شارژر خودروی برقی : معرفی و انواع آن

مقدمه

شارژر خودروی برقی منبع انرژی خودروی برقی است. در مقایسه با خودروهای رایج، فرآیند تبدیل انرژی در خودروهای برقی دوطرفه برگشت‌پذیر است. در حالی که در خودروهای احتراقی، این فرآیند یکطرفه برگشت‌ناپذیر است. به بیان ساده، با وجود اینکه موتور خودروی بنزینی هنگام حرکت در سربالایی بنزین بیشتری نسبت به جاده مسطح مصرف می‌کند، اما در سرازیری، بنزین اضافی مصرفی دیگر تولید نمی‌گردد و هدر رفته است!

در خودروهای برقی تولید انرژی الکتریکی در اثر واکنش شیمیایی داخل باتری خودروی برقی انجام می‌پذیرد. به این صورت که انرژی نهفته شیمیایی به انرژی الکتریکی تبدیل می‌‌‌شود و خودرو را به حرکت در می‌آورد. اما شارژر در فرآیندی معکوس با اعمال ولتاژ و جریان مناسب، فرآیند شیمیایی برگشت را انجام می‌دهد و ولتاژ باتری را به حالت شارژ کامل برمی‌گرداند. گفتنی است برخلاف مثال فوق در مورد خودروهای بنزینی، باتری خودروهای برقی در سرازیری شارژ می‌شود.

بدون شک سرنوشت محتوم خودروهای احتراقی حذف همیشگیست. زیرا بشر به این نتیجه قطعی رسیده که گرمایش جهانی نتیجه سوزاندن سوخت‌های فسیلی و ورود گازهای گلخانه‌ای به جو است. علاوه بر نداشتن آلایندگی، مزیت دیگر خودروهای برقی برتری راندمان نسبت به خودروهای احتراقی می‌باشد.

بنابراین جایگزینی خودروهای رایج توسط خودروهای برقی در آینده نزدیک اتفاق خواهد افتاد. گفتنی است این جایگزینی در حمل‌ونقل ریلی سال‌ها پیش اتفاق افتاده است. همچنین در حمل و نقل دریایی و هوایی نیز شاهد پروژه‌های تحقیقاتی در این زمینه هستیم. پس بشر در حال انقلاب گذار از سوخت‌های فسیلی و ورود به عصر جدید حمل و نقل الکتریکی می‌باشد.

شارژر خودروی برقی چیست؟

واضح است که هر نوع حرکت و جابجایی نیاز به انرژی دارد. همانگونه که در خودروهای رایج بنزینی و گازوییلی، سوخت فسیلی منبع انرژی لازم برای حرکت خودروست و هنگام کاهش سطح سوخت در باک بنزین یا گازوییل، راننده می‌بایست اقدام به زدن بنزین یا گازوییل در جایگاه سوختگیری (اصطلاحاً پمپ بنزین) نماید، در خودروهای برقی نیز مجموعه باتری‌ها منبع تأمین انرژی لازم برای حرکت هستند و هنگام کاهش سطح ولتاژ مجموعه باتری‌ها از حد نامی (یا به اصطلاح خالی شدن باتری)، مجموعه باتری‌ها باید توسط شارژر خودروی الکتریکی مجدداً شارژ شوند تا ادامه حرکت خودرو میسر شود.

گفتنی است که شارژرهای خودروی برقی دستگاه‌هایی هستند که برای تامین نیروی الکتریکی به منظور شارژ باتری‌های خودروهای الکتریکی طراحی شده‌اند. این شارژرها در انواع مختلف وجود دارند که هر کدام برای نیازها و سرعت‌های شارژ متفاوتی مناسبند. بدون شک در خانه، محل کار یا در حال حرکت، شارژرهای خودروی برقی نقش مهمی در راحتی استفاده و عملی نمودن ایده زیست‌محیطی خودروهای الکتریکی ایفا می‌کنند.

