با فناوری شارژ وایرلس خودروهای برقی آشنا شوید

تصور کنید پس از یک روز کاری طولانی، خودروی خود را در پارکینگ پارک می‌کنید و بدون اینکه نیاز باشد حتی از ماشین پیاده شوید یا با کابل‌های سنگین و گاهی کثیف کلنجار بروید، فرآیند سوخت‌رسانی به باتری آغاز می‌شود. این رویایی است که شارژ بی سیم خودرو برقی به واقعیت تبدیل می‌کند. شاید برای بسیاری از ما که به پمپ‌بنزین‌ها یا ایستگاه‌های شارژ کابلی عادت کرده‌ایم، انتقال انرژی از طریق هوا شبیه به جادو به نظر برسد؛ اما این فناوری بر اصول فیزیک و مهندسی دقیقی استوار است که سال‌هاست در ابزارهای کوچک‌تر مانند مسواک‌های برقی استفاده می‌شود.

در این مقاله به شما می‌گوییم که زیر پوسته آسفالت و کف خودرو چه اتفاقی رخ می‌دهد تا انرژی بدون سیم منتقل شود. اگر قصد خرید خودروی الکتریکی دارید یا صرفاً شیفته فناوری‌های نوین هستید، درک این مکانیزم دیدگاه شما را نسبت به آینده حمل‌ونقل تغییر خواهد داد.

شارژ بی سیم خودرو برقی چیست؟

به زبان بسیار ساده، شارژ بی سیم خودرو برقی یا شارژ القایی، روشی است که در آن انرژی الکتریکی بدون نیاز به اتصال فیزیکی کابل و دوشاخه، از شبکه برق به باتری خودرو منتقل می‌شود.

برای اینکه مفهوم را بهتر درک کنید، اجاق‌های گاز صفحه‌ای القایی را در نظر بگیرید. وقتی دستتان را روی این اجاق می‌گذارید، گرما احساس نمی‌کنید (البته اگر ظرف داغ نباشد!)، اما وقتی ماهیتابه مخصوص را روی آن قرار می‌دهید، آب درون آن به جوش می‌آید. انرژی مغناطیسی از صفحه شیشه‌ای عبور کرده و به فلز ماهیتابه می‌رسد. در خودروی برقی هم دقیقاً همین اتفاق می‌افتد: یک صفحه فرستنده روی زمین پارکینگ نصب شده و یک صفحه گیرنده زیر خودرو قرار دارد. انرژی نامرئی بین این دو صفحه جریان می‌یابد، درست مانند شارژ شدن گوشی موبایل وقتی آن را روی پد شارژ وایرلس می‌گذارید، اما در مقیاسی بسیار بزرگ‌تر و قدرتمندتر.

شارژ بی سیم چگونه کار می‌کند؟

حالا که با مفهوم کلی آشنا شدید، وقت آن رسیده که لایه‌های فنی را کنار بزنیم. اساس کار سیستم‌های شارژ بی سیم مدرن بر پایه «تشدید مغناطیسی» یا «القا الکترومغناطیسی» بنا شده است.

این فرآیند طی چهار مرحله اصلی انجام می‌شود:

1. تامین نیرو و تبدیل فرکانس: برق شهری وارد یک وال باکس می‌شود. از آنجا که فرکانس برق شهری پایین است (۵۰ تا ۶۰ هرتز)، سیستم آن را به جریان متناوب با فرکانس بالا تبدیل می‌کند. این کار برای افزایش کارایی انتقال انرژی ضروری است.
2. ایجاد میدان مغناطیسی: جریان فرکانس بالا وارد سیم‌پیچ فرستنده که روی زمین نصب شده، می‌شود. طبق قانون آمپر، عبور جریان از سیم‌پیچ، یک میدان مغناطیسی متغیر در اطراف آن ایجاد می‌کند.
3. دریافت انرژی: خودروی برقی شما که مجهز به یک سیم‌پیچ گیرنده در کف خود است، روی پد زمینی قرار می‌گیرد. میدان مغناطیسی متغیرِ ایجاد شده توسط زمین، سیم‌پیچ خودرو را قطع می‌کند و طبق قانون فارادی، باعث القای جریان الکتریکی در سیم‌پیچ خودرو می‌شود.
4. یکسو‌سازی و ذخیره: جریان القا شده در خودرو از نوع متناوب است، اما باتری خودرو برای شارژ شدن به جریان مستقیم نیاز دارد. بنابراین، یک مبدل داخلی یا همان شارژر آنبورد این جریان را به DC تبدیل کرده و به باتری می‌فرستد.

