Certificering van Amerikaanse standaard laadpalen (III) – Ontwerpdetails van AC-laadpalen (voorkant van de invoerleiding en de uitgaande kanonkop)

Vanuit het oogpunt van productprincipes verschillen Amerikaanse standaard AC-laadstations niet van nationale en Europese standaarden: ze fungeren beide als grote elektrische schakelaars die wisselstroom van het elektriciteitsnet naar de ingebouwde lader (OBC) in het voertuig leiden, die de wisselstroom vervolgens omzet in gelijkstroom om de accu op te laden.

Hoewel ze in grote lijnen hetzelfde zijn, bestaan ​​er toch aanzienlijke verschillen in veel details ten opzichte van nationale en Europese normen. Anders zou het wel erg gemakkelijk zijn om ze zonder aanpassingen rechtstreeks in de Verenigde Staten te verkopen.

(1)

Voordat we de ingangslijnen van Noord-Amerikaanse AC-laadstations bespreken, introduceren we eerst het spanningssysteem van het wisselstroomnet in de Verenigde Staten.

De elektriciteitsnetten van de meeste landen ter wereld zijn afgestemd op die van Europa (kolonialisme en oorlog), dat wil zeggen dat de normale huishoudelijke spanning 220V~230Vac 50Hz is en de industriële driefasenspanning 380~400Vac 50Hz. Het is duidelijk dat de spanning van industriële elektriciteit driemaal zo hoog is als de wortel van de huishoudelijke spanning – het verschil tussen de netspanning en de fasespanning.

Het spanningssysteem in de Verenigde Staten is uniek. De gangbare spanning voor huishoudens is 120V/240V 60Hz, terwijl de gangbare industriële spanning 480V/277Vac 60Hz is. Voor commerciële doeleinden of in dichtbevolkte woongebieden wordt 120V/208Vac 60Hz gebruikt, terwijl sommige grote, zware industrieën 347V/600Vac 60Hz hanteren.

Verbaast het u ook dat het elektriciteitsnet in de Verenigde Staten zo chaotisch is?

Het gebruik van 110V-spanning is afkomstig van Edison. Hij is immers de uitvinder van de gloeilamp. Na talloze experimenten en vergelijkingen ontdekte hij dat de gloeilamp de hoogste lichtopbrengst en de langste levensduur had bij een spanning van 110V. Daarom introduceerde Edison in 1882 officieel 110V gelijkstroom op de markt in de Pearl Street Power Station, de eerste commerciële gelijkstroomcentrale in de Verenigde Staten.

Maar we weten allemaal dat gelijkstroom een ​​groot nadeel heeft: aanzienlijk warmteverlies tijdens transport over lange afstanden, waardoor veel elektrische energie verloren gaat. Om overmatig energieverlies tijdens transport over lange afstanden te voorkomen, introduceerde Nikola Tesla zijn wisselstroomsysteem (AC). Hoewel wisselstroom uiteindelijk gelijkstroom overtrof, waren er in die tijd al duizenden apparaten en installaties voor 110V in Amerikaanse huishoudens en fabrieken geïnstalleerd.

Om een ​​soepele overgang naar het wisselstroomtijdperk mogelijk te maken, sloot Tesla een compromis: hij stelde de netspanning voor huishoudelijk gebruik vast op 110V. Dit beschermde niet alleen de investeringen in apparatuur van bestaande gebruikers, maar nam ook de angst van het publiek voor hoogspanningswisselstroom weg (waarvan destijds algemeen werd aangenomen dat deze schadelijker was voor de menselijke gezondheid).

De invoering van 110V wisselstroom in de Verenigde Staten is daarom een ​​gevolg van de aanpassing aan 110V gelijkstroom.

Met de komst van het elektrische tijdperk realiseerden ingenieurs zich geleidelijk dat het 110V-systeem in de Verenigde Staten, vergeleken met de latere invoering van 220V/240V in Europa, grotere verliezen leed bij het transporteren van hoogspanning en dikkere koperdraden vereiste om oververhitting te voorkomen. Een volledige overstap naar 220V wisselstroom zou echter te duur zijn. Apparaten, stopcontacten, zekeringen en zelfs het complete distributienetwerk in miljoenen huishoudens in de Verenigde Staten zijn ontworpen voor 110V.

Om deze reden hebben elektrotechnici in de Verenigde Staten een zeer intelligente "bodemmethode" uitgevonden: de splitfasetechnologie.

Tussen de fasedraad en de nuldraad in het midden ontstaat een spanning van 110V/120V, speciaal ontworpen voor kleine huishoudelijke apparaten zoals mobiele telefoons, televisies en lampen (veilig en niet heet om aan te raken).