شکل 1 – ایستگاه شارژ خودروی برقی تسلا از نوع DC سریع

اهمیت شارژر خودروی برقی

همگام با افزایش تعداد خودروهای برقی (یا همان خودروهای الکتریکی) در جاده‌ها، نیاز به زیرساخت‌های شارژ دسترس‌پذیر و کارآمد نیز افزایش می‌یابد. دسترسی آسان به شارژرهای قابل اعتماد این اطمینان را می‌دهند که خودروهای برقی همیشه آماده حرکت هستند و اضطراب مسافت قابل پیمایش با یک بار شارژ را می‌کاهند و خودروهای الکتریکی را به گزینه‌ای عملی و قابل اطمینان برای رانندگان بیشتری تبدیل می‌کنند. قیمت، سهولت دسترسی و کارایی شارژرهای خودروی برقی مستقیماً بر نرخ پذیرش خودروهای برقی و ترغیب جامعه به جایگزینی خودروهای بنزینی و گازوییلی با این خودروها تأثیر می‌گذارد.

انواع شارژر خودروی برقی

از لحاظ نوع جریان

شارژر خودروری برقی از لحاظ شکل موج جریان شارژر به دو دسته تقسیم می‌شود :

جریان متناوب (AC)

در این نوع شارژر، برق شهری با فرکانس استاندارد 50 هرتز توسط کانکتور مناسب به خودرو متصل و تغییر شکل موج به مستقیم (DC) جهت شارژ مجموعه باتری‌ها بر عهده یکسوساز (Rectifier) داخل خودروست.

مزایا

این نوع شارژر خودروی الکتریکی نسبت به شارژر DC چون دارای ماژول یکسوساز نیست، در توان مساوی از قیمت، وزن و حجم کمتری برخوردار است و به طور کلی شارژر اقتصادی محسوب می‌شود. به طور خلاصه نسبت به شارژر DC هم توان، مزایای شارژر AC عبارتند از :

1) قیمت کمتر

2) وزن کمتر

3) حجم اشغالی پایین‌تر

معایب

در نظر داشته باشید که در شارژر خودروی برقی نوع AC ، یکسوسازی جریان شارژ لازم برای مجموعه باتری‌ها به یکسوساز داخل خودرو متکی است. همین ویژگی بزرگترین نقطه قوت و همچنین بزرگ‌ترین نقطه ضعف آن محسوب می‌گردد. چرا که سرعت شارژ مجموعه باتری‌ها با توان یکسوساز رابطه مستقیم دارد. اما هرچه توان یکسوساز بیشتر باشد، وزن و حجم آن نیز افزایش می‌یابد. همین امر به نوبه خود سبب افزایش کلی وزن خودرو گردیده و فضای زیادی از فضای محدود داخل یک خودرو اشغال می‌کند.

اما در خودروهای برقی که مسافت قابل پیمایش با یک بار شارژ بزرگترین چالش فعلیست، وزن خودرو پارامتر بسیار مهمی است که مسافت فوق نسبت معکوس با آن دارد. به این معنی که هر چه خودرو سنگین‌تر باشد، مسافت کمتری با یکبار شارژ طی می‌کند. بنابراین وزن و حجم یکسوساز پارامترهایی محدودکننده هستند که نتیجه آن محدودشدن توان یکسوساز داخل خودرو و در نهایت محدودشدن سرعت شارژ است.

به طور خلاصه معایب شارژر AC عباتند از :

1) وابستگی به یکسوساز داخلی خودرو

2) سرعت شارژ کم تا متوسط به دلیل محدودیت توان یکسوساز داخلی خودرو

اجزاء

در شکل 2 می‌بینید که شارژر AC و خودرو توسط یک کابل که دو سر آن دارای کانکتور مناسب است به یکدیگر متصلند.

