فهرست مطالب
مقدمه
به منظور شارژ خودروی برقی، باید شارژر را با کابل و رابطی استاندارد به خودرو متصل کنیم که این رابط، کانکتور خودروی برقی نام دارد که این کانکتور میبایست دارای ویژگیهای زیر باشد :
- پیشگیری از خطر برق گرفتگی راننده در حین دستگرفتن کابل شارژ خودرو
- پیشگیری از برقگرفتگی راننده حین شارژهنگام بارندگی و همچنین در محیطهای مرطوب
- سهولت استفاده و عدم پیچیدگی فرآیند اتصال شارژر به خودرو
مانند هر تکنولوژی جدید که سازندگان سعی در انحصاری نمودن بازار و ترغیب مشتریان به سمت محصولات خود دارند، هر یک از سازندگان نخستین خودروهای برقی کانکتور شارژ ویژه خود را طراحی نمودند. از این رو در حال حاضر شارژرها با انواع مختلفی از کانکتور خودروی برقی به بازار عرضه میشوند که نتیجه سهمخواهی سازندگان از بازار نوپای خودروهای برقی میباشد. به عنوان مثال و برای مقایسه با بازار گوشیهای موبایل، همانطور که شرکت اپل سوکت، گواهی سازگاری و به طور کلی استاندارد شارژ ویژه خود را جهت انحصاری نمودن محصولاتی مانند آیفون و آیپد ارائه میکند، شرکت تسلا نیز کانکتور شارژ ویژه خود را دارد که متمایز از کانکتور سایر سازندگان است.
اجزای کابل شارژ
جهت شارژ خودروی الکتریکی، باید شارژر را با یک کابل دارای اتصالات ویژه به خودرو متصل نمود. همانطور که در شکل 1 مشاهده میکنید، مجموعه کابل و اتصالات 5 بخش به شرح زیر دارد :
سوکت خروجی (Socket Outlet)
این بخش روی شارژ قرار دارد و در حقیقت ترمینال خروجی انرژی الکتریکی شارژر به سمت خودروست.
پلاگ (Plug)
این بخش سمتی از کابل است که به سوکت خروجی شارژر متصل میگردد.
کابل (Cable)
واسط اصلی انتقال انرژی الکتریکی از شارژر به مجموعه باتریهای خودروی الکتریکی، کابل شارژ است. گفتنیست که کابل حاوی تعدادی هادی مسی میباشد که تعداد و سطح مقطع این هادیها به استاندارد کابل، تعداد فاز (در شارژرهای AC) و حداکثر جریان شارژ بستگی دارد.
کانکتور (Connector)
کانکتور خودروی برقی بخشی است که کابل را به خودرو متصل میکند و موضوع اصلی همین مطلب است که مطالعه میفرمایید. شکل کانکتورها بر پایه استانداردی که پیروی میکنند دارای تنوع زیادی است که به آنها خواهیم پرداخت.
ورودی خودرو (Vehicle Inlet)
این بخش ورودی انرژی الکتریکی به خودرو هنگام شارژ و شکل آن تابع شکل کانکتور میباشد. به بیان ساده و به عنوان مثال اگر کانکتور را به دوشاخه برق یک وسیله برقی تشبیه کنیم که بخش نر اتصال است، ورودی خودرو مانند پریز است که بخش ماده اتصال میباشد و شکل آن باید متناسب با سمت زوج مقابل یعنی کانکتور باشد.
شکل 1 – اجزای واسط شارژ خودروی برقی از شارژر تا خودرو
لازم به ذکر است که در استاندارد بسیاری از کشورها از جمله ایران، کابل شارژ اتصال دایمی به شارژر دارد و قابل جداشدن نیست. بنابراین دو بخش نخست یعنی سوکت خروجی و پلاگ وجود ندارند و کابل مستقیماً به شارژر متصل است.
