미국 표준 장약 인증(III) – AC 장약의 설계 세부 사항(입력 라인의 전면부 및 출력 건 헤드)

제품 원리 측면에서 볼 때, 미국 표준 AC 충전소는 국가 및 유럽 표준과 차이가 없습니다. 둘 다 대형 전기 스위치 역할을 하여 전력망에서 차량 내 온보드 충전기(OBC)로 AC 전력을 전달하고, OBC는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 배터리를 충전합니다.

전반적으로는 동일하지만, 국가 및 유럽 표준과 비교했을 때 세부적인 부분에서 여전히 상당한 차이가 있습니다. 그렇지 않다면 아무런 수정 없이 미국에서 바로 판매하는 것이 너무 편리할 것입니다.

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북미 AC 충전소의 입력 라인에 대해 논의하기 전에 먼저 미국의 AC 전력망 전압 체계에 대해 소개하겠습니다.

전 세계 대부분 국가의 전력망 시스템은 유럽(식민주의와 전쟁 시기)의 시스템을 따르고 있는데, 이는 일반 가정용 전압이 220V~230Vac 50Hz이고 산업용 3상 전압이 380Vac 50Hz라는 것을 의미합니다. 산업용 전압은 가정용 전압의 제곱근, 즉 선간 전압과 상 전압의 차이의 세 배라는 것은 자명합니다.

미국의 전압 체계는 독특하며, 일반 가정용 전압은 120V/240V 60Hz이고, 산업용 전압은 480V/277Vac 60Hz입니다. 상업용 또는 고밀도 주거 지역에서는 120V/208Vac 60Hz를 사용하며, 일부 대형 중공업 시설에서는 347V/600Vac 60Hz를 사용합니다.

미국 전압 체계가 왜 이렇게 혼란스러운지 당신도 놀라셨나요?

110V 전압의 사용은 에디슨에게서 비롯되었습니다. 전구를 발명한 것으로 유명한 에디슨은 수많은 실험과 비교 끝에 110V 전압일 때 전구의 발광 효율이 가장 높고 수명이 가장 길다는 것을 발견했습니다. 그리하여 1882년, 에디슨은 미국 최초의 상업용 직류 발전소인 펄 스트리트 발전소에서 110V 직류 전기를 공식적으로 시장에 도입했습니다.

하지만 직류에는 장거리 송전 시 심각한 열 손실이 발생하여 많은 전기 에너지가 낭비된다는 큰 단점이 있다는 것을 우리는 모두 알고 있습니다. 장거리 송전 중 과도한 에너지 손실을 방지하기 위해 니콜라 테슬라는 교류(AC) 시스템을 도입했습니다. 비록 교류가 결국 직류를 제치고 주류가 되었지만, 당시 이미 수많은 가전제품과 기기가 미국 가정과 공장에 110V 전압을 사용하고 있었습니다.

교류 시대로의 원활한 전환을 위해 테슬라는 절충안을 제시했습니다. 그는 가정용 전압도 교류로 110V로 설정했습니다. 이는 기존 사용자들의 장비 투자금을 보호했을 뿐만 아니라, 당시 인체 건강에 더 해롭다고 널리 여겨지던 고전압 교류에 대한 대중의 두려움을 해소하는 데에도 기여했습니다.

따라서 미국에서 110V 교류 전원을 채택한 것은 110V 직류 전원을 수용하기 위한 결과물이다.

전기 시대가 도래하면서 엔지니어들은 유럽에서 220V/240V 전압이 나중에 도입된 것과 달리, 미국의 110V 시스템은 고전력 송전 시 손실이 더 크고 발열을 방지하기 위해 더 굵은 구리선이 필요하다는 사실을 점차 깨달았습니다. 하지만 모든 설비를 220V로 전면 교체하는 데에는 막대한 비용이 소요됩니다. 미국 전역 수백만 가구의 가전제품, 콘센트, 퓨즈, 심지어 도시 전체의 배전망까지 모두 110V에 맞춰 설계되어 있습니다.

이러한 이유로 미국의 전기 엔지니어들은 매우 지능적인 "토양 방식"인 분할 위상 기술을 발명했습니다.

활선과 중성선 사이의 중간에 110V/120V의 전압이 형성되며, 휴대전화, 텔레비전, 전구와 같은 소형 가전제품에 사용하도록 특별히 설계되었습니다 (안전하며 만져도 뜨겁지 않습니다).