شکل 2 – دیاگرام اتصال شارژر خودروی برقی نوع AC

بخش‌های شارژر خودروی الکتریکی نوع AC را در شکل 3 به شرح زیر می‌بینید :

1. بخش تعذیه
2. بخش حفاظتی
3. بخش کنترل

شکل 3 – ساختار شارژر خودروی برقی نوع AC

در شکل 4 شارژر خودروی الکتریکی AC قابل حمل (پرتابل) برند Feyree را می‌بینید :

شکل 4 – شارژر پرتابل 7 کیلووات بدون نیاز به ارت دارای قابلیت کنترل توسط اپ

جریان مستقیم (DC)

بر خلاف شارژر خودروی برقی نوع AC که بخش یکسوساز داخل خودرو قراردارد، در شارژر خودروی برقی نوع جریان مستقیم (DC) تمامی بخش‌های شارژر خارج از خودرو قرار داشته و به همین دلیل، محدودیت وزن و حجم و در نتیجه محدودیت توان یکسوساز وجود ندارد.

بنابراین با داشتن یکسوساز قوی، شارژر خودروی الکتریکی نوع DC از سرعت شارژ بالایی برخوردار بوده و به همین خاطر به شارژ سریع یا فوق سریع نیز معروف می‌باشد.

مزایا

در طراحی شارژر خودروی برقی نوع DC برخلاف نوع AC که محدودیت‌های وزن و و حجم تحمیلی از سمت خودرو سبب محدودسازی توان آن می‌گردد، آزادی عمل کاملی از لحاظ وزن و حجم وجود دارد. بنابراین، قابلیت شارژ کامل خودروهای برقی را با سرعت بالایی فراهم می‌آورد. طوری که شارژ کامل در زمانی کمتر از 1 ساعت مقدور می‌باشد.

لازم به ذکر است که در یک ایستگاه شارژ خودروی الکتریکی نیاز است که خودروها در زمان کوتاهی شارژ شوند تا زمان انتظار رانندگان برای شارژ خودروی خود به حداقل رسیده و مدت انتظاری مشابه یا نزدیک به زمان انتظار لازم در پمپ بنزین را تجربه نمایند. درنتیجه استفاده از شارژرهای توان پایین AC در این ایستگاه‌ها مقدور نیست و فقط از شارژرهای نوع DC در یک ایستگاه شارژ خودروی الکتریکی استفاده می‌شود.

به طور خلاصه مزایای شارژر خودروی الکتریکی نوع DC عبارتند از :

1. مستقل بودن از فضای خودرو جهت نصب بخش یکسوساز شارژر
2. دستیابی به سرعت شارژ بالا (کمتر از 1 ساعت برای شارژ کامل)
3. کاهش زمان انتظار رانندگان در ایستگاه شارژ خودروی برقی به حداقل مقدار ممکن

معایب

شارژر خودروی برقی نوع DC به دلیل استفاده از قطعات الکترونیکی با توان بالا، دارای قیمت، وزن و حجم بیشتری نسبت به شارژر خودروی برقی نوع AC می‌باشد.

به طور خلاصه معایب شارژر خودروی الکتریکی نوع DC نسبت به شارژر خودروی الکتریکی نوع AC عبارتند از :

1. استفاده از شارژرهای سریع DC عمر مفید باتری خودرو را کاهش می‌دهد و فقط می‌بایست محدود به موارد اضطراری گردد. جهت اطلاع از دلیل مضربودن شارژرهای سریع DC برای باتری خودروهای برقی، این مطلب را مطالعه بفرمایید.
2. قیمت بالاتر
3. وزن بیشتر
4. نیاز به اختصاص فضای بسیار بزرگ

اجزاء

اجزای یک شارژر خودروی برقی نوع DC عبارتند از :

1. واحد تبدیل قدرت متشکل از اینورتر و یکسوساز
2. واحد کنترل شامل پردازنده (میکروپروسسور)
3. واحد خنک‌کننده
4. کابل شارژ و کانکتور
5. واحد ارتباط با کاربر شامل صفحه نمایش، دکمه‌ها و اپ قابل نصب روی گوشی
6. واحد ارتباط با شبکه شامل مودم و کابل شبکه
7. واحد حفاظت شامل فیوزها و کلیدهای قطع مدار
8. تابلوی دربرگیرنده اجزای فوق