استانداردهای کانکتور خودروی برقی
در حال حاضر کانکتورها بر پایه چند استاندارد مختلف تولید میگردند که بعضی از آنها با یکدیگر همپوشانی و سازگاری دارند. در ادامه به توضیح هر استاندارد میپردازیم :
استاندارد کانکتور خودروی برقی IEC 62196
این استاندارد را «کمیسیون بینالمللی الکترومکانیکی» (IEC یا International Electromechanical Commission) تدوین نموده است. بر اساس این استاندارد، کانکتورها به 3 دسته زیر تقسیم میشوند :
کانکتور خودروی برقی نوع 1 (Type 1)
شکل 2 یک نمونه این کانکتور خودروی برقی و بخش مادگی آن روی خودرو را نشان میدهد. جهت اطلاع از چگونگی نامگذاری پینها، به بخش «راهنمای نامگذاری پینها» در همین مطلب مراجعه کنید. این کانکتور گرد و دارای یک قفل است که هنگام شارژ با بخش مادگی سمت خودرو درگیر شده و از جداشدن کابل حین شارژ جلوگیری میکند. به دلیل آنکه این کانکتور نخستین بار توسط شرکت ژاپنی یازاکی طراحی و سپس در استاندارد SAE J1772 از طرف «انجمن مهندسان خودروی آمریکا» (Society of Automotive Engineers) نام برده شد، به «کانکتور یازاکی» و همچنین «کانکتور J1772 » یا «کانکتور J» نیز معروف است. لازم به ذکر است که این کانکتور خودروی برقی فقط در شارژرهای تکفاز AC کاربرد دارد.
شکل 2 – کانکتور خودروی برقی نوع 1 (یازاکی یا J)
کانکتور خودروی برقی نوع 2 (Type 2)
این کانکتور نخستین بار توسط شرکت آلمانی منکس (Mennekes) طراحی شد و به همین خاطر به «کانکتور منکس» نیز معروف است. لازم به ذکر است که با وجود سه فاز بودن، از این کانکتور در شارژرهای AC تکفاز نیز میتوان استفاده نمود. به این منظور از پینهای L1 و N به ترتیب برای فاز و نول استفاده میشود و پینهای L2 و L3 استفاده نخواهند داشت.
گفتنی است که کانکتور استاندارد SAE J3068 بر پایه همین کانکتور IEC 62196 طراحی شده است.
شکل 3 آرایش پینهای این کانکتور را نشان میدهد :
شکل 3 – کانکتور خودروی برقی نوع 2 (منکس)
کانکتورهای ترکیبی CCS1 و CCS2
CCS مخفف Combined Charging System به معنی «سیستم شارژ ترکیبی» است. زیرا در طراحی این دو کانکتور خودروی برقی، سازگاری با هر دو دسته شارژر AC و DC درنظر گرفته شده است. تفاوت این دو کانکتور در پینهای AC آنهاست. CCS1 فقط با شارژرهای AC تکفاز سازگار است. اما CCS2 هم با شارژرهای AC تکفاز و هم سهفاز سازگار میباشد. استاندارد پایه این دو نوع کانکتور نیز IEC 62196 و SAE J1772 میباشد.
