Certificarea standard americană a pilei de încărcare (III) – Detalii de proiectare a pilelor de curent alternativ (capătul frontal al liniei de intrare și capul pistolului de ieșire)

Din perspectiva principiilor produsului, stațiile de încărcare CA standard americane nu diferă de standardele naționale și europene - ambele servesc drept comutatoare electrice mari, conducând curentul alternativ de la rețea la încărcătorul de bord (OBC) din vehicul, care apoi transformă curentul alternativ în curent continuu pentru a încărca bateria.

Deși în general sunt aceleași, există încă diferențe semnificative în multe detalii față de standardele naționale și europene. Altfel, ar fi prea convenabil să fie vândute direct în Statele Unite, fără nicio modificare.

(1)

Înainte de a discuta despre liniile de intrare ale stațiilor de încărcare AC din America de Nord, să prezentăm mai întâi sistemul de tensiune al rețelei electrice de curent alternativ din Statele Unite.

Sistemele de rețele electrice din majoritatea țărilor din lume sunt aliniate cu cele din Europa (colonialism și război), adică tensiunea normală a locuințelor este de 220V~230Vac 50Hz, iar tensiunea trifazată industrială este de 380~400Vac 50Hz. Este evident că tensiunea electricității industriale este de trei ori mai mare decât rădăcina tensiunii locuințelor - diferența dintre tensiunea de linie și tensiunea de fază.

Sistemul de tensiune din Statele Unite este unic, tensiunea principală pentru uz casnic fiind de 120V/240V 60Hz, iar tensiunea principală pentru uz industrial fiind de 480V/277Vac 60Hz. Tensiunea utilizată pentru uz comercial sau rezidențial cu densitate mare este de 120V/208Vac 60Hz, în timp ce pentru unele industrii grele mari este de 347/600Vac 60Hz.

Ești surprins și de ce sistemul de tensiune din Statele Unite este atât de haotic?

Utilizarea tensiunii de 110V a provenit de la Edison. Edison este cunoscut pentru inventarea becului. După multiple experimente și comparații, el a descoperit că becul avea cea mai mare eficiență luminoasă și cea mai lungă durată de viață atunci când tensiunea era de 110V. Așadar, în 1882, Edison a introdus oficial pe piață electricitatea de 110V CC la Centrala Electrică de pe Pearl Street, prima centrală electrică comercială de curent continuu din Statele Unite.

Însă știm cu toții că curentul continuu are un dezavantaj major, și anume pierderea severă de căldură în timpul transmisiei pe distanțe lungi, ceea ce irosește multă energie electrică. Pentru a evita pierderea excesivă de energie în timpul transmisiei pe distanțe lungi, Nikola Tesla a introdus sistemul său de curent alternativ (CA). Deși curentul alternativ a învins în cele din urmă curentul continuu, mii de aparate și dispozitive dedicate curentului de 110V fuseseră deja instalate în gospodăriile și fabricile americane la acea vreme.

Pentru a facilita o tranziție lină către era curentului alternativ, Tesla a făcut un compromis: a setat și tensiunea curentului alternativ casnic la 110V. Acest lucru nu numai că a protejat investițiile în echipamente ale utilizatorilor existenți, dar a eliminat și teama publicului de curentul alternativ de înaltă tensiune (despre care se credea pe scară largă că este mai dăunător sănătății umane la acea vreme).

Prin urmare, adoptarea alimentării cu curent alternativ de 110V în Statele Unite este un produs al adaptării la alimentarea cu curent continuu de 110V.

Odată cu apariția erei electrice, inginerii și-au dat seama treptat că, în comparație cu adoptarea ulterioară a tensiunii de 220V/240V în Europa, sistemul de 110V din Statele Unite suferea pierderi mai mari la transmiterea energiei electrice de mare putere și necesita fire de cupru mai groase pentru a evita încălzirea. Dar dacă trecem complet la 220Vac, costul este prea mare. Aparatele, prizele, siguranțele și chiar întreaga rețea de distribuție a orașului în milioane de gospodării din Statele Unite sunt toate proiectate conform 110V.

Din acest motiv, inginerii electricieni din Statele Unite au inventat o „metodă a solului” extrem de inteligentă – tehnologia fazelor divizate.

Între firul de fază și firul neutru din mijloc, se formează o tensiune de 110V/120V, special concepută pentru electrocasnice mici, cum ar fi telefoane mobile, televizoare și becuri (sigură și nu este fierbinte la atingere).

