Amerikansk standard ladepælsertifisering (III) – Designdetaljer for AC-pæler (forenden av inngangsledningen og utgangspistolhodet)

Fra et produktprinsippperspektiv er amerikanske standarder for AC-ladestasjoner ikke forskjellige fra nasjonale og europeiske standarder – begge fungerer som store elektriske brytere som leder vekselstrøm fra strømnettet til den innebygde laderen (OBC) i kjøretøyet, som deretter konverterer vekselstrøm til likestrøm for å lade batteriet.

Selv om de stort sett er like, er det fortsatt betydelige forskjeller på mange detaljer sammenlignet med nasjonale og europeiske standarder. Ellers ville det være for praktisk å selge dem direkte i USA uten noen modifikasjoner.

(1)

Før vi diskuterer inngangslinjene til nordamerikanske vekselstrømsladestasjoner, la oss først introdusere spenningssystemet til vekselstrømnettet i USA.

Strømnettsystemene i de fleste land i verden er på linje med de i Europa (kolonialisme og krig), det vil si at normal husholdningsspenning er 220V~230Vac 50Hz, og industriell trefasespenning er 380~400Vac 50Hz. Det er åpenbart at spenningen til industriell elektrisitet er tre ganger roten av husholdningsspenningen – forskjellen mellom nettspenning og fasespenning.

Spenningssystemet i USA er unikt, med vanlig husholdningsspenning på 120V/240V 60Hz og vanlig industrispenning på 480V/277Vac 60Hz for industriell bruk. Spenningen som brukes til kommersielle formål eller boliger med høy tetthet er 120V/208Vac 60Hz, mens den for noen store tungindustrier er 347/600Vac 60Hz.

Er du også overrasket over hvorfor spenningssystemet i USA er så kaotisk.

Bruken av 110V spenning stammer fra Edison. Det er Edison som er kjent for å ha oppfunnet lyspæren. Etter flere eksperimenter og sammenligninger fant han ut at lyspæren hadde høyest lysutbytte og lengst levetid når spenningen var 110V. Så i 1882 introduserte Edison offisielt 110V DC-elektrisitet på markedet ved Pearl Street Power Station, det første kommersielle DC-kraftverket i USA.

Men vi vet alle at likestrøm har en stor ulempe, som er alvorlig varmetap under langdistanseoverføring, noe som sløser med mye elektrisk energi. For å unngå for stort energitap under langdistanseoverføring introduserte Nikola Tesla sitt vekselstrømssystem (AC). Selv om vekselstrøm til slutt beseiret likestrøm, var tusenvis av apparater og enheter dedikert til 110 V allerede installert i amerikanske husholdninger og fabrikker på den tiden.

For å legge til rette for en smidig overgang til vekselstrømsæraen, inngikk Tesla et kompromiss: han satte også husholdningsspenningen for vekselstrøm til 110 V. Dette beskyttet ikke bare utstyrsinvesteringen til eksisterende brukere, men eliminerte også publikums frykt for høyspent vekselstrøm (som var allment antatt å være mer skadelig for menneskers helse på den tiden).

Derfor er adopsjonen av 110 V vekselstrøm i USA et produkt av å imøtekomme 110 V likestrøm.

Med den elektriske tidsalderen innså ingeniører gradvis at sammenlignet med den senere adopsjonen av 220V/240V-spenning i Europa, led 110V-systemet i USA større tap ved overføring av høyeffektselektrisitet og krevde tykkere kobberledninger for å unngå oppvarming. Men hvis vi oppgraderer til 220Vac i sin helhet, blir kostnaden for høy. Apparater, stikkontakter, sikringer og til og med hele byens distribusjonsnettverk i millioner av husholdninger over hele USA er alle designet i henhold til 110V.

Av denne grunn har elektroingeniører i USA oppfunnet en svært intelligent «jordmetode» – splittfaseteknologi.

Mellom faseledningen og nøytralledningen i midten dannes det en spenning på 110 V/120 V, spesielt utviklet for små husholdningsapparater som mobiltelefoner, TV-apparater og lyspærer (trygg og ikke varm å ta på).