شکل 5 – شارژر خودروی برقی نوع DC سریع در ایستگاه شارژ میدان آزادی تهران

انواع شارژر خودروی برقی از لحاظ استاندارد IEC

جدول 1 تقسیم‌بندی شارژر خودروی الکتریکی از لحاظ توان را بر پایه استاندارد IEC-61851-1 نشان می‌دهد :

جدول 1 – تقسیم‌بندی شارژر خودروی الکتریکی بر پایه استاندارد IEC-61851-1

انواع شارژر خودروی برقی از لحاظ توان

جدول 2 یک نوع تقسیم‌بندی رایج دیگر را بر پایه توان شارژر خودروی الکتریکی به شرح زیر نشان می‌دهد :

جدول 2 – تقسیم‌بندی شارژر خودروی الکتریکی بر پایه توان شارژر

انواع شارژر خودروی الکتریکی از لحاظ اتصال کابل شارژ

همانگونه که در جدول 3 ملاحظه می‌کنید، شارژرها به دو گونه اتصال مستقیم کابل شارژ به شارژر و اتصال به واسطه سوکت تقسیم می‌گردند :

شارژر شکل 8 نوع C و در شکل 9 نوع A است.

در شکل 6 شارژر سطح 2 دیواری (وال‌‎باکس Wallbox) تکفاز 7 کیلووات 32 آمپر برند Feyree را ملاحظه می‌نمایید:

شکل 6 – شارژر دیواری 7/6 کیلووات سطح 2

در شکل 7 شارژر سطح 2 ثابت سه فاز 32 آمپر با توان 22 کیلووات برند Besen مدل BS20 را می‌بینید :

شکل 7 – شارژر خودروی برقی نوع ثابت سه‌فاز 22 کیلووات برند Besen مدل BS20 نصب شده روی پایه

در شکل 8 یک شارژر ایستگاهی نوع DC با توان 400 کیلووات دیده می‌شود :

شکل 8 – شارژر ایستگاهی نوع DC با توان 400 کیلووات

انواع شارژر خودروی برقی از لحاظ قابلیت حمل

شارژرخودروی برقی از لحاظ قابلیت حمل به دو دسته تقسیم می‌شود :

شارژر پرتابل یا قابل حمل

معمولاً شارژرهای سطح 1 با توان پایین از این نوع هستند. بدون شک مزیت شارژر خودروی الکتریکی نوع پرتابل در سبکی و قابلیت حمل آن در صندوق عقب خودروست. چون در مواقعی مانند مسافرت که شارژر ثابت در دسترس نیست، با این نوع شارژر می‌توان مجموعه باتری‌های خودرو را تا رسیدن به یک شارژر با توان بالا به صورت جزیی یا حتی کامل شارژ نمود.

اما همانطور که در بخش معایب شارژر خودروی الکتریکی نوع AC توضیح داده شد، این نوع شارژر متکی به یکسوساز درونی خودرو می‌باشد. به دلیل توان پایین این یکسوساز (جهت پایین نگهداشتن وزن کلی خودرو)، سرعت شارژ این نوع شارژر بسیار کم بوده و فقط به عنوان یک شارژر خودروی اضطراری برای مواقعی که شارژر سریع در دسترس نیست درنظر گرفته می‌شود.

شکل‌های 4 و 6 شارژر خودروی الکتریکی نوع قابل حمل (پرتابل) را نشان می‌دهند.

شارژر ثابت

شارژر خودروی برقی نوع ثابت مناسب مکانهاییست که محل پارکینگ خودرو از قبل مشخص است. لازم به ذکر است که مزیت بزرگ این شارژرها، استفاده مفید از زمان اتلافی پارک خودرو در منزل، محل کار یا مراکز خرید تجاری برای شارژ مجموعه باتری خودروست. زیرا در حالی که شما مشغول کار در محل کار، استراحت در خانه یا خرید در مرکز خرید هستید، خودروی شما نیز در حال شارژ است.

