Certyfikacja amerykańskiego standardu stosu ładowania (III) – Szczegóły konstrukcyjne stosów prądu przemiennego (przedni koniec linii wejściowej i głowica wyjściowa pistoletu)

Z punktu widzenia zasad działania produktu, amerykańskie standardowe stacje ładowania prądem przemiennym niczym nie różnią się od stacji o standardach krajowych i europejskich – obie działają jak duże przełączniki elektryczne, przewodzące prąd przemienny z sieci do pokładowej ładowarki (OBC) w pojeździe, która następnie przetwarza prąd przemienny na prąd stały w celu naładowania akumulatora.

Chociaż generalnie są one takie same, wciąż istnieją znaczące różnice w wielu szczegółach w porównaniu z normami krajowymi i europejskimi. W przeciwnym razie zbyt wygodnie byłoby sprzedawać je bezpośrednio w Stanach Zjednoczonych bez żadnych modyfikacji.

(1)

Zanim omówimy linie wejściowe stacji ładowania prądem przemiennym w Ameryce Północnej, najpierw przedstawimy układ napięć sieci energetycznej prądu przemiennego w Stanach Zjednoczonych.

Systemy sieci energetycznych większości krajów świata są zbliżone do europejskich (kolonializm i wojna), tzn. standardowe napięcie w sieciach domowych wynosi 220 V~230 V AC 50 Hz, a przemysłowe napięcie trójfazowe 380~400 V AC 50 Hz. Oczywiste jest, że napięcie w sieciach przemysłowych jest trzykrotnie wyższe od pierwiastka napięcia w sieciach domowych – różnicy między napięciem liniowym a napięciem fazowym.

System napięć w Stanach Zjednoczonych jest unikatowy – główne napięcie w gospodarstwach domowych wynosi 120 V/240 V 60 Hz, a główne napięcie przemysłowe 480 V/277 V AC 60 Hz. W obiektach komercyjnych lub w budynkach mieszkalnych o dużym zagęszczeniu użytkowników napięcie wynosi 120 V/208 V AC 60 Hz, natomiast w niektórych dużych zakładach przemysłu ciężkiego 347 V/600 V AC 60 Hz.

Czy Ciebie również dziwi tak chaotyczny system napięcia w Stanach Zjednoczonych?

Zastosowanie napięcia 110 V zapoczątkował Edison. To właśnie Edison zasłynął z wynalezienia żarówki. Po licznych eksperymentach i porównaniach odkrył, że żarówka charakteryzuje się najwyższą wydajnością świetlną i najdłuższą żywotnością przy napięciu 110 V. W 1882 roku Edison oficjalnie wprowadził na rynek prąd stały o napięciu 110 V w elektrowni Pearl Street Power Station, pierwszej komercyjnej elektrowni prądu stałego w Stanach Zjednoczonych.

Wszyscy jednak wiemy, że prąd stały ma istotną wadę, jaką jest duża strata ciepła podczas przesyłu na duże odległości, co powoduje marnotrawstwo dużej ilości energii elektrycznej. Aby uniknąć nadmiernych strat energii podczas przesyłu na duże odległości, Nikola Tesla wprowadził system prądu przemiennego (AC). Chociaż prąd przemienny ostatecznie wyparł prąd stały, w amerykańskich domach i fabrykach zainstalowano już wówczas tysiące urządzeń i aparatów o napięciu 110 V.

Aby ułatwić płynne przejście do ery prądu przemiennego, Tesla poszedł na kompromis: ustalił również napięcie prądu przemiennego w sieciach domowych na 110 V. To nie tylko chroniło inwestycje w sprzęt dotychczasowych użytkowników, ale także rozwiało obawy społeczeństwa przed prądem przemiennym o wysokim napięciu (który w tamtym czasie powszechnie uważano za bardziej szkodliwy dla zdrowia).

Dlatego też wprowadzenie w Stanach Zjednoczonych zasilania prądem zmiennym o napięciu 110 V jest wynikiem dostosowania go do zasilania prądem stałym o napięciu 110 V.

Wraz z nadejściem ery elektryczności inżynierowie stopniowo zdali sobie sprawę, że w porównaniu z późniejszym wprowadzeniem napięcia 220 V/240 V w Europie, system 110 V w Stanach Zjednoczonych charakteryzował się większymi stratami energii podczas przesyłu energii elektrycznej o dużej mocy i wymagał grubszych przewodów miedzianych, aby zapobiec nagrzewaniu. Jednak kompleksowa modernizacja do 220 V AC wiązałaby się z wysokimi kosztami. Urządzenia, gniazdka, bezpieczniki, a nawet cała sieć dystrybucyjna w milionach gospodarstw domowych w całych Stanach Zjednoczonych jest zaprojektowana zgodnie z napięciem 110 V.

Z tego powodu inżynierowie elektrycy w Stanach Zjednoczonych wynaleźli niezwykle inteligentną „metodę glebową” – technologię rozdzielonych faz.

Pomiędzy przewodem fazowym a przewodem neutralnym pośrodku powstaje napięcie 110 V/120 V, specjalnie zaprojektowane do małych urządzeń gospodarstwa domowego, takich jak telefony komórkowe, telewizory i żarówki (bezpieczne i niegorące w dotyku).