یکی از چالش‌های فنی این سیستم، قرارگیری دقیق دو سیم‌پیچ روی یکدیگر است. اگر خودرو را کج پارک کنید و سیم‌پیچ‌ها کاملاً روی هم نباشند، راندمان به شدت افت می‌کند. البته سیستم‌های جدید از فناوری «تشدید مغناطیسی» استفاده می‌کنند که حتی با کمی عدم تطابق (مثلاً ۱۰ تا ۱۵ سانتی‌متر خطا) همچنان انرژی را با راندمان بالا منتقل می‌کنند.

انواع سیستم‌های شارژ وایرلس خودرو برقی

فناوری شارژ بی سیم خودرو برقی تنها به پارکینگ خانه محدود نمی‌شود. مهندسان سه نوع اصلی برای این سیستم در نظر گرفته‌اند:

۱. شارژ ایستایی

این رایج‌ترین نوع است که در حال حاضر تجاری‌سازی شده. خودرو باید در حالت توقف کامل باشد (مثلاً در پارکینگ خانه یا محل کار). راننده خودرو را روی پد پارک می‌کند و شارژ آغاز می‌شود.

۲. شارژ شبه‌دینامیک

این روش برای مکان‌هایی طراحی شده که خودروها توقف‌های کوتاه و مکرر دارند، مانند ایستگاه‌های اتوبوس، تاکسی‌رانی یا پشت چراغ قرمزها. در این فواصل کوتاه، سیستم پالس‌های انرژی قدرتمندی به باتری می‌فرستد تا شارژ آن را در طول روز حفظ کند.

۳. شارژ دینامیک

این قله‌ی آرزوهای مهندسی خودرو است. در این روش، سیم‌پیچ‌ها در طول جاده و زیر آسفالت بزرگراه‌ها نصب می‌شوند. خودرو در حال حرکت با سرعت بالا (مثلاً ۱۰۰ کیلومتر بر ساعت) شارژ دریافت می‌کند. این یعنی خداحافظی با نگرانی بابت اتمام شارژ و امکان استفاده از باتری‌های کوچک‌تر و سبک‌تر در خودروها.

مزایا و معایب شارژ بی سیم

هیچ فناوری‌ای کامل نیست. برای درک بهتر ارزش شارژ بی سیم خودرو برقی، باید نگاهی واقع‌بینانه به نقاط قوت و ضعف آن بیندازیم.

مزایا

بزرگترین مزیت، حذف دخالت انسان است. دیگر نیازی به باز کردن صندوق، برداشتن کابل، کثیف شدن دست‌ها و اتصال دوشاخه نیست. از آنجا که هیچ اتصال فلزی و الکتریکی در معرض هوا وجود ندارد، خطر جرقه، برق‌ گرفتگی در باران یا برف، و فرسایش کانکتورها (سوکت‌ها) به صفر می‌رسد. پدها کاملاً در برابر آب و گرد و غبار عایق‌بندی شده‌اند.

این فناوری از نظر بصری هم زیبایی دارد. حذف ایستگاه‌های شارژ ستونی و کابل‌های آویزان، چهره شهر و پارکینگ‌ها را منظم‌تر می‌کند. همچنین خودروهای خودران برای اینکه کاملاً مستقل باشند، نباید برای سوخت‌گیری منتظر انسان بمانند. شارژ بی سیم حلقه گمشده برای اتوماسیون کامل ربات‌تاکسی‌ها است.

معایب

نصب تجهیزات زیرساختی (پد زمینی و سیم‌کشی) و تجهیز خودرو به گیرنده، فعلاً گران‌تر از شارژرهای معمولی تمام می‌شود. اتلاف شارژ هم بخشی جدا نشدنی از فرایند شارژ بی‌سیم است. در بهترین سیستم‌های کابلی، راندمان حدود ۹۵ تا ۹۹ درصد است. در شارژ بی سیم، به دلیل فاصله هوایی، این راندمان معمولاً بین ۸۵ تا ۹۳ درصد متغیر است. این یعنی مقداری از برق به صورت گرما هدر می‌رود.