این شارژرها به سه دسته زیر تقسیم می‌شوند :

نصب روی پایه

همانطور که در شکل 7 می‌بینید، این نوع مناسب نصب در پارکینگ‌های باز غیرمسقف مانند مراکز تجاری و اداری و به طور کلی جاهایی است که دیوار جهت نصب در دسترس نیست.

نصب روی دیوار

همانگونه که در شکل 9 می‌بینید، این نوع مناسب نصب در پارکینگ‌های مسقف مانند مجتمع‌های مسکونی یا مراکز خرید دارای پارکینگ سربسته است.

ایستگاهی

همانطور که در شکل 8 می‌بینید، این نوع به دلیل نیاز به فضای بزرگ و همچنین حداکثر نمودن قابلیت دسترسی، فقط در ایستگاه‌های شارژ نصب می‌گردد.

لازم به ذکر است که شارژر خودروی الکتریکی نوع ایستگاهی از نوع DC است. اما شارژرهای نوع دیواری و نصب روی پایه از نوع AC می‌باشند.

شکل 9 – شارژر خودروی برقی نوع ثابت دیواری سه فاز 22 کیلووات برند Besen مدل BS20

جمع‌بندی

در مجموع با نگاه اول ممکن است تعدد انواع شارژر گیج‌کننده و حتی غیرضروری به نظر برسد. چون در مقایسه با خودروهای رایج با موتور احتراقی که فقط یک نوع سیستم پمپ بنزین یا گازوییل در جایگاه‌های سوخت گیری برایشان وجود دارد، شاید این دسته‌بندی گسترده پرسش‌برانگیز باشد. در پاسخ به طور خلاصه باید گفت که در نتیجه تنوع نیاز رانندگان خودروهای برقی به انواع شارژرها، سازندگان گستره متنوعی از انواع شارژر را تولید و به بازار عرضه می‌نمایند.

در حقیقت تنوع شارژرهای موجود از نقطه نظر ملاحظات تجاری و اقتصادی و همچنین طیف وسیع نیازمندی‌های رانندگان کاملاً توجیه‌پذیر است. زیرا به عنوان مثال برای راننده‌ای که از فرصت کافی شب تا صبح حین پارک خودرو در پارکینگ منزلش برخوردار است، الزامی به خرید شارژر گران‌قیمت سطح 3 نیست و یک شارژر سطح 2 با قیمتی پایین تر و در مقابل با سرعت شارژ کمتر، پاسخگوی نیازش می‌باشد. از طرف دیگر برای رانندگان تاکسی یا اتوبوس که سرعت شارژ و قابلیت دسترسی شارژر از قیمت آن مهمتر است، انواع سریعتر و گرانتر شارژر مانند سطح 3 و ایستگاهی مناسب می‌باشد. از طرف دیگر شاید برای راننده‌ای فقط قابلیت حمل شارژر در داخل ماشین مهم باشد تا بتواند هر جا که تمایل داشت با استفاده از یک پریز برق شهری، خودرویش را شارژ نماید. برای این مورد نیز یک شارژر پرتابل ارزان‌قیمت کاملاً مناسب می‌باشد.

مشخصات و سفارش خرید محصولات

جهت مشاهده مشخصات فنی و سفارش خرید محصولات «شارژر خودروی برقی ایران» نماینده رسمی و انحصاری شرکت Besen در ایران، از لینک‌های زیر استفاده نمایید :

• انواع شارژر ثابت دیواری یا وال باکس (Wallbox)
• انواع شارژر پرتابل (قابل حمل)

مطالعه بیشتر

جهت مطالعه مطالب بیشتر در مورد خودروهای الکتریکی به منابع زیر مراجعه بفرمایید :

• خودروی برقی
• سیستم ترمز بازیاب انرژی
• تفاوت بین  شارژرهای سطح 1 و 2 و 3
• ساختار داخلی شارژر خودروهای برقی
• کانکتور خودروی 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
• ایستگاه‌های شارژ خودروهای برقی
• خودروهای برقی
• ترمز بازیابنده انرژی