امیرمسعود عابدین: با گسترش روزافزون خودروهای برقی در جهان و حرکت دولت‌ها به سمت کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی، زیرساخت‌های شارژ این وسایل نقلیه به یکی از مهم‌ترین ارکان توسعه حمل‌ونقل پایدار تبدیل شده‌اند. برخلاف تصور عمومی که شارژ خودروهای برقی را عملی ساده و یکنواخت می‌داند، این فرایند طیف متنوعی از فناوری‌ها، استانداردها و روش‌های اتصال را شامل می‌شود. شناخت این روش‌ها نه‌تنها برای کاربران بلکه برای سیاست‌گذاران، مهندسان و شرکت‌های فعال در حوزه انرژی اهمیت بسیاری دارد. در این مقاله قصد داریم تا نگاهی جامع به نحوه عملکرد روش‌های مختلف شارژ خودروهای برقی بیندازیم و فناوری‌های فعلی و آینده‌نگرانه را بررسی کنیم.
انواع روش‌های شارژ خودروی برقی
شارژ AC
یکی از رایج‌ترین و ساده‌ترین روش‌های شارژ خودروهای برقی، استفاده از برق خانگی در محل سکونت است. این روش که به آن شارژ سطح ۲ گفته می‌شود، مبتنی بر استفاده از جریان متناوب (AC) برق شهری است که با استفاده از تجهیزات مناسب، وارد خودرو می‌شود. درون بیشتر خودروهای برقی، یک بخش به‌نام شارژر روی‌برد (On-Board Charger یا به‌اختصار OBC) تعبیه شده که وظیفه دارد جریان متناوب را به جریان مستقیم (DC) تبدیل کند تا باتری بتواند آن را ذخیره کند. از آنجایی که OBC ظرفیت محدودی برای این تبدیل دارد، سرعت شارژ در این روش متوسط است و معمولاً بین ۳.۷ تا ۲۲ کیلووات قدرت دارد (بسته به نوع خودرو، شارژر و زیرساخت برق محل نصب).
این فرآیند اگرچه نسبت به شارژ سریع زمان‌برتر است، اما برای استفاده خانگی بسیار کاربردی محسوب می‌شود، زیرا مالک می‌تواند شب هنگام، خودروی خود را به برق متصل کند و صبح با باتری پر آماده حرکت باشد. به همین دلیل، این روش برای مصارف روزانه در شهر ایده‌آل است.
شارژ خانگی معمولاً از طریق دو نوع تجهیز انجام می‌شود: شارژرهای دیواری (Wallbox) و شارژرهای پرتابل.
شارژر دیواری AC یک ابزار ثابت و قدرتمندتر است که نیاز به نصب در محل پارک خودرو دارد. این نوع شارژر به شبکه برق شهری متصل می‌شود و جریان AC را با قدرت بالا به خودرو منتقل می‌کند. بسیاری از این دستگاه‌ها مجهز به امکانات هوشمند هستند که به کاربران امکان می‌دهند زمان شروع یا پایان شارژ را برنامه‌ریزی کنند (برای مثال، تنظیم شارژ در ساعات کم‌باری که تعرفه برق ارزان‌تر است).
در مقابل، شارژرهای پرتابل قابلیت حمل و استفاده در مکان‌های مختلف را دارند. این نوع شارژرها مستقیماً به پریز برق معمولی متصل می‌شوند و نیازی به نصب دائمی ندارند. به همین دلیل برای سفر، شارژ اضطراری یا استفاده در محل‌هایی که شارژر دیواری نصب نیست (مانند مجتمع‌های تفریحی، ویلاها، پارکینگ عمومی و حتی برخی پاساژها)، گزینه‌ای انعطاف‌پذیر محسوب می‌شوند. البته توان شارژ این شارژرها معمولاً محدودتر از نمونه‌های دیواری است و ممکن است زمان بیشتری برای شارژ کامل خودرو نیاز باشد.
