Certificação de estacas de carregamento padrão americano (III) – Detalhes de projeto de estacas CA (extremidade frontal da linha de entrada e cabeçote de saída do canhão)

Do ponto de vista dos princípios do produto, as estações de carregamento CA padrão americanas não são diferentes dos padrões nacionais e europeus – ambas funcionam como grandes interruptores elétricos, conduzindo energia CA da rede elétrica para o carregador de bordo (OBC) do veículo, que então converte a energia CA em energia CC para carregar a bateria.

Embora sejam geralmente semelhantes, ainda existem diferenças significativas em muitos detalhes em comparação com as normas nacionais e europeias. Caso contrário, seria muito conveniente vendê-las diretamente nos Estados Unidos sem quaisquer modificações.

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Antes de discutirmos as linhas de entrada das estações de carregamento CA da América do Norte, vamos primeiro apresentar o sistema de voltagem da rede elétrica CA nos Estados Unidos.

Os sistemas de redes elétricas da maioria dos países do mundo estão alinhados com os da Europa (colonialismo e guerra), ou seja, a tensão residencial normal é de 220V~230Vac 50Hz, e a tensão industrial trifásica é de 380~400Vac 50Hz. É evidente que a tensão da eletricidade industrial é três vezes a raiz quadrada da tensão residencial – a diferença entre a tensão de linha e a tensão de fase.

O sistema de voltagem nos Estados Unidos é único, com a voltagem residencial padrão sendo 120V/240V 60Hz e a voltagem industrial padrão sendo 480V/277Vac 60Hz para uso industrial. A voltagem usada para fins comerciais ou residenciais de alta densidade é 120V/208Vac 60Hz, enquanto para algumas grandes indústrias pesadas é 347V/600Vac 60Hz.

Você também se surpreende com o quão caótico é o sistema de voltagem nos Estados Unidos?

O uso da tensão de 110V teve origem com Edison, o inventor da lâmpada incandescente. Após diversos experimentos e comparações, ele descobriu que a lâmpada apresentava a maior eficiência luminosa e a maior vida útil quando a tensão era de 110V. Assim, em 1882, Edison introduziu oficialmente a eletricidade de 110V CC no mercado, na Usina Elétrica de Pearl Street, a primeira usina de corrente contínua comercial dos Estados Unidos.

Mas todos sabemos que a corrente contínua tem uma grande desvantagem: a severa perda de calor durante a transmissão a longa distância, o que desperdiça muita energia elétrica. Para evitar essa perda excessiva de energia durante a transmissão a longa distância, Nikola Tesla introduziu seu sistema de corrente alternada (CA). Embora a corrente alternada tenha eventualmente superado a corrente contínua, milhares de aparelhos e dispositivos dedicados a 110V já estavam instalados em residências e fábricas americanas naquela época.

Para facilitar uma transição tranquila para a era da corrente alternada, Tesla fez um compromisso: ele também estabeleceu a tensão residencial da corrente alternada em 110V. Isso não só protegeu o investimento em equipamentos dos usuários existentes, como também eliminou o medo do público em relação à corrente alternada de alta tensão (que era amplamente considerada mais prejudicial à saúde humana naquela época).

Portanto, a adoção da energia CA de 110V nos Estados Unidos é uma consequência da adaptação à energia CC de 110V.

Com o advento da era da eletricidade, os engenheiros gradualmente perceberam que, em comparação com a posterior adoção da tensão de 220V/240V na Europa, o sistema de 110V nos Estados Unidos sofria maiores perdas na transmissão de eletricidade de alta potência e exigia fios de cobre mais grossos para evitar o aquecimento. Mas se a atualização para 220Vca fosse generalizada, o custo seria muito alto. Os eletrodomésticos, tomadas, fusíveis e até mesmo toda a rede de distribuição de energia em milhões de residências nos Estados Unidos são projetados para 110V.

Por essa razão, os engenheiros elétricos nos Estados Unidos inventaram um “método de solo” altamente inteligente – a tecnologia de fase dividida.

Entre o fio fase e o fio neutro, no meio, forma-se uma tensão de 110V/120V, especialmente projetada para pequenos eletrodomésticos, como celulares, televisores e lâmpadas (segura e não quente ao toque).