Wanneer twee stroomdraden op elkaar worden aangesloten, veranderen ze direct in 220V/240V, speciaal ontworpen voor "elektrische tijgers" zoals airconditioners, elektrische boilers en drogers (met een hoog rendement en een laag stroomverbruik).

Nu we de oorsprong van 120Vac en 240Vac begrijpen, is de oorsprong van 208Vac ook gemakkelijk te doorgronden. 208V is de netspanning van 120V (drie keer de wortel).

(II)

Nadat we het spanningssysteem in de Verenigde Staten hebben begrepen, gaan we nu kijken naar de ingangsspanning van de Amerikaanse wisselstroompaal.

Er zijn drie soorten spanning voor gangbare AC-laadstations in de Verenigde Staten: 120V, 208V en 240Vac. De promotie van laadpaalbedrijven zal in principe gebaseerd zijn op de spanningsbereiken die ze ondersteunen: 110-120Vac of 200-240Vac.

Het is belangrijk om te weten dat het laadstation met een 208V-ingang ook een eenfasige ingang heeft, en niet 16 kW of 22 kW zoals we denken dat het vergelijkbaar is met de Europese driefasige vijfaderige ingang. Er zijn echter maar heel weinig laadstations met een driefasige ingang op de markt in de Verenigde Staten, en hoewel er naar gezocht is, zijn ze nog niet gevonden.

Daaronder valt de 110~120Vac-stekker, een standaard aansluiting die een maximale stroomsterkte van 16A aankan.

Voor AC-laadstations met een ingangsspanning van 200V~240Vac (208Vac of 240Vac) kan de ingangskabel een stekker of een kabelaansluiting zijn. Het "hoogspanningsstopcontact" met een ingangsspanning van 240Vac in de Verenigde Staten (bestaande uit vier draden: twee fasedraden, een nuldraad en een aardingsdraad) moet door een professionele elektricien worden geïnstalleerd.

Overigens moet het stopcontact voor de ingangsstekker van het 240V wisselstroomlaadstation voldoen aan de eisen van NEMA14-50. De maximale stroomsterkte is 50A. Volgens de Amerikaanse norm NFPA 70 mag de maximale stroomsterkte van elektrische apparaten niet meer dan 80% van de nominale waarde van het stopcontact bedragen. De maximale stroomsterkte van een 240V wisselstroomlaadstation met stekker kan dus slechts 40A bedragen, bij een vermogen van 9,6 kW.

(3)

Na de bespreking van de eisen voor de ingangszijde van het Amerikaanse standaard AC-laadstation, slaan we de behuizing over en kijken we direct naar de uitgangszijde.

De uitgangszijde van het communicatielaadstation is zeer eenvoudig: alleen de wapenhouder en de bijbehorende wapenkabel.

Als u de website van een communicatiestation in de Verenigde Staten bezoekt, zult u zien dat elk laadstation twee soorten aansluitingen voor vuurwapens biedt, namelijk de TYPE1-interface die voldoet aan SAE J1772 en de NACS-interface die voldoet aan Tesla SAE J3400.

De specifieke structuur- en afmetingsdetails van de pistoolkop en de pistoolhouder met twee interfaces zijn te vinden in de bijbehorende normen.

Internally is er geen verschil tussen Tesla's NACS-interface en de SAE J 1772 TYPE1-interface; beide bestaan ​​uit vijf draden – L/N/PE/CP/PP. Het ontwerp van Tesla is echter zeer slim, aangezien zowel de DC- als de AC-interface uit dezelfde set draden bestaan.

Wat de Noord-Amerikaanse markt voor communicatiepalen betreft, is de laaduitgang aan het verschuiven van de ouderwetse TYPE1-interface naar de NACS-interface, en steeds meer auto's zullen in de toekomst Tesla-interfaces ondersteunen. Vroege AC-laadstations met TYPE1-interfaces konden de nieuwe NACS-interface niet opladen.

Natuurlijk hoeft u zich geen zorgen te maken, er zijn tal van adapters op de markt die u kunnen helpen.

Adapters voor spuitmonden zijn strikt verboden volgens de Europese norm IEC 61851-1:2017, maar dergelijke bepalingen ontbreken in de Amerikaanse norm UL 2594. Het is dus niet wettelijk verboden, je kunt ze gewoon gebruiken.

Dat was alles voor de in- en uitgang van het Amerikaanse standaard AC-laadstation. In het volgende artikel bespreken we de ontwerpdetails van de behuizing.