شارژ AC (AC charging)

شارژ AC (AC Charging)، یا شارژ با جریان متناوب، رایج‌ترین و پرکاربردترین روش برای تأمین انرژی خودروهای برقی (EVs) در شرایط روزمره است. این روش به خودروهای برقی اجازه می‌دهد تا از جریان متناوب (AC) برق شهری یا شبکه که در خانه، محل کار یا نقاط عمومی مختلف در دسترس است، برای شارژ بسته باتری خود استفاده کنند. برخلاف شارژ سریع DC که نیازمند تجهیزات پرقدرت و تخصصی است، شارژ AC بر سادگی و دسترسی گسترده تکیه دارد. شارژ AC خودروی برقی: چیستی، مفهوم و نقش محوری در شارژ روزمره (به‌ویژه در آلمان)، آن را به ستون فقرات زیرساخت شارژ خانگی و شارژ در مقاصد عمومی تبدیل کرده است.

مفهوم و نقش محوری شارژ AC خودروی برقی در شارژ روزمره

شارژ AC خودروی برقی به فرآیند اتصال خودرو به یک منبع تغذیه با جریان متناوب و استفاده از آن برای پر کردن باتری اشاره دارد. چیستی این روش در استفاده مستقیم از برق استاندارد خانگی یا تجاری است. مفهوم شارژ AC بر پایه این واقعیت استوار است که برق توزیع شده در شبکه سراسری (و در نتیجه در پریزهای دیواری یا ایستگاه‌های شارژ معمولی) به صورت جریان متناوب (AC) است، در حالی که باتری خودروهای برقی برای ذخیره انرژی به جریان مستقیم (DC) نیاز دارد. بنابراین، در این روش، وظیفه تبدیل جریان AC به DC بر عهده خود خودرو گذاشته شده است.

نقش محوری در شارژ روزمره (به‌ویژه در آلمان) این روش به دلیل دسترسی گسترده به برق AC در منازل، محل کار و مقاصد عمومی، و همچنین هزینه نسبتاً پایین‌تر تجهیزات شارژ AC (مانند وال باکس‌ها)، است. در آلمان و سراسر اروپا، شارژ AC روش اصلی برای شارژ خودرو در شب هنگام (در خانه) یا در طول روز (در محل کار یا هنگام خرید) است.

نحوه عملکرد شارژ AC خودروهای برقی: تبدیل جریان متناوب شبکه توسط شارژر داخلی خودرو (On-board Charger)

شبکه برق عمومی و پریزهای استاندارد برق، جریان متناوب (AC) با ولتاژ و فرکانس مشخص (مانند ۲۳۰ ولت و ۵۰ هرتز در اروپا/آلمان) ارائه می‌دهند. بسته باتری خودروی برقی برای شارژ شدن به جریان مستقیم (DC) نیاز دارد. نحوه عملکرد شارژ AC خودروهای برقی شامل این تبدیل جریان است:

1. اتصال به منبع AC: خودرو از طریق کابل شارژ به یک منبع تغذیه AC (پریز دیواری معمولی، وال باکس یا ایستگاه شارژ AC عمومی) متصل می‌شود.
2. ورود جریان AC به خودرو: جریان متناوب وارد پورت شارژ خودرو می‌شود.
3. تبدیل جریان توسط شارژر داخلی: جریان AC ورودی مستقیماً به بسته باتری نمی‌رود. در عوض، به قطعه‌ای در داخل خودرو به نام شارژر داخلی خودرو (On-board Charger) می‌رود. شارژر آن‌بورد وظیفه دارد این جریان متناوب را با استفاده از یکسوسازها (Rectifiers) و مدارهای الکترونیک قدرت به جریان مستقیم (DC) تبدیل کند.
4. شارژ باتری: جریان مستقیم تبدیل شده از شارژر داخلی خودرو برای شارژ بسته باتری ولتاژ بالای خودرو استفاده می‌شود.

توان شارژ AC محدود به حداکثر توان شارژر داخلی خودرو (On-board Charger) است که معمولاً از ۳.۷ کیلووات تا ۲۲ کیلووات متغیر است و هرچه این توان بالاتر باشد، زمان لازم برای شارژ با شارژ AC کوتاه‌تر خواهد بود.

نقاط شارژ اصلی AC در آلمان (وال باکس خانگی، محل کار، عمومی) و مقایسه با شارژ سریع DC

نقاط شارژ اصلی AC در آلمان و اروپا به طور فزاینده‌ای در دسترس هستند و برای استفاده روزمره طراحی شده‌اند:

• شارژ خانگی (Home Charging): رایج‌ترین محل. می‌تواند از طریق یک پریز برق استاندارد (که کندترین روش است، معمولاً ۲.۳ کیلووات) یا نصب یک وال باکس (Wallbox) اختصاصی در گاراژ یا پارکینگ انجام شود. وال باکس‌های خانگی در آلمان بسیار محبوب هستند و اغلب توان‌های ۱۱ یا ۲۲ کیلووات ارائه می‌دهند که به مالکان اجازه می‌دهد خودرو را در طول شب به طور کامل شارژ کنند.
• شارژ در محل کار (Workplace Charging): نصب ایستگاه‌های شارژ AC در پارکینگ شرکت‌ها.
• شارژ در مقاصد عمومی (Destination Charging): ایستگاه‌های شارژ AC در پارکینگ فروشگاه‌ها، رستوران‌ها، هتل‌ها، سینماها، مراکز خرید و سایر مکان‌هایی که خودرو برای مدت نسبتاً طولانی پارک می‌شود. این ایستگاه‌ها معمولاً توان‌های ۱۱ یا ۲۲ کیلووات ارائه می‌دهند.