Când două fire sub tensiune sunt suprapuse împreună, acestea se transformă instantaneu în 220V/240V, special concepute pentru „tigri electrici”, cum ar fi aparatele de aer condiționat, încălzitoarele electrice de apă și uscătoarele (cu eficiență ridicată și consum redus de fire).

Având în vedere originile tensiunilor de 120V și 240V, originea tensiunii de 208V este, de asemenea, ușor de înțeles. 208V este tensiunea de linie a tensiunii de 120V (de trei ori rădăcina).

(II)

După ce am înțeles sistemul de tensiune din Statele Unite, să aruncăm o privire la tensiunea de intrare a pilei de curent alternativ american.

Există trei tipuri de tensiune pentru stațiile de încărcare AC obișnuite utilizate în Statele Unite, și anume 120V, 208V și 240Vac. Practic, promovarea companiilor de încărcare cu piloni se va baza pe benzile de tensiune pe care le suportă, 110~120Vac sau 200V~240Vac.

Trebuie menționat că stația de încărcare cu intrare de 208V este, de asemenea, cu intrare monofazată, nu de 16kw sau 22kw, așa cum înțelegem noi, similară cu intrarea trifazată europeană cu cinci fire. Cu toate acestea, există foarte puține stații de încărcare cu intrare trifazată în Statele Unite care au fost căutate pe piață, dar care nu au fost încă găsite.

Printre acestea, 110~120Vac este o conexiune obișnuită care poate suporta un curent de intrare maxim de 16A.

Pentru stațiile de încărcare CA cu intrare de 200V~240Vac (208Vac sau 240Vac), capătul frontal al liniei de intrare poate fi sub forma unui ștecher sau a unui terminal de cablu. Priza de „înaltă tensiune” cu intrare de 240Vac în Statele Unite (formată din patru fire: două fire de fază, un fir neutru și un fir de împământare) trebuie instalată de un electrician profesionist.

Apropo, priza pentru conectarea ștecherului de intrare al stației de încărcare AC de 240Vac trebuie să respecte cerințele NEMA14-50. Curentul său maxim este de 50A. Conform cerințelor Standardului American de Instalare Electrică NFPA 70, curentul maxim utilizat de aparatele electrice nu trebuie să depășească 80% din curentul nominal al prizei. Așadar, curentul maxim al unei stații de încărcare AC de intrare de 240V cu ștecher poate ajunge doar la 40A, cu o putere de 9,6kW.

(3)

După ce am discutat cerințele pentru partea de intrare a stației de încărcare AC standard americane, să trecem peste carcasa și să ne uităm direct la partea de ieșire.

Partea de ieșire a stației de încărcare pentru comunicare este foarte simplă, doar suportul pistolului și cablul pistolului care se potrivește cu suportul pistolului.

Dacă navigați pe site-ul web al stației de comunicare din Statele Unite, veți descoperi că orice stație de încărcare va oferi două tipuri de prize pentru arme, și anume interfața TYPE1 care respectă standardul SAE J1772 și interfața NACS care respectă standardul Tesla SAE J3400.

Detaliile specifice privind structura și dimensiunile capului pistolului și ale suportului pistolului cu două interfețe pot fi găsite în standardele corespunzătoare.

Intern, nu există nicio diferență între interfața NACS a Tesla și interfața TYPE1 a SAE J 1772, ambele constând din cinci fire – L/N/PE/CP/PP. Desigur, designul Tesla este foarte ingenios, ambele interfețe de curent continuu și alternativ fiind același set.

În ceea ce privește piața nord-americană a pilelor de comunicații, interfața de încărcare la ieșire este în tranziție de la interfața TYPE1 de modă veche la interfața NACS, iar tot mai multe mașini vor alege să suporte interfețele Tesla în viitor. Stațiile de încărcare AC timpurii echipate cu interfețe TYPE1 nu puteau încărca noul NACS.

Desigur, nu este nevoie să vă faceți prea multe griji, există o mulțime de adaptoare pe piață care vă pot ajuta.

Adaptoarele pentru cap de pistol sunt strict interzise în standardul european IEC 61851-1:2017, dar astfel de clauze nu se regăsesc în UL 2594 în Statele Unite. Nu este interzis prin lege, este suficient să le utilizați direct.

Asta e tot pentru laturile de intrare și ieșire ale stației de încărcare AC standard americane. În articolul următor, vom împărtăși detaliile de design ale „carcasei”.