Quando dois fios energizados são conectados em série, eles se transformam instantaneamente em 220V/240V, uma tensão especialmente projetada para aparelhos elétricos de alta potência, como condicionadores de ar, aquecedores de água elétricos e secadoras (com alta eficiência e baixo consumo de energia).

Tendo compreendido as origens de 120 Vca e 240 Vca, a origem de 208 Vca também é fácil de entender. 208 V é a tensão de linha de 120 V (três vezes a raiz).

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Após entendermos o sistema de voltagem nos Estados Unidos, vamos agora dar uma olhada na tensão de entrada de uma tomada CA americana.

Existem três tipos de voltagem para estações de carregamento CA comuns usadas nos Estados Unidos: 120V, 208V e 240V CA. Basicamente, a promoção das empresas de carregadores se baseia nas faixas de voltagem que suportam, 110~120V CA ou 200V~240V CA.

É importante notar que a estação de carregamento com entrada de 208V também é monofásica, e não de 16kW ou 22kW, como se entende ser semelhante à entrada trifásica de cinco fios europeia. No entanto, existem pouquíssimas estações de carregamento com entrada trifásica nos Estados Unidos, e já foram pesquisadas no mercado, mas ainda não foram encontradas.

Entre elas, a de 110~120Vac é uma conexão de tomada comum que suporta uma corrente máxima de entrada de 16A.

Para estações de carregamento CA com entrada de 200 V~240 Vca (208 Vca ou 240 Vca), a extremidade frontal da linha de entrada pode ser na forma de um plugue ou um terminal de cabo. A tomada de "alta tensão" com entrada de 240 Vca nos Estados Unidos (composta por quatro fios: dois fios de fase, um fio neutro e um fio terra) precisa ser instalada por um eletricista profissional.

Aliás, a tomada para conectar o plugue de entrada da estação de carregamento CA de 240 V deve atender aos requisitos da norma NEMA 14-50. Sua corrente máxima é de 50 A. De acordo com os requisitos da norma americana de instalações elétricas NFPA 70, a corrente máxima utilizada por aparelhos elétricos não deve exceder 80% da capacidade nominal da tomada. Portanto, a corrente máxima de uma estação de carregamento CA de 240 V com plugue pode atingir apenas 40 A, com uma potência de 9,6 kW.

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Após discutirmos os requisitos para a entrada de uma estação de carregamento CA padrão americana, vamos pular a parte da carcaça e olhar diretamente para a saída.

A parte de saída da estação de carregamento de comunicação é muito simples, consistindo apenas no suporte para a arma e no cabo compatível com o suporte.

Se você acessar o site de estações de comunicação nos Estados Unidos, verá que qualquer estação de carregamento oferece dois tipos de conectores para armas de fogo: a interface TYPE1, que atende ao padrão SAE J1772, e a interface NACS, que atende ao padrão Tesla SAE J3400.

Os detalhes específicos da estrutura e das dimensões da cabeça da arma e do suporte da arma com duas interfaces podem ser encontrados nas normas correspondentes.

Internamente, não há diferença entre a interface NACS da Tesla e a interface TYPE1 da SAE J 1772, ambas compostas por cinco fios – L/N/PE/CP/PP. Naturalmente, o projeto da Tesla é muito inteligente, com as interfaces CC e CA sendo o mesmo conjunto.

Em relação ao mercado de estações de carregamento CA na América do Norte, a interface de carregamento está passando por uma transição, migrando da antiga interface TYPE1 para a interface NACS, e cada vez mais carros optarão por suportar as interfaces da Tesla no futuro. As primeiras estações de carregamento CA equipadas com interfaces TYPE1 não eram compatíveis com a nova interface NACS.

Claro, não precisa se preocupar muito, existem muitos adaptadores no mercado que podem te ajudar.

Adaptadores para cabeçotes de pistola são estritamente proibidos na norma europeia IEC 61851-1:2017, mas tais cláusulas não são encontradas na norma UL 2594 dos Estados Unidos. Não é proibido por lei, basta usá-lo diretamente.

Isso conclui nossa análise das entradas e saídas de uma estação de carregamento CA padrão americana. No próximo artigo, compartilharemos os detalhes do projeto da "carcaça".