شکل 4 دو کانکتور خودروی برقی CCS1 و CCS2 را به همراه مادگی ورودی آنها در سمت خودرو نشان میدهد :
شکل 4 – کانکتورهای CCS1 و CCS2 به همراه ورودی مادگی سمت خودرو
شکلهای 5 و 6 به ترتیب آرایش پینهای کانکتور خودروی برقی نوع CCS1 و CCS2 را نشان میدهند :
شکل 5 – آرایش پینهای کانکتور CCS1
شکل 6 – آرایش پینهای کانکتور CCS2
استاندارد کانکتور خودروی برقی CHAdeMO
کانکتور خودروی برقی با استاندارد چادمو (CHAdeMO) را شرکت ژاپنی TEPCO (Tokyo Electric Power Company) طراحی نموده و به همین خاطر به «کانکتور تپکو» نیز معروف است. در شکل 7 این کانکتور را به همراه بخش مادگی در سمت خودرو میبینید :
شکل 7 – کانکتور چادمو (CHAdeMO) و بخش مادگی آن در سمت خودرو
پینهای این کانکتور بر خلاف کانکتورهای دیگر از آرایش پیچیدهای برخوردار است که آن را در شکل 8 میبینید :
شکل 8 – آرایش پینهای کانکتور چادمو (CHAdeMO)
گفتنیست نسل دوم این کانکتور (CHAdeMO 2.0) قادر به شارژ تا توان 400 کیلووات است. اما نسل سوم آن (CHAdeMO 3.0) که به کانکتور چاوجی (Chaoji) نیز معروف است، دارای توان 900 کیلووات و جزء سریعترین شارژرهای حال حاضر (سال 2024) میباشد. شکل 9 چیدمان پینهای کانکتور چاوجی را نشان میدهد :
شکل 9 – آرایش پینهای کانکتور خودروی برقی چاوجی (Chaoji) یا نسل سوم چادمو (CHAdeMO 3.0)
همانطور که در شکلهای 8 و 9 میبینید، کانکتورهای چادمو و چاوجی فقط دارای خروجیDC و مختص شارژرهای سریع DC هستند. بنابراین در شارژرهای AC کاربرد ندارند.
استاندارد کانکتور خودروی برقی GB/T 20234
این کانکتور بر پایه استاندارد GB/T مؤسسه استاندارد چین طراحی شده است. شکل 10 کانکتور خودروی برقی GB/T نوع AC را به همراه چیدمان پینهای آن نشان میدهد :
شکل 10 – کانکتور خودروی برقی GB/T نوع AC به همراه ورودی مادگی آن
همچنین در شکل 11 نوع DC این کانکتور را به همراه چیدمان پینهای آن میبینید :
شکل 11 – کانکتور خودروی برقی GB/T نوع DC به همراه ورودی مادگی آن
استاندارد کانکتور خودروی برقی NACS
ابتدا تسلا به عنوان نخستین تولیدکننده مقیاس انبوه خودروهای برقی در جهان و یکی از بزرگترین تولیدکنندگان فعلی، کانکتور خودروی برقی ویژه خود را برای شارژ انواع خودروهای تسلا بر پایه استاندارد NACS (North American Charging Standard) طراحی نمود که این استاندارد با استاندارد SAE J3400 مطابقت دارد. سپس خودروسازان بزرگ دیگری همچون، فورد، تویوتا، جنرال موتورز، بی ام و، هیوندا و چند خودروساز دیگر نیز اعلام کردند که تمام خودروهای برقی که برای بازار آمریکای شمالی (شامل ایالات متحده آمریکا و کانادا) میسازند را به ورودی کانکتور NACS مجهز میکنند. اما از سال 2022 جهت مطابقت و پیروی با استاندارد سایر کشورهایی که مقصد صادرات خودروی تسلا هستند، این خودروساز محصولات خود را با کانکتور خودروی برقی نوع CCS سازگار نمود.
