مقاله ای برای درک فناوری شمع های شارژ خودروهای الکتریکی؟

مقاله ای برای درک فناوری شمع های شارژ خودروهای الکتریکی؟

حمل و نقل در نتیجه حرکت به سمت وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) در حال تغییر است و فناوری شارژ EV در این تغییر نقش اساسی دارد. رانندگان خودروهای برقی در حال مذاکره با چشم انداز سریع در حال تغییر زیرساخت شارژ هستند، از درک شارژ AC در مقابل DC تا بررسی نوآوری های آینده مانند ادغام خودرو به شبکه.

زیرساخت شارژ: ستون فقرات EV Adoption

کلید تسریع در پذیرش خودروهای الکتریکی، گسترش ایستگاه های شارژ خودروهای الکتریکی است. این پایه شامل شارژ خانگی، ایستگاه های شارژ عمومی و شبکه های شارژ است. برای کاهش بار رانندگان خودروهای برقی و کاهش اضطراب مسافت، زیرساخت ها باید با افزایش تعداد خودروهای برقی در جاده هماهنگی داشته باشند.

شبکه های شارژ عمومی

اینها برای گسترش دامنه وسایل نقلیه الکتریکی فراتر از پایگاه های خانگی آنها مورد نیاز است. شبکه ای از نقاط شارژ AC و DC سفرهای طولانی مدت با خودروهای برقی را امکان پذیر می کند. نوآوری‌های بعلاوه مانند Plug و Charge به وسایل نقلیه و نقاط شارژ اجازه می‌دهند با یکدیگر صحبت کنند و با از بین بردن نیاز به احراز هویت خارجی، فرآیند را بدون مشکل می‌سازد.

ایستگاه های شارژ خصوصی

نقاط خصوصی، از جمله سیستم‌های خانگی، هنوز برای شارژ روزانه EV محبوب هستند. اما از آنجایی که آنها به زیرساخت های الکتریکی موجود متکی هستند، متعادل کردن تقاضای انرژی با ظرفیت شبکه کلید عملکرد است.

AC در مقابل DC

شارژ EV به دو صورت AC (جریان متناوب) و DC (جریان مستقیم). شارژ AC شامل مبدل داخل خودرو است که جریان متناوب را از ایستگاه شارژ به DC تبدیل می کند تا باتری را شارژ کند. از سوی دیگر، شارژ سریع DC، با انتقال مستقیم DC به باتری، این تبدیل را دور می زند و این باعث سرعت بخشیدن به فرآیند شارژ می شود.

• شارژ AC: کندتر اما اغلب برای استفاده روزانه کافی است و در شارژرهای خانه و محل کار رایج است.
• شارژ DC: سرعت شارژ سریع‌تری را ارائه می‌دهد اما به زیرساخت‌های تخصصی‌تری نیاز دارد، که عمدتاً در ایستگاه‌های شارژ عمومی برای شارژ مجدد سریع استفاده می‌شود.

درک سطوح شارژ

سه نوع سیستم شارژ EV عبارتند از: سطح 1 (120 ولت)، سطح 2 (240 ولت) و شارژ سریع DC. سطح 1 از پریزهای استاندارد خانه برای شارژ آهسته استفاده می کند، سطح 2 برای شارژ مسکونی و عمومی سریعتر است و شارژ سریع DC سریعترین است که در نقاط تجاری برای شارژ سریع استفاده می شود.

• شارژ سطح 1:این برای استفاده کم مصرف است و شارژ کامل یک EV می تواند بیش از 12 ساعت طول بکشد. برای شارژ شبانه در خانه خوب است.
• شارژ سطح 2:شارژر سطح 2 سریعتر از سطح 1، می تواند اکثر خودروهای برقی را در 4 تا 6 ساعت شارژ کند، که برای استفاده در منزل، عمومی یا محل کار مناسب است.
• شارژ سریع DC:سریع‌ترین روش، شارژ سریع DC، توان بالایی را مستقیماً به باتری می‌رساند و زمان شارژ را به کمتر از یک ساعت کاهش می‌دهد.

کانکتورهای شارژ مختلف

کانکتورهای شارژ مختلف با سطوح مختلف شارژ خودروی الکتریکی مطابقت دارند. بسته به سطح شارژ، نام تجاری خودرو و موقعیت مکانی، تجهیزات تامین خودروی الکتریکی یا شارژرهای EV، کانکتورهای مختلفی دارند.