مقایسه با شارژ سریع DC: تفاوت اصلی در محل و سرعت تبدیل جریان است. در شارژ سریع DC، تبدیل AC شبکه به DC در خود ایستگاه شارژ (که بزرگتر، پیچیده‌تر و گران‌تر است) انجام شده و برق DC پرقدرت مستقیماً به باتری خودرو فرستاده می‌شود (بای‌پس کردن شارژر آن‌بورد خودرو). شارژ DC بسیار سریع‌تر از شارژ AC است (از ۵۰ کیلووات تا بیش از ۳۵۰ کیلووات) و برای پر کردن سریع باتری در طول سفرهای طولانی مناسب است، اما هزینه زیرساخت و هزینه هر کیلووات ساعت برق معمولاً بالاتر است. شارژ AC برای شارژ “فرصتی” و در زمان‌های پارک طولانی، و شارژ DC برای کاهش زمان توقف در طول سفر استفاده می‌شود.

کانکتور استاندارد شارژ AC در اروپا (کانکتور Type 2) و اهمیت آن برای سازگاری خودروها در آلمان

در اروپا (شامل آلمان)، کانکتور استاندارد شارژ AC کانکتور Type 2 (Mennekes) است. این کانکتور که در استاندارد IEC 62196-2 تعریف شده، استاندارد رایج برای شارژ AC در اکثر کشورهای اروپایی است. این کانکتور هم برای شارژ تک فاز و هم سه‌فاز طراحی شده و می‌تواند توان‌های بالاتری را (تا ۲۲ کیلووات در اکثر خودروها، و در برخی موارد تا ۴۳ کیلووات) نسبت به کانکتور Type 1 (رایج در آمریکای شمالی) منتقل کند.

اهمیت آن برای سازگاری خودروها در آلمان بسیار بالا است؛ تمام خودروهای برقی جدید فروخته شده در آلمان باید مجهز به پورت شارژ Type 2 باشند و تمام وال باکس‌ها و ایستگاه‌های شارژ AC عمومی نصب شده در این کشور نیز دارای سوکت یا کابل با کانکتور Type 2 هستند. این استانداردسازی تضمین‌کننده این است که مالکان خودروهای برقی در آلمان می‌توانند خودروی خود را در هر نقطه شارژ AC عمومی یا خانگی با استفاده از کابل استاندارد Type 2 شارژ کنند.

مزایا و محدودیت‌های کلیدی شارژ AC برای مالکان خودروهای برقی در استفاده روزمره در آلمان و اروپا

شارژ AC دارای مزایا و محدودیت‌های کلیدی خاص خود برای مالکان خودروهای برقی در استفاده روزمره در آلمان و اروپا است:

• مزایا:
  • راحتی: امکان شارژ خودرو در خانه یا محل کار در طول شب یا در طول روز، بدون نیاز به انتظار. این اصلی‌ترین مزیت برای بسیاری از مالکان خودروهای برقی است.
  • هزینه پایین‌تر تجهیزات: هزینه خرید و نصب وال باکس خانگی به مراتب کمتر از هزینه ایستگاه شارژ سریع DC است.
  • فشار کمتر بر باتری: شارژ با توان پایین‌تر و مدت زمان طولانی‌تر معمولاً استرس کمتری بر سلول‌های باتری وارد کرده و می‌تواند به حفظ سلامت و طول عمر آن‌ها در بلندمدت کمک کند.
  • استفاده از زیرساخت برق موجود: متکی بر شبکه برق AC استاندارد است که به طور گسترده در دسترس است.
  • امکان استفاده از برق ارزان‌تر: شارژ در ساعات کم‌مصرف (مثلاً شب‌ها) می‌تواند به کاهش هزینه برق مصرفی منجر شود.
• محدودیت‌ها:
  • سرعت شارژ پایین‌تر: این محدودیت کلیدی در مقایسه با شارژ سریع DC است. برای پر کردن سریع باتری در طول سفر طولانی مناسب نیست. سرعت شارژ محدود به توان شارژر آن‌بورد خودرو و توان خروجی نقطه شارژ است.
  • زمان مورد نیاز: برای شارژ کامل باتری با شارژ AC، بسته به ظرفیت باتری و توان شارژر، ساعت‌ها زمان نیاز است.

نتیجه‌گیری

شارژ AC (AC Charging) روش اصلی و متداول برای شارژ AC خودروهای برقی در زندگی روزمره است که با چیستی، مفهوم و نقش محوری در شارژ روزمره (به‌ویژه در آلمان)، امکان شارژ خودرو در خانه، محل کار و مقاصد عمومی را فراهم می‌آورد. نحوه عملکرد شارژ AC بر پایه تبدیل جریان متناوب شبکه توسط شارژر داخلی خودرو (On-board Charger) استوار است. نقاط شارژ اصلی AC در آلمان (وال باکس خانگی، محل کار، عمومی) ستون فقرات زیرساخت شارژ روزمره را تشکیل می‌دهند و مکمل شارژ سریع DC هستند. کانکتور استاندارد شارژ AC در اروپا (کانکتور Type 2) استاندارد رایج برای سازگاری خودروها در آلمان و این منطقه است. با وجود محدودیت‌های کلیدی شارژ AC (سرعت پایین‌تر)، مزایای کلیدی آن برای مالکان خودروهای برقی در استفاده روزمره در آلمان و اروپا (راحتی، هزینه پایین‌تر) آن را به یک روش شارژ ضروری و کارآمد تبدیل کرده است که نقش مهمی در تسهیل استفاده از خودروهای برقی ایفا می‌کند.