در شکل 12 کانکتور خودروی برقی NACS را به همراه ورودی مادگی آن میبینید :
شکل 12 – کانکتور NACS رایج در آمریکا و کانادا
در شکل 13 چیدمان پینهای کانکتور NACS را ملاحظه میکنید :
شکل 13 – چیدمان پینهای کانکتور NACS
راهنمای نامگذاری پینهای کانکتور خودروی برقی
جدول 1 راهنمای نامگذاری آرایش پینهای انواع کانکتور خودروی الکتریکی را نشان میدهد :
| مخفف نام پین | نام پین | شرح |
| -A | – Auxiliary DC Power | شارژ کمکی DC منفی |
| +A | + Auxiliary DC Power | شارژ کمکی DC مثبت |
| CC1 | Connection Confirmation 1 | تأیید اتصال به خودرو 1 |
| CC2 | Connection Confirmation 2 | تأیید اتصال به خودرو 2 |
| C-H | Control High | ارتباط کن باس (CAN Bus) بالا |
| C-L | Control Low | ارتباط کن باس (CAN Bus) پایین |
| CP | Control Pilot | خط ارتباطی ارسال و دریافت پارامترهای شارژ بین شارژر و خودرو |
| CS | Connection Switch | سیگنال تشخیص اتصال صحیح و کامل فیزیکی کابل به خودرو و جلوگیری از حرکت خودرو در حین شارژ |
| -DC | – Direct Current | هادی اصلی شارژ جریان مستقیم (منفی) |
| +DC | + Direct Current | هادی اصلی شارژ جریان مستقیم (مثبت) |
| DC-/L2 | Direct Current – / Line 2 | هادی اصلی شارژ جریان مستقیم (منفی) / فاز 2 |
| DC+/L1 | Direct Current + / Line 1 | هادی اصلی شارژ جریان مستقیم (مثبت) / فاز 1 |
| DCP | DC Power | سیگنال اجازه شروع شارژ به شارژر از طرف خودرو |
| FG | Frame Ground | اتصال زمین فریم |
| G | Ground | اتصال زمین |
| L1 | Line 1 | فاز 1 |
| L2 | Line 2 | فاز 2 |
| L3 | Line 3 | فاز 3 |
| N | Neutral (Null) | خنثی (نول) |
| N/C | (Not Connected) | بدون اتصال (رزرو) |
| NC1 | (Not Connected 1) | بدون اتصال 1 (رزرو) |
| NC2 | (Not Connected 2) | بدون اتصال 2 (رزرو) |
| PE | Protective Earth | اتصال زمین حفاظتی |
| PP | Proximity Pilot | سیگنال تشخیص اتصال صحیح و کامل فیزیکی کابل به خودرو و جلوگیری از حرکت خودرو در حین شارژ |
| -S | – Signalling | ارتباط کن باس (CAN Bus) پایین |
| +S | + Signalling | ارتباط کن باس (CAN Bus) بالا |
| SS1 | Start / Stop 1 | شروع / پایان شارژ 1 |
| SS2 | Start / Stop 2 | شروع / پایان شارژ 2 |
انواع مبدل یا آداپتور کانکتور خودروی برقی
چون کشورهای جهان از استانداردهای متفاوتی برای کانکتور خودروی برقی پیروی میکنند و ممکن است خودروهای وارداتی از کشورهای دیگر دارای کانکتور متفاوتی باشند، برای رفع مشکل عدم سازگاری از قطعهای به نام مبدل (یا همان آداپتور شارژ Charge Adapter) استفاده میشود.
جدول 2 آداپتورهای رایج شارژ خودروهای الکتریکی را نشان میدهد :
| از | به | |
| AC | Type 1 | Type 2 |
| Type 2 | Type 1 | |
| Type 1 | NACS | |
| Type 2 | NACS | |
| Type 1 | GB/T (AC) | |
| Type 2 | GB/T (AC) | |
| DC | CCS1 | CCS2 |
| CCS2 | CCS1 | |
| CCS1 | NACS | |
| CCS2 | NACS | |
| CCS2 | GB/T (DC) |
استاندارد کانکتور خودروی برقی در کشورهای مختلف
مانند بسیاری دیگر از زمینههای فناوری، کانکتور خودروی الکتریکی نیز در سراسر جهان دارای استاندارد واحدی نیست. به طور کلی کشورهای آمریکای شمالی از استاندارد SAE و کشورهای اتحادیه اروپا از استاندارد IEC پیروی میکنند. اما چین از استاندارد GB/T و ژاپن از استاندارد CHAdeMO تبعیت میکند. سایر کشورها نیز بر حسب خودرهای برقی وارداتی و سهم بازار تصاحب شده توسط سازندگان مختلف، از یک یا حتی چند استاندارد فوق پیروی میکنند.