• SAE-J1772:شارژر SAE J1772 کانکتور استاندارد برای تمام خودروهای الکتریکی غیر تسلا در آمریکای شمالی برای شارژر ماشین الکتریکی سطح 1 و شارژ سطح 2 است. این دوشاخه به طور گسترده ای در دسترس است و با اکثر نقاط شارژ سازگار است و گزینه خوبی برای رانندگان خودروهای برقی است. طراحی ساده و پشتیبانی از هر دو سطح برق AC.
• اتصال دهنده تسلا:خودروهای تسلا از یک دوشاخه اختصاصی استفاده می کنند که برای هر سه سطح شارژ (سطح 1، سطح 2 و شارژ سریع DC) کار می کند. سوپرشارژرهای تسلا فقط برای خودروهای تسلا هستند، اما تسلا شبکه سوپرشارژر خود را برای انتخاب مارک‌ها و مدل‌های خودروهای الکتریکی با استفاده از آداپتور NACS به CCS باز کرده است. وسایل نقلیه تسلا همچنین می توانند با استفاده از آداپتور Tesla به J1772 به نقاط شارژ دیگر دسترسی داشته باشند. برای گزینه های بیشتر مجموعه آداپتورهای EV ما را بررسی کنید.
• CCS (سیستم شارژ ترکیبی):سیستم شارژ ترکیبی (CCS) کانکتور استاندارد صنعتی برای ایستگاه های شارژ DC است. این کانکتور SAE-J1772 را با دو پایه پاور اضافی برای شارژ سریع ترکیب می‌کند و آن را به رایج‌ترین دوشاخه شارژ سریع DC در آمریکای شمالی تبدیل می‌کند. این دوشاخه از شارژ سریعتر پشتیبانی می کند و توسط بسیاری از برندهای خودرو استفاده می شود.
• CHAdeMO:کانکتور CHAdeMO یک استاندارد شارژ سریع DC است که توسط صنعت خودروی ژاپن توسعه یافته و توسط برخی از برندها مانند نیسان و میتسوبیشی استفاده می شود. اگرچه قابل اعتماد است، اما با پذیرش بیشتر تولید کنندگان استاندارد CCS برای شارژرهای سریع DC، کمتر رایج می شود. CHAdeMO هنوز سریع شارژ می شود، اما محدود به وسایل نقلیه کمتری است.

شارژ شبکه ها: گسترش دسترسی

با تبدیل شدن وسایل نقلیه الکتریکی به جریان اصلی، نیاز به یک شبکه شارژ قابل دسترس و قابل اعتماد به سرعت در حال افزایش است. نقاط شارژ دیگر محدود به تاسیسات خانگی نیست. آنها اکنون در مناطق تجاری، مراکز خرید و در امتداد بزرگراه ها هستند. گسترش این شبکه‌ها برای حمایت از بازار رو به رشد خودروهای برقی بسیار مهم است، بنابراین رانندگان زیرساخت شارژ را در هر کجا که می‌روند، دارند.

تغییر استانداردها: NACS در مقابل CCS

بحث بین استاندارد شارژ آمریکای شمالی (NACS) و سیستم شارژ ترکیبی (CCS) داغتر می شود زیرا خودروسازان و شبکه های شارژ بیشتری استانداردهای متفاوتی را اتخاذ می کنند. در اینجا یک نمای کلی از هر کانکتور آورده شده است:

NACS (استاندارد شارژ آمریکای شمالی)

تسلا موتورز توسعه NACS را در سال 2022 به عنوان یک نسخه کمی تغییر یافته از کانکتور سوپرشارژر اختصاصی خود آغاز کرد. این استاندارد شارژ از ارتباطات خط برق (PLC) و پروتکل ISO 15118 استفاده می کند، بنابراین از نظر الکتریکی با هر خودروی برقی دارای دوشاخه CCS سازگار است. اگرچه NACS هنوز یک استاندارد رسمی از طریق SAE International نیست، سازندگان خودروهای بزرگ مانند فورد، جنرال موتورز و ریویان متعهد شده‌اند که تا سال 2025، پریزهای NACS را در خودروهای خود بگنجانند.

جوانب مثبت NACS:

• ارگونومی:دوشاخه NACS کوچکتر و سبکتر از CCS است.
• قابلیت اطمینان:شارژرهای NACS میزان خرابی کمتری دارند و شبکه سوپرشارژر تسلا قابل اعتماد است.
• نقاط شارژ عمومی:شبکه سوپرشارژر تسلا با وجود ایستگاه های کمتر، نقاط شارژ عمومی بیشتری نسبت به CCS دارد.
• شارژ ساده:وصل کنید و شارژ کنید، به کارت اعتباری یا برنامه نیاز نیست، و شارژ کردن ساده‌تر است.

معایب NACS:

• مکان های شارژ کمتر:اگرچه نقاط عمومی بیشتری وجود دارد، اما مکان های شارژ NACS کمتر از CCS وجود دارد.

CCS (سیستم شارژ ترکیبی)

• با پشتیبانی از شارژ جریان متناوب (AC) و جریان مستقیم (DC)، CCS چندین سال است که یک استاندارد شارژ شناخته شده در ایالات متحده بوده است. این سیستم به دلیل ولتاژ بالا و قابلیت شارژ سریع، مورد علاقه بسیاری از خودروسازان از جمله مرسدس بنز، هیوندای، کیا و ولوو است.

