شارژ DC / شارژ سریع (DC charging / Fast Charging)

شارژ DC (DC Charging)، که به آن شارژ سریع (Fast Charging) یا شارژ سریع DC (DC Fast Charging – DCFC) نیز گفته می‌شود، روشی برای شارژ خودروهای برقی (EVs) و هیبریدی‌های پلاگین (PHEVs) با توان بسیار بالا است که هدف اصلی آن کاهش چشمگیر زمان مورد نیاز برای افزودن برد پیمایش (Range) به خودرو است. این روش برخلاف شارژ AC (AC charging)، برق DC (جریان مستقیم) را مستقیماً به باتری خودروی برقی تحویل می‌دهد و از شارژر داخلی (On-Board Charger – OBC) خودرو عبور نمی‌کند. شارژ سریع DC برای فعال کردن سفرهای طولانی با خودروهای برقی و کاهش اضطراب برد (Range Anxiety) حیاتی است.

نحوه کارکرد شارژ DC / شارژ سریع

تفاوت کلیدی بین شارژ DC و شارژ AC در این است که فرآیند تبدیل برق AC شبکه برق به برق DC مورد نیاز باتری، در کجا انجام می‌شود:

1. منبع و تبدیل خارجی: در شارژ DC، یک مبدل قدرتمند AC به DC در خارج از خودرو و در خود ایستگاه شارژ سریع DC (DC Fast Charging Station) قرار دارد. این مبدل، برق AC ولتاژ بالا را مستقیماً از شبکه برق دریافت کرده و آن را به برق DC با ولتاژ و جریان مناسب تبدیل می‌کند.
2. تحویل مستقیم به باتری: برق DC پرقدرت تبدیل شده از ایستگاه شارژ، از طریق پورت شارژ اختصاصی DC بر روی خودرو (مانند پورت‌های CCS، CHAdeMO، GB/T DC، یا پورت تسلا با آداپتور) و یک کابل ضخیم مخصوص، مستقیماً به باتری خودروی برقی (تحت نظارت سامانه مدیریت باتری – BMS) تحویل داده می‌شود. در این روش، شارژر داخلی (OBC) خودرو که برای شارژ AC استفاده می‌شود، کاملاً بای‌پس شده و در فرآیند شارژ دخالتی ندارد.

سرعت و توان شارژ DC

شارژ سریع DC به دلیل توان‌های بسیار بالاتری که ارائه می‌دهد، به مراتب سریع‌تر از شارژ AC است. توان شارژ سریع DC معمولاً از ۵۰ کیلووات (kW) آغاز می‌شود و می‌تواند به ۱۵۰ کیلووات، ۳۵۰ کیلووات (شارژ پرقدرت – HPC) و حتی در آینده به مگاوات (برای وسایل نقلیه سنگین) برسد.

سرعت واقعی شارژ DC توسط چندین عامل محدود می‌شود:

• حداکثر توان خروجی ایستگاه شارژ سریع DC.
• حداکثر توان شارژ DC قابل پذیرش توسط خود باتری خودروی برقی (که توسط سازنده و بر اساس طراحی باتری و سامانه مدیریت حرارتی باتری – BTMS) تعیین می‌شود.
• وضعیت شارژ (SOC) باتری؛ سرعت شارژ معمولاً در ابتدا بالا است و با افزایش SOC (به‌خصوص پس از حدود ۸۰ درصد)، به تدریج کاهش می‌یابد تا از باتری محافظت شود.
• دمای باتری و سلامت کلی آن (عمر باتری). سامانه مدیریت حرارتی باتری (BTMS) نقش حیاتی در مدیریت دمای باتری در حین شارژ سریع ایفا می‌کند تا امکان شارژ با توان بالا فراهم شود.

اهمیت شارژ سریع DC

• امکان‌پذیر ساختن سفرهای طولانی: شارژ سریع DC به رانندگان اجازه می‌دهد در فواصل بین‌شهری، با توقف‌های نسبتاً کوتاه (مثلاً ۲۰ تا ۴۰ دقیقه)، مقدار قابل توجهی برد پیمایش به خودروی خود اضافه کنند و به مقصد برسند.
• کاهش اضطراب برد: با وجود امکان افزودن سریع برد در مسیر، نگرانی از تمام شدن شارژ باتری در مسافت‌های طولانی کاهش می‌یابد.
• افزایش راحتی: برای رانندگانی که امکان شارژ طولانی‌مدت در منزل یا محل کار با شارژ AC را ندارند، شارژ سریع یک راهکار مناسب برای تأمین انرژی مورد نیاز است.
• کاربرد در ناوگان‌ها: ضروری برای خودروهای ناوگان، تاکسی‌ها و خودروهای باری که نیاز به زمان توقف کوتاه برای شارژ دارند.