Gdy dwa przewody pod napięciem zostaną ułożone jeden na drugim, natychmiast zmieniają się w przewody o napięciu 220 V/240 V, specjalnie zaprojektowane do „tygrysów prądu”, takich jak klimatyzatory, elektryczne podgrzewacze wody i suszarki (o wysokiej wydajności i niskim zużyciu przewodu).

Mając wiedzę na temat pochodzenia napięcia 120 V AC i 240 V AC, łatwo pojąć również pochodzenie napięcia 208 V AC. 208 V to napięcie sieciowe napięcia 120 V (trzykrotność pierwiastka).

(II)

Po zapoznaniu się z układem napięć w Stanach Zjednoczonych, przyjrzyjmy się teraz napięciu wejściowemu amerykańskiego słupa prądu przemiennego.

W Stanach Zjednoczonych istnieją trzy rodzaje napięcia dla standardowych stacji ładowania prądem przemiennym: 120 V, 208 V i 240 V AC. Zasadniczo, promocja firm zajmujących się ładowaniem akumulatorów będzie oparta na obsługiwanych przez nie zakresach napięcia: 110–120 V AC lub 200–240 V AC.

Należy zauważyć, że stacja ładowania z wejściem 208 V również ma wejście jednofazowe, a nie 16 kW lub 22 kW, jak rozumiemy, podobnie jak europejskie wejście trójfazowe z pięcioma przewodami. Jednak w Stanach Zjednoczonych jest bardzo niewiele stacji ładowania z wejściem trójfazowym, których poszukiwano na rynku, ale jak dotąd nie znaleziono.

Wśród nich 110~120Vac to standardowe złącze wtykowe, które może obsłużyć maksymalny prąd wejściowy 16A.

W przypadku stacji ładowania prądem przemiennym o napięciu wejściowym 200 V~240 V AC (208 V AC lub 240 V AC), przednia końcówka przewodu wejściowego może mieć formę wtyczki lub zacisku kablowego. Gniazdo „wysokiego napięcia” o napięciu wejściowym 240 V AC w ​​Stanach Zjednoczonych (składające się z czterech przewodów: dwóch przewodów fazowych, jednego przewodu neutralnego i jednego przewodu uziemiającego) musi zostać zamontowane przez profesjonalnego elektryka.

Nawiasem mówiąc, gniazdo do podłączenia wtyczki wejściowej stacji ładowania 240 V AC AC powinno spełniać wymagania normy NEMA14-50. Jego maksymalny prąd przewodzenia wynosi 50 A. Zgodnie z wymogami amerykańskiej normy instalacji elektrycznych NFPA 70, maksymalny prąd pobierany przez urządzenia elektryczne nie powinien przekraczać 80% znamionowego prądu gniazda. Zatem maksymalny prąd wejściowy stacji ładowania 240 V AC AC z wtyczką może osiągnąć jedynie 40 A przy mocy 9,6 kW.

(3)

Po omówieniu wymagań dotyczących strony wejściowej amerykańskiej standardowej stacji ładowania prądem przemiennym, pomińmy obudowę i przyjrzyjmy się bezpośrednio stronie wyjściowej.

Wyjście stacji ładującej jest bardzo proste. Wystarczy uchwyt na broń i kabel pasujący do uchwytu.

Jeśli przejrzysz stronę internetową stacji komunikacyjnej w Stanach Zjednoczonych, dowiesz się, że każda stacja ładowania oferuje dwa rodzaje gniazdek na broń, mianowicie interfejs TYPE1, który spełnia normę SAE J1772, oraz interfejs NACS, który spełnia normę Tesla SAE J3400.

Szczegóły dotyczące szczegółowej konstrukcji i wymiarów głowicy pistoletu oraz uchwytu pistoletu z dwoma interfejsami można znaleźć w odpowiednich normach.

Wewnętrznie nie ma żadnej różnicy między interfejsem NACS Tesli a interfejsem TYPE1 SAE J 1772, oba składają się z pięciu przewodów – L/N/PE/CP/PP. Oczywiście konstrukcja Tesli jest bardzo przemyślana, ponieważ zarówno interfejsy DC, jak i AC są takie same.

Jeśli chodzi o północnoamerykański rynek stacji ładowania, interfejs ładowania wyjściowego przechodzi transformację ze starego interfejsu TYPE1 na interfejs NACS, a w przyszłości coraz więcej samochodów będzie korzystać z interfejsów Tesli. Wczesne stacje ładowania prądem przemiennym wyposażone w interfejsy TYPE1 nie były w stanie ładować nowego NACS.

Oczywiście nie ma powodu do obaw, na rynku dostępnych jest wiele adapterów, które mogą Ci pomóc.

Adaptery głowic pistoletowych są surowo zabronione w europejskiej normie IEC 61851-1:2017, ale takie klauzule nie występują w normie UL 2594 obowiązującej w Stanach Zjednoczonych. Nie jest to zabronione prawnie, wystarczy używać ich bezpośrednio.

To wszystko, jeśli chodzi o wejście i wyjście standardowej amerykańskiej stacji ładowania prądem przemiennym. W następnym artykule przedstawimy szczegóły konstrukcyjne „obudowy”.