نکات مثبت CCS:

• شارژ سریعتر:شارژرهای CCS می توانند 350 کیلو وات کار کنند و شارژ سریعتر است.
• پذیرش در سطح صنعت:بسیاری از تولیدکنندگان خودرو از CCS پشتیبانی می کنند، بنابراین با بسیاری از مدل های EV سازگار است.
• در دسترس بودن گسترده تر:ایستگاه‌های CCS در بسیاری از مناطق گسترده‌تر و راحت‌تر یافت می‌شوند.

معایب CCS:

• طراحی حجیم تر:کانکتورها و کابل های بزرگتر و سنگین تر می توانند در آب و هوای بد دردناک باشند.
• قابلیت اطمینان کمتر:گزارش شده است که ایستگاه های CCS در مقایسه با سوپرشارژرهای تسلا، میزان خرابی بیشتری دارند.

مقایسه NACS و CCS

هر دو استاندارد مزایا و چالش های منحصر به فردی را ارائه می دهند. NACS دارای ارگونومی بهتر، فرآیندهای شارژ ساده و زیرساخت قابل اطمینان تر است، در حالی که CCS شارژ سریعتر و توزیع گسترده تری را ارائه می دهد. در حالی که دوشاخه های NACS تسلا برای راحتی کاربر بهینه شده اند، CCS طیف وسیع تری از مدل های EV را در خود جای می دهد.

غلبه بر چالش ها در شارژ EV

شارژ EV مجموعه ای از چالش های خاص خود را دارد، از زیرساخت تا ظرفیت شبکه. در اینجا مهمترین چالش ها و راه حل ها آمده است.

1. زیرساخت شارژ محدود:شبکه‌های دولتی و خصوصی بیشتر، با حمایت از سیاست‌های دولت و مشارکت‌های دولتی-خصوصی می‌توانند این مشکل را حل کنند.
2. شارژ آهسته:سرمایه گذاری در شارژ سریع DC و فناوری باتری بهتر می تواند زمان شارژ را کاهش دهد و شارژ EV را راحت تر کند.
3. کرنش شبکه:شبکه های هوشمند و فناوری V2G یا وسیله نقلیه به شبکه می توانند بار روی شبکه را متعادل کنند و از کمبود برق در ساعات اوج مصرف جلوگیری کنند.
4. دسترسی به شارژ:ایستگاه های شارژ بیشتر در مناطق روستایی و محروم به رانندگان خودروهای برقی دسترسی بیشتری می دهد.
5. قابلیت همکاری شبکه های شارژ:قراردادهای رومینگ و استانداردهای یکپارچه مانند CCS امکان استفاده یکپارچه از شبکه های شارژ مختلف را فراهم می کند.

آینده فناوری شارژ EV

آینده شارژ EV، وسایل نقلیه الکتریکی را در دسترس‌تر، راحت‌تر و کارآمدتر خواهد کرد. این چیزی است که باعث آن می شود:

فناوری شارژ دوطرفه

شارژ دو طرفه به خودروهای برقی این امکان را می دهد که نه تنها انرژی را از شبکه دریافت کنند، بلکه آن را نیز بازگردانند. این بدان معناست که وسایل نقلیه می توانند واحدهای ذخیره انرژی متحرک باشند و در زمان اوج مصرف برق خانه ها یا شبکه را تامین کنند. برای مثال، سیستم‌های Vehicle-to-Grid (V2G) می‌توانند شبکه را با اجازه دادن به وسایل نقلیه برای ارسال نیروی اضافی که برای مصرف‌کنندگان و شرکت‌های خدمات شهری مفید است، تثبیت کنند.

با اجازه دادن به خودروها برای تامین انرژی در زمان قطع یا اوج تقاضا، شارژ دو طرفه کلیدی برای یک شبکه انرژی انعطاف‌پذیرتر و پویاتر است. و برای دارندگان خودروهای برقی، آربیتراژ انرژی – فروش انرژی در زمان اوج تقاضا.

ایستگاه های شارژ فوق سریع

اگرچه رانندگان خودروهای برقی همچنان نگرانی های قابل توجهی در مورد سرعت شارژ دارند، ایستگاه های شارژ فوق سریع در افق هستند. هدف پیشرفت های اخیر کاهش زمان شارژ از ساعت به دقیقه است. تعداد ایستگاه هایی که 350 کیلووات یا بیشتر را تحویل می دهند در حال افزایش است که به طور قابل توجهی زمان شارژ را کاهش می دهد. به لطف باتری های حالت جامد و فناوری خنک کننده پیشرفته، زمان شارژ ممکن است به زودی به سرعت پر شدن در پمپ بنزین برسد.
اینها نه تنها سفرهای طولانی مدت را برای دارندگان خودروهای برقی امکان پذیرتر و مطلوب تر می کند، بلکه اضطراب برد را نیز کاهش می دهد.