محدودیت‌های شارژ سریع DC

• هزینه بالا: ایستگاه‌های شارژ سریع DC به دلیل نیاز به مبدل‌های پرقدرت و زیرساخت قوی، بسیار گران‌تر از شارژرهای AC هستند.
• هزینه استفاده: معمولاً شارژ با شارژ سریع DC گران‌تر از شارژ با شارژرهای AC خانگی است (بر حسب کیلووات ساعت مصرفی).
• تأثیر بر باتری: شارژ با توان بسیار بالا می‌تواند گرمای بیشتری در باتری تولید کرده و در صورت عدم مدیریت صحیح توسط BTMS و BMS، در بلندمدت بر عمر باتری تأثیر منفی بگذارد. به همین دلیل توصیه می‌شود در صورت امکان، شارژ AC برای شارژ روزمره استفاده شود.
• نیاز به زیرساخت قوی برق: ایستگاه‌های شارژ سریع DC نیازمند اتصال به شبکه برق با ظرفیت بالا در محل نصب هستند.
• گسترش محدودتر شبکه: شبکه ایستگاه‌های شارژ سریع DC هنوز به گستردگی شبکه شارژرهای AC نیست، به‌خصوص در مناطق خارج از شهر.

ارتباط با خودروهای برقی و هیبریدی

شارژ سریع DC برای کاربردی بودن خودروهای برقی تمام باتری‌دار (BEVs)، به‌خصوص برای سفرهای طولانی، حیاتی است. قابلیت شارژ سریع DC یکی از مشخصات فنی کلیدی هر خودروی برقی است و حداکثر توان شارژ DC قابل پذیرش آن (بر حسب کیلووات) و همچنین منحنی شارژ (سرعت شارژ در سطوح مختلف SOC) برای مالکان بسیار مهم است. هیبریدی‌های پلاگین (PHEVs) نیز در صورت داشتن قابلیت مربوطه، می‌توانند از شارژ سریع DC استفاده کنند، هرچند به دلیل باتری کوچک‌تر، زمان شارژ آن‌ها کوتاه‌تر است.

شارژ DC / شارژ سریع در زیرساخت شارژ خودروهای برقی در ایران

توسعه ایستگاه‌های شارژ سریع DC در ایران در حال انجام است و بخشی از زیرساخت شارژ خودروی برقی در ایران را تشکیل می‌دهد. این ایستگاه‌ها عمدتاً در شهرهای بزرگ و در مسیرهای بین‌شهری کلیدی در حال نصب هستند تا امکان سفرهای طولانی‌تر را برای مالکان خودروهای برقی وارداتی به ایران فراهم کنند.

با این حال، تعداد و پراکندگی این ایستگاه‌ها هنوز در تمام نقاط ایران کافی نیست و ممکن است مالکان خودروهای برقی در ایران برای دسترسی به شارژ سریع در برخی مناطق با چالش روبرو شوند. آگاهی از محل دقیق ایستگاه‌های شارژ سریع DC و اطمینان از سازگاری کانکتور خودرو (مانند CCS، CHAdeMO) با ایستگاه‌های موجود در ایران ضروری است. وجود و دسترسی به این ایستگاه‌ها نقش مستقیمی در کاهش اضطراب برد در ایران برای مالکان خودروهای برقی دارد. هزینه‌ی شارژ در این ایستگاه‌ها نیز عاملی است که باید در نظر گرفته شود. همچنین نیاز به تأمین برق با ظرفیت بالا برای این ایستگاه‌ها، ملاحظاتی را برای شبکه برق ایران ایجاد می‌کند.

نتیجه‌گیری

شارژ DC، یا شارژ سریع (Fast Charging)، روشی پرقدرت برای شارژ خودروهای برقی و هیبریدی پلاگین است که با تبدیل برق AC به DC در خود ایستگاه شارژ و تحویل مستقیم آن به باتری، امکان افزودن سریع برد پیمایش را فراهم می‌کند. این روش برای فعال کردن سفرهای طولانی و کاهش اضطراب برد ضروری است، اما نسبت به شارژ AC گران‌تر بوده و نیاز به زیرساخت پرهزینه‌تری دارد. شارژ سریع DC در حال توسعه در ایران به عنوان بخشی از زیرساخت شارژ خودروی برقی است و نقش مهمی در افزایش کاربردپذیری خودروهای برقی در بازار ایران ایفا می‌کند، هرچند دسترسی به آن هنوز در تمام نقاط کافی نیست.