شارژ جریان مستقیم
در نوع سریع‌تر DCFC (شارژ سریع جریان مستقیم)، مبدل برق از AC به DC خارج از خودرو قرار دارد تا توان زیادی (بین ۵۰ تا ۳۵۰+ کیلووات) مستقیماً به باتری برسد و در کمتر از یک ساعت، تا ۸۰٪ شارژ شود، بدون آن‌که شارژر روی‌برد محدودیتی ایجاد کند. این روش نه تنها سریع‌تر است، بلکه فشار گرمایی روی باتری را هم با مدیریت حرارت کاهش می‌دهد.
استانداردهای اتصال نیز متنوع‌اند؛ CCS و CHAdeMO برای شارژ DC و نوع ۱ و نوع ۲ برای AC، در حال حاضر متداول‌ترین‌ها هستند.
شارژ بی‌سیم
علاوه بر روش‌های مرسوم شارژ با کابل، فناوری شارژ بی‌سیم (Wireless Charging) به‌سرعت در حال توسعه است. در این روش، از میدان‌های مغناطیسی برای انتقال انرژی، از پد فرستنده در زمین به گیرنده‌ای که در کف خودرو نصب شده، استفاده می‌شود. یکی از پیشرفته‌ترین پروژه‌ها در این حوزه، فناوری Electreon است که امکان شارژ در حال حرکت (Dynamic Wireless Charging) را فراهم می‌کند. این فناوری با نصب سیم‌پیچ‌های خاص زیر سطح جاده، انرژی را به خودروهای مجهز منتقل می‌کند و بدین ترتیب، نیازی به توقف برای شارژ وجود ندارد. چنین سیستمی به‌ویژه برای ناوگان حمل‌ونقل عمومی یا خودروهایی که مسیرهای ثابتی طی می‌کنند، مزایای چشم‌گیری در کاهش اندازه باتری و افزایش بهره‌وری انرژی دارد.
شرکت‌هایی مانند تسلا، بی‌ام‌و و ولوو و غیره، در حال تلاش برای دستیابی به این نوع شارژ هستند.
فناوری تعویض باتری به جای شارژ
شاید تسلا اولین خودروسازی بود که به مفهوم ایستگاه‌های تعویض باتری برای خودروهای برقی خود نزدیک شد، اما این تولیدکنندگان برتر خودرو در چین هستند که آن را کاملاً پذیرفته‌اند و کیلومترها جلوتر از رقبا حرکت می‌کنند. در حال حاضر، برخی از خودروسازان چینی مانند نیو (NIO) در زمینه فناوری تعویض باتری پیشتاز هستند و هزاران ایستگاه را در سراسر چین و حتی چند مورد در اروپا راه انداخته است. به زودی، تعویض باتری در چین بسیار رایج‌تر خواهد شد.
مزیت واقعی، در فناوری تعویض باتری نهفته است. به عنوان مثال، رانندگان تاکسی می‌توانند از انتظار طاقت‌فرسا در یک ایستگاه شارژ پرسرعت صرف نظر کرده و باتری‌ها را در تنها ۱۰۰ ثانیه تعویض کنند. این عدد حتی سریع‌تر از زمان لازم برای سوخت‌گیری یک خودروی بنزینی سنتی است.
در حال حاضر، شارژهای خانگی AC برای استفاده روزمره کفایت می‌کنند، اما برای سفرهای طولانی یا نیاز به شارژ سریع، ایستگاه‌های DCFC ضروری‌اند. با این حال، فناوری‌های پیشرفته در مسیر استانداردسازی مانند پروتکل Plug & Charge و سیستم‌های هوشمند شارژ حرکت می‌کنند؛ این فناوری‌ها با تطبیق داده‌ها از خودرو، ایستگاه و شبکه، زمان و سرعت شارژ را بهینه کرده و حتی امکان بازگشت جریان به شبکه را فراهم می‌کنند.
۳۲۲
