برق AC/DC (AC/DC Power)

درک مفاهیم برق AC (جریان متناوب) و برق DC (جریان مستقیم) برای فهم نحوه عملکرد و به‌خصوص فرآیند شارژ در خودروهای برقی (EVs) و هیبریدی کاملاً ضروری است. این دو شکل از انرژی الکتریکی نقش‌های متفاوتی در اکوسیستم حمل‌ونقل الکتریکی ایفا می‌کنند و شناخت آن‌ها به کاربران کمک می‌کند تا تفاوت میان انواع شارژرها و نحوه عملکرد اجزای مختلف قوای محرکه الکتریکی خودرو را درک کنند.

برق AC (جریان متناوب – Alternating Current)

برق AC شکلی از انرژی الکتریکی است که در آن جهت حرکت جریان الکتریکی و ولتاژ آن به صورت دوره‌ای و متناوب تغییر می‌کند. این تغییر جهت معمولاً با فرکانس مشخصی (مثلاً ۵۰ یا ۶۰ هرتز در شبکه‌های برق خانگی و صنعتی) رخ می‌دهد.

• کاربردها: برق AC شکل استاندارد انتقال و توزیع انرژی الکتریکی در شبکه‌های برق عمومی (از نیروگاه‌ها تا خانه‌ها و صنایع) در سراسر جهان است. اکثر لوازم برقی خانگی و موتورهای الکتریکی صنعتی با برق AC کار می‌کنند.
• در زمینه خودروهای برقی: برق AC همان برقی است که از پریزهای برق خانگی، محل کار یا اکثر ایستگاه‌های شارژ عمومی سطح ۲ (Slow و Fast AC Chargers) در دسترس است. این برق از شبکه برق گرفته شده و به پورت شارژ AC خودرو متصل می‌شود.

برق DC (جریان مستقیم – Direct Current)

برق DC شکلی از انرژی الکتریکی است که در آن جریان الکتریکی فقط در یک جهت ثابت حرکت می‌کند و ولتاژ آن (به صورت ایده‌آل) در طول زمان ثابت است.

• کاربردها: برق DC در دستگاه‌هایی که از باتری یا پیل خورشیدی تغذیه می‌کنند، مانند تلفن‌های همراه، لپ‌تاپ‌ها و البته باتری خودروی برقی، یافت می‌شود. بسیاری از قطعات الکترونیکی حساس نیز با برق DC کار می‌کنند.
• در زمینه خودروهای برقی: باتری خودروی برقی انرژی الکتریکی را به شکل برق DC ذخیره و تأمین می‌کند. همچنین، موتورهای الکتریکی پیشرانه در خودروها، اگرچه با برق AC تغذیه می‌شوند، اما نیاز به برق DC برای بخش‌های کنترلی خود و تبدیل نهایی به AC دارند.

نقش AC و DC در فرآیند شارژ خودروهای برقی

نقطه تلاقی اصلی برق AC و DC در خودروهای برقی، فرآیند شارژ است و درک تفاوت آن‌ها برای تمایز میان انواع شارژرها حیاتی است:

1. شارژ AC (AC Charging):

   • این روش متداول‌ترین نوع شارژ در خانه و محل کار است.
   • ایستگاه شارژ یا شارژر دیواری (EVSE) برق AC را از شبکه برق دریافت کرده و به پورت شارژ AC خودرو تحویل می‌دهد.
   • اما باتری خودروی برقی فقط می‌تواند برق DC را ذخیره کند. بنابراین، خودروهای مجهز به یک قطعه داخلی به نام شارژر داخلی (On-Board Charger – OBC) هستند.
   • شارژر داخلی (OBC) وظیفه دارد برق AC ورودی از شبکه برق را به برق DC تبدیل کرده و سپس این برق DC را با ولتاژ و جریان مناسب برای شارژ باتری به سیستم مدیریت باتری (BMS) ارسال کند.
   • سرعت شارژ AC توسط توان خروجی شارژر (مثلاً ۳.۷، ۷.۴، ۱۱ یا ۲۲ کیلووات) و محدودیت توان شارژر داخلی (OBC) خودرو تعیین می‌شود. به همین دلیل، شارژ AC معمولاً کندتر از شارژ DC است.