두 개의 활선이 서로 닿으면 즉시 220V/240V 전압이 발생하며, 에어컨, 전기 온수기, 건조기(고효율 및 저전력 소모)와 같은 "전력 소모가 많은" 가전제품에 특화되어 설계되었습니다.

120Vac와 240Vac의 기원을 이해했다면 208Vac의 기원도 쉽게 이해할 수 있습니다. 208V는 120V의 라인 전압(제곱근의 세 배)입니다.

(II)

미국의 전압 체계를 이해했으니 이제 미국식 교류 전지의 입력 전압을 살펴보겠습니다.

미국에서 일반적으로 사용되는 AC 충전소는 120V, 208V, 240Vac의 세 가지 전압 유형을 사용합니다. 따라서 충전기 제조업체의 판촉 활동은 기본적으로 지원하는 전압 대역(110~120Vac 또는 200V~240Vac)에 따라 결정됩니다.

208V 입력의 충전소는 단상 입력 방식이며, 유럽의 3상 5선 입력 방식과 유사한 16kW 또는 22kW 방식이 아니라는 점에 유의해야 합니다. 하지만 미국 시장에서 3상 입력 방식의 충전소를 찾기 위해 여러 곳을 조사해 보았지만 아직 발견하지 못했습니다.

그중 110~120Vac는 최대 16A의 전류 입력을 지원할 수 있는 일반적인 플러그 연결 방식입니다.

200V~240Vac(208Vac 또는 240Vac) 입력의 AC 충전소의 경우, 입력 라인의 전면부는 플러그 또는 케이블 단자 형태일 수 있습니다. 미국에서 사용되는 240Vac 입력의 "고전압" 소켓(활선 2개, 중성선 1개, 접지선 1개로 구성된 4선)은 전문 전기 기술자가 설치해야 합니다.

참고로, 240V AC 충전 스테이션의 입력 플러그를 연결하는 소켓은 NEMA14-50 규격을 준수해야 하며, 최대 허용 전류는 50A입니다. 미국 전기 설비 표준 NFPA 70에 따르면, 전기 기기에서 사용하는 최대 전류는 소켓 정격 용량의 80%를 초과해서는 안 됩니다. 따라서 9.6kW 출력의 240V AC 충전 스테이션은 최대 40A의 전류만 사용할 수 있습니다.

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미국 표준 AC 충전소의 입력 측 요구 사항에 대해 논의했으니, 이제 외관은 건너뛰고 출력 측을 바로 살펴보겠습니다.

통신 충전 스테이션의 출력 부분은 매우 간단합니다. 총기 거치대와 거치대에 맞는 총기 케이블만 있으면 됩니다.

미국 내 통신 충전소 웹사이트를 살펴보면 모든 충전소에서 두 가지 유형의 총기 소켓, 즉 SAE J1772 규격을 충족하는 TYPE1 인터페이스와 테슬라 SAE J3400 규격을 충족하는 NACS 인터페이스를 제공하는 것을 확인할 수 있습니다.

두 개의 인터페이스를 갖춘 총구 및 총구 홀더의 구체적인 구조와 크기 정보는 해당 표준에서 확인할 수 있습니다.

내부적으로 테슬라의 NACS 인터페이스와 SAE J 1772의 TYPE1 인터페이스는 차이가 없으며, 둘 다 L/N/PE/CP/PP의 5개 전선으로 구성됩니다. 물론 테슬라의 설계는 매우 영리하여 DC 인터페이스와 AC 인터페이스 모두 동일한 전선 세트를 사용합니다.

북미 통신 파일 시장에서 출력 충전 인터페이스는 구식 TYPE1 인터페이스에서 NACS 인터페이스로 전환되고 있으며, 향후 더 많은 차량이 테슬라 인터페이스를 지원할 것으로 예상됩니다. 초기 TYPE1 인터페이스를 탑재한 AC 충전소는 새로운 NACS 인터페이스를 지원하지 못했습니다.

물론, 너무 걱정하실 필요는 없습니다. 시중에는 도움이 될 만한 어댑터가 많이 나와 있습니다.

유럽 ​​표준 IEC 61851-1:2017에서는 총기 헤드 어댑터 사용을 엄격히 금지하고 있지만, 미국의 UL 2594에는 그러한 조항이 없습니다. 따라서 법적으로 금지된 것이 아니므로 직접 사용해도 됩니다.

이것으로 미국 표준 AC 충전소의 입력 및 출력 측면에 대한 설명은 끝입니다. 다음 글에서는 "하우징"의 설계 세부 사항을 공유하겠습니다.