پروتکل ارتباطی (Signalling)
جهت انجام بهینه فرآیند شارژ، بین سیستم مدیریت باتری Battery Management System) یا (BMS و شارژر اطلاعاتی به شرح زیر مبادله میگردد :
- وضعیت شارژ باتری (State of Charge یا SOC)
- تأیید شروع شارژ
- تأیید پایان شارژ
- تأیید اتصال ایمن شارژر به خودرو
- جریان لحظهای مناسب طبق منحنی شارژ باتری
- ولتاژ لحظهای مناسب طبق منحنی شارژ باتری
- ارتباط بین سیستم مدیریت باتری خودرو و شارژر تحت یکی از پروتکلهای زیر انجام میشود :
CAN (Controller Area Network) •
PLC (Power Line Communication) •
SAE J1772 •
در جدول 3 مشاهده میکنید که هر استاندارد کانکتور خودروی الکتریکی از کدام پروتکل ارتباطی استفاده مینماید :
| CAN | PLC | PWM (SAE J1772) | |
| Type 1 | √ | ||
| Type 2 | √ | ||
| CCS1 & CCS2 | √ | ||
| CHAdeMO & Chaoji | √ | ||
| GB/T | √ | ||
| NACS | √ | ||
| Tesla (Old) | √ |
لازم به ذکر است که PWM (Pulse Width Modulation) یک پروتکل ارتباطی به مفهوم پیچیده آن مانند PLC و CAN نیست که بتوان از آن برای ارتباطات سطح بالا (High Level) استفاده نمود. بلکه برعکس به دلیل سادگی، جهت ارتباطات سطح پایین (Low Level) مانند سیگنال تأیید اتصال صحیح شارژر به خودرو یا تعیین مقدار جریان شارژ استفاده میشود.
همچنین، تسلا از سال 2022 برای افزایش سازگاری با استاندارد شارژ سایر خودروسازان، به جای کانکتور ویژه NACS خود و پروتکل CAN، از کانکتور شارژ نوع CCS2 و پروتکل PLC پشتیبانی میکند.
لازم به ذکر است که این تبادل سیگنال در پروتکلهای CAN و SAE از طریق پینهای ارتباطی کانکتور خودروی الکتریکی انجام میشود. اما بستر انتقال سیگنالهای سطح بالا در پروتکل PLC دو پین اصلی شارژ است.
جمعبندی
به دلیل عدم همزمانی کار تحقیق و توسعه روی صنعت خودروی برقی توسط خودروسازان مختلف، هر یک برای انحصاری نمودن سهم بازار و همچنین پیروی از استانداردهای کشور خود اقدام به ساخت کانکتور خودروی برقی ویژه نمودهاند. بنابراین تنوع فعلی کانکتورها از این موضوع نشأت میگیرد.
جدول 4 مشخصات کامل کانکتورهای رایج شامل موارد زیر را نشان میدهد :
- شکل
- نوع
- نام
- ولتاژ
- AC یا DC بودن
- تعداد فاز (در صورت AC بودن)
- حداکثر توان
- حداکثر جریان
- متوسط برد رانندگی بر حسب کیلومتر با 1 ساعت شارژ (با فرض حداکثر توان شارژ)
- حداقل و حداکثر زمان لازم برای شارژ یک باتری نوعی با ظرفیت 60 کیلووات ساعت
- مکانهای معمول برای نصب شارژر مرتبط
- منطقه استفاده رایج
شکل 14 – مشخصات تمامی کانکتورهای شارژ رایج
مطالعه بیشتر
برای مطالعه بیشتر در مورد کانکتور خودروی برقی و همچنین خودروی برقی، به منابع زیر مراجعه بفرمایید :
- شارژر خودروی برقی
- خودروی برقی
- سیستم ترمز بازیاب انرژی
- تفاوت بین شارژرهای سطح 1 و 2 و 3
- ساختار داخلی شارژر خودروهای برقی
- آشنایی با ساختار و انواع باتری خودروی برقی
- پارامترها و اصطلاحات خودروهای الکتریکی
- هزینه شارژ خودرو برقی و مقایسه آن با هزینه سوخت خودرو بنزینی
- معرفی اپ شارژ خودرو برقی EVSEMaster
- استاندارد IEC 62196
- استاندارد SAE J1772
- استاندارد CHAdeMO
- استاندارد GB/T