Når to spenningsførende ledninger stables sammen, blir de umiddelbart til 220V/240V, spesielt utviklet for «elektriske tigre» som klimaanlegg, elektriske varmtvannsberedere og tørketromler (med høy effektivitet og lavt ledningsforbruk).

Når man har forstått opprinnelsen til 120 V AC og 240 V AC, er også opprinnelsen til 208 V AC lett å forstå. 208 V er nettspenningen til 120 V (tre ganger rotspenningen).

(II)

Etter å ha forstått spenningssystemet i USA, la oss nå se på inngangsspenningen til den amerikanske vekselstrømshaugen.

Det finnes tre typer spenning for vanlige AC-ladestasjoner som brukes i USA, nemlig 120V, 208V og 240Vac. I utgangspunktet vil markedsføringen av ladestasjoner være basert på spenningsbåndene de støtter, 110~120Vac eller 200V~240Vac.

Det skal bemerkes at ladestasjonen med 208V-inngang også er enfaseinngang, ikke 16kW eller 22kW slik vi forstår det som likt den europeiske trefasede femtrådsinngangen. Det er imidlertid svært få trefasede ladestasjoner i USA som har blitt søkt etter på markedet, men som ikke er funnet ennå.

Blant dem er 110~120Vac en vanlig pluggtilkobling som kan støtte en maksimal strøminngang på 16A.

For AC-ladestasjoner med 200V~240Vac (208Vac eller 240Vac) inngang, kan den fremre enden av inngangsledningen være i form av en plugg eller en kabelterminal. Høyspenningsuttaket med 240Vac inngang i USA (bestående av fire ledninger: to faseledere, en nøytral ledning og en jordledning) må fylles ut av en profesjonell elektriker.

Forresten, stikkontakten for tilkobling av inngangspluggen til 240V AC-ladestasjonen skal overholde kravene i NEMA14-50. Maksimal belastningsstrøm er 50A. I henhold til kravene i den amerikanske elektriske installasjonsstandarden NFPA 70, skal maksimalstrøm som brukes av elektriske apparater ikke overstige 80 % av den nominelle stikkontakten. Så maksimalstrøm for en 240V AC-ladestasjon med stikkontakt kan bare nå 40A, med en effekt på 9,6 kW.

(3)

Etter å ha diskutert kravene til inngangssiden av den amerikanske standard AC-ladestasjonen, la oss hoppe over skallet og se direkte på utgangssiden.

Utgangssiden av kommunikasjonsladestasjonen er veldig enkel, bare pistolholderen og pistolkabelen som matcher pistolholderen.

Hvis du surfer på nettsiden til kommunikasjonsstasjonen i USA, vil du se at alle ladestasjoner tilbyr to typer pistoluttak, nemlig TYPE1-grensesnittet som oppfyller SAE J1772 og NACS-grensesnittet som oppfyller Tesla SAE J3400.

De spesifikke struktur- og størrelsesdetaljene for pistolhodet og pistolholderen med to grensesnitt finnes i de tilsvarende standardene.

Internt er det ingen forskjell mellom Teslas NACS-grensesnitt og SAE J 1772s TYPE1-grensesnitt, som begge består av fem ledninger – L/N/PE/CP/PP. Teslas design er selvfølgelig veldig smart, med både DC- og AC-grensesnitt som er det samme settet.

Når det gjelder det nordamerikanske markedet for kommunikasjonsenheter, går utgangsladegrensesnittet fra det gammeldagse TYPE1-grensesnittet til NACS-grensesnittet, og flere og flere biler vil velge å støtte Tesla-grensesnitt i fremtiden. Tidlige AC-ladestasjoner utstyrt med TYPE1-grensesnitt kunne ikke lade det nye NACS-grensesnittet.

Selvfølgelig er det ingen grunn til å bekymre seg for mye, det finnes mange adaptere på markedet som kan hjelpe deg.

Pistolhodeadaptere er strengt forbudt i den europeiske standarden IEC 61851-1:2017, men slike klausuler finnes ikke i UL 2594 i USA. Det er ikke forbudt ved lov, bare bruk det direkte.

Det var alt for inngangs- og utgangssidene til den amerikanske standard AC-ladestasjonen. I neste artikkel skal vi dele designdetaljene til «huset».