شارژ بی سیم

یکی دیگر از موارد مهم برای آینده خودروهای الکتریکی، شارژ بی سیم است. این به وسایل نقلیه اجازه می دهد تا فقط با پارک کردن روی یک پد شارژ، بدون نیاز به کابل، شارژ شوند. سیستم های شارژ القایی از میدان های الکترومغناطیسی برای انتقال انرژی از پد روی زمین به گیرنده در خودرو استفاده می کنند. همانطور که فناوری بی‌سیم بهبود می‌یابد، حتی می‌تواند امکان شارژ پویا را فراهم کند، جایی که خودروهای برقی هنگام رانندگی در جاده‌های خاص شارژ می‌شوند.

شارژ بی‌سیم برای وسایل نقلیه ناوگان و خودروهای خودران بزرگ است، بنابراین وسایل نقلیه همیشه بدون دخالت انسان شارژ می‌شوند.

سیستم های وسیله نقلیه به شبکه (V2G).

فناوری Vehicle-to-Grid (V2G) به وسایل نقلیه الکتریکی اجازه می دهد تا نیروگاه های غیرمتمرکز باشند و انرژی استفاده نشده را به شبکه ارسال کنند. این به تعادل شبکه در ساعات اوج مصرف کمک می کند و خرابی های گسترده شبکه را کاهش می دهد. فناوری V2G خودروهای برقی را به دارایی‌های شبکه تبدیل می‌کند و امکان ادغام بهتر منابع انرژی تجدیدپذیر مانند خورشیدی و باد را با تامین انرژی در زمان‌های آرام در تولید فراهم می‌کند.

در آینده V2G یک ویژگی استاندارد در خودروهای برقی خواهد بود و به مالکان اجازه می‌دهد برای شرکت در برنامه‌های پشتیبانی شبکه پول یا اعتبار کسب کنند.

باتری و سرعت شارژ بهتر

پیشرفت‌های آینده در فناوری باتری، از جمله باتری‌های EV حالت جامد، زمان شارژ سریع‌تر، برد طولانی‌تر و ایمنی بهتر را دریافت خواهند کرد. باتری‌های حالت جامد، جایگزین الکترولیت مایع در باتری‌های لیتیوم یون معمولی با مواد جامد می‌شوند که امکان چگالی انرژی بالاتر و شارژ سریع‌تر را فراهم می‌کند. با پیشرفت در مواد آند و کاتد، این باتری ها می توانند در چند دقیقه تا 80 درصد شارژ شوند و بازی شارژ EV را تغییر دهند.

اینها وسایل نقلیه الکتریکی را برای استفاده روزانه کاربردی تر می کند، افراد بیشتری آنها را قبول می کنند.

سیستم شارژ یکپارچه

یکی از چالش‌های موجود در بازار خودروهای برقی امروزی استانداردهای شارژ چندگانه (مانند CHAdeMO، CCS، سوپرشارژر تسلا) است. در آینده یک سیستم شارژ یکپارچه، استاندارد کردن کانکتورها و پروتکل های شارژ در سطح جهانی خواهد داشت. این امر مشکلات سازگاری را از بین می برد و شارژ را برای همه درایورهای EV آسان تر می کند و دسترسی به ایستگاه های شارژ عمومی و توسعه زیرساخت را آسان تر می کند.

استانداردسازی جهانی در حال انجام است و سازندگان و سیاست گذاران در حال کار به سمت یک سیستم شارژ سازگارتر و سازگارتر هستند.

شارژ هوشمند و ادغام شبکه

با کنترل استراتژیک زمان و نحوه شارژ خودروهای برقی در پاسخ به تقاضای شبکه و قیمت برق، شارژ هوشمند آینده مصرف انرژی را به حداکثر می‌رساند. این شارژرها با استفاده از هوش مصنوعی و اینترنت اشیاء با شرایط فعلی سازگار می‌شوند و به خودروها اجازه می‌دهند در ساعات کم مصرف که هزینه‌های انرژی کمتر و سازگار با محیط‌زیست هستند، شارژ شوند. با برقراری ارتباط با پنل‌های خورشیدی، باتری‌های خانگی و دیگر منابع انرژی تجدیدپذیر، شارژ هوشمند می‌تواند با سیستم‌های مدیریت انرژی خانه برای کنترل مصرف انرژی کلی خانوار ادغام شود.
این سیستم ها با ایجاد یک شبکه انرژی سازگارتر و موثرتر، مزایای منابع انرژی تجدیدپذیر را بهینه می کنند و در عین حال استرس را در دوره های تقاضای بالا کاهش می دهند.