2. شارژ DC (DC Charging / شارژ سریع DC):

   • این روش برای شارژ سریع خودرو در زمان کوتاه طراحی شده است و معمولاً در ایستگاه‌های شارژ عمومی پرقدرت یافت می‌شود.
   • در این روش، فرآیند تبدیل برق AC شبکه به برق DC مورد نیاز باتری، خارج از خودرو و در خود ایستگاه شارژ انجام می‌شود. به همین دلیل، این ایستگاه‌ها بسیار بزرگ‌تر و گران‌تر از شارژرهای AC هستند.
   • برق DC با ولتاژ و جریان بسیار بالا مستقیماً از ایستگاه شارژ به پورت شارژ سریع DC خودرو و سپس به سیستم مدیریت باتری (BMS) و باتری خودروی برقی ارسال می‌شود و شارژر داخلی (OBC) در این فرآیند دخالتی ندارد و عملاً بای‌پس می‌شود.
   • سرعت شارژ DC توسط توان خروجی ایستگاه (مثلاً ۵۰ کیلووات، ۱۵۰ کیلووات، ۳۵۰ کیلووات و بالاتر) و قابلیت پذیرش توان توسط باتری خودروی برقی و سیستم مدیریت باتری (BMS) خودرو تعیین می‌شود.

سایر مبدل‌های AC/DC در خودروهای برقی

• اینورتر (Inverter): همانطور که در مدخل مربوطه توضیح داده شد، اینورتر وظیفه تبدیل برق DC باتری به برق AC برای تغذیه موتور الکتریکی را بر عهده دارد. همچنین در حین ترمز احیاکننده، برق AC تولیدی توسط موتور را به برق DC برای شارژ باتری تبدیل می‌کند.
• مبدل DC به DC (DC-to-DC Converter): این مبدل، برق DC ولتاژ بالای باتری اصلی را به برق DC ولتاژ پایین ۱۲ ولت مورد نیاز برای تغذیه سیستم‌های الکتریکی سنتی خودرو (مانند چراغ‌ها، سیستم صوتی، کامپیوترهای کمکی و باتری کمکی ۱۲ ولت) تبدیل می‌کند.

برق AC/DC در بازار خودروی ایران

شبکه برق در ایران مانند اکثر نقاط جهان با برق AC کار می‌کند. شارژرهای خانگی و بسیاری از شارژرهای عمومی که در مراحل اولیه توسعه زیرساخت شارژ خودروی برقی در ایران نصب شده‌اند، شارژرهای AC هستند که نیازمند استفاده از شارژر داخلی (OBC) خودرو برای تبدیل برق به DC هستند.

همچنین، برنامه‌ها و اقداماتی برای نصب ایستگاه‌های شارژ سریع DC در نقاط مختلف کشور، به‌خصوص در کلان‌شهرها و جاده‌های اصلی، در حال انجام است. این ایستگاه‌ها برق AC پرقدرت را از شبکه برق گرفته و در محل به برق DC تبدیل کرده و مستقیماً به باتری خودروهای برقی تحویل می‌دهند. درک این تفاوت به مالکان خودروهای برقی در ایران کمک می‌کند تا نوع شارژر مورد نیاز خود را شناخته و تفاوت سرعت شارژ در مکان‌های مختلف را متوجه شوند.

نتیجه‌گیری

برق AC (جریان متناوب) و برق DC (جریان مستقیم) دو مفهوم اساسی در علوم برق هستند که هر دو نقش حیاتی در عملکرد خودروهای برقی ایفا می‌کنند. برق AC شکل رایج انتقال انرژی از شبکه برق است، در حالی که برق DC شکل ذخیره‌سازی انرژی در باتری‌ها و شکل مورد نیاز برای سیستم‌های الکترونیکی است. تفاوت کلیدی در فرآیند شارژ خودروی برقی در این است که شارژ AC متکی بر شارژر داخلی (OBC) خودرو برای تبدیل به DC است، در حالی که شارژ DC (شارژ سریع) این تبدیل را خارج از خودرو و در خود ایستگاه انجام داده و برق DC را مستقیماً به باتری می‌رساند. شناخت این تفاوت‌ها برای هر کسی که با خودروهای برقی و هیبریدی سروکار دارد، به‌خصوص در بازار خودروی ایران که زیرساخت شارژ در حال توسعه است، ضروری است.