS di Tesla e l'interfaccia TYPE1 dello standard SAE J 1772, entrambe composte da cinque fili: L/N/PE/CP/PP. Naturalmente, il design di Tesla è molto ingegnoso, poiché sia ​​l'interfaccia CC che quella CA sono costituite dallo stesso set di fili.

Per quanto riguarda il mercato nordamericano delle colonnine di comunicazione, l'interfaccia di ricarica in uscita sta passando dalla vecchia interfaccia TYPE1 all'interfaccia NACS, e in futuro sempre più auto sceglieranno di supportare le interfacce Tesla. Le prime stazioni di ricarica CA dotate di interfaccia TYPE1 non erano in grado di ricaricare la nuova interfaccia NACS.

Certo, non c'è bisogno di preoccuparsi troppo, sul mercato ci sono tantissimi adattatori che possono esservi d'aiuto.

Gli adattatori per la testa della pistola sono severamente vietati dalla norma europea IEC 61851-1:2017, ma tali clausole non sono presenti nella norma UL 2594 degli Stati Uniti. Non è vietato dalla legge, quindi è possibile utilizzarli direttamente.

Questo è tutto per quanto riguarda i lati di ingresso e uscita della stazione di ricarica CA standard americana. Nel prossimo articolo, condivideremo i dettagli di progettazione dell'"involucro".