در حال حاضر، اکثر شارژرهای بی سیم تجاری توانی بین ۳.۶ تا ۱۱ کیلووات دارند. هنوز امکان استفاده گسترده از شارژهای فوق سریع DC (مانند ۱۵۰ کیلووات) به صورت بی سیم و مقرون‌به‌صرفه فراهم نشده است. بنابراین اگر در سفر هستید و به سرعت شارژ بالا نیاز دارید، فعلاً باید روی شبکه شارژرهای سریع (DC) حساب کنید که موقعیتشان روی نقشه مشخص است.

اگر جسمی فلزی (مانند سکه یا قوطی کنسرو) بین دو پد قرار گیرد، ممکن است داغ شود. (البته سیستم‌های پیشرفته دارای تشخیص اشیاء خارجی یا FOD هستند که در این شرایط شارژ را قطع می‌کنند).

ویژگی	شارژ کابلی	شارژ بی سیم
نیاز به دخالت کاربر	دارد (اتصال دستی)	ندارد (خودکار)
راندمان انتقال انرژی	بسیار بالا (تا ۹۹٪)	خوب (۸۵٪ تا ۹۳٪)
هزینه نصب و تجهیزات	متوسط	بالا
ایمنی در برابر آب و هوا	خوب (با استاندارد IP)	عالی (کاملاً ایزوله)
سرعت شارژ متداول	از ۳ کیلووات تا ۳۵۰ کیلووات	۳.۶ کیلووات تا ۱۱ کیلووات (فعلاً)

فراگیری شارژر وایرلس خودرو در جهان

برای اینکه دیدگاه درستی نسبت به جایگاه این فناوری داشته باشیم، باید بدانیم شارژ بی سیم خودرو برقی در کجای منحنی تکامل قرار دارد. آیا این تکنولوژی هم‌اکنون در دسترس همه است یا هنوز در مرحله آزمون و خطاست؟

در کشورهایی مانند انگلستان، سوئد و آلمان، پروژه‌هایی برای شارژ بی سیم تاکسی‌های شهری اجرا شده است. در این طرح‌ها، تاکسی‌ها در صف انتظار مسافر، به صورت خودکار شارژ می‌شوند. همچنین در شهر دیترویت آمریکا، اولین خیابان مجهز به شارژ دینامیک (شارژ حین حرکت) به صورت آزمایشی افتتاح شده است.

برندهای لوکس مانند بی‌ام‌و اولین خودروسازانی بودند که این سیستم را به صورت آپشن محدود روی مدل 530e عرضه کردند. برند جنسیس نیز مدل GV60 را با قابلیت آمادگی برای شارژ بی سیم در کره جنوبی آزمایش کرده است. اخیراً شایعات و ثبت اختراعاتی از سوی تسلا نشان می‌دهد که این شرکت برای پروژه «ربات‌تاکسی» خود، حساب ویژه‌ای روی شارژ بی سیم باز کرده است.

چین به عنوان بزرگترین بازار خودروهای برقی، استاندارد ملی خود را برای شارژ بی سیم تدوین کرده و شرکت‌های چینی نظیر FAW و IM Motors در حال عرضه مدل‌هایی با این قابلیت به صورت تجاری هستند.

در کشور ما، ایران، داستان کمی متفاوت است. با توجه به اینکه زیرساخت‌های اولیه شارژ (مانند ایستگاه‌های شارژ سریع DC) هنوز در حال توسعه و گسترش هستند، شارژ بی سیم فعلاً در اولویت تجاری‌سازی انبوه قرار ندارد، اما از نظر علمی مغفول نمانده است.

با ورود خودروهای برقی جدید چینی به بازار ایران، اگر این خودروها در مبدأ به سیستم شارژ بی سیم مجهز باشند، احتمال ورود محدود این تکنولوژی به پارکینگ‌های لوکس شخصی در سال‌های آینده وجود دارد؛ اما بعید است که تا ۵ سال آینده شاهد ایستگاه‌های عمومی شارژ بی سیم در سطح شهرهای ایران باشیم. با این حال، توسعه زیرساخت‌های کابلی متوقف نشده است؛ شما می‌توانید لیست ایستگاه‌های فعال فعلی را در سراسر کشور روی نقشه مشاهده کنید.

استانداردهای جهانی و ایمنی

شاید بپرسید “آیا امواج مغناطیسی این شارژرها برای سلامتی مضر نیست؟” یا “آیا گربه من اگر زیر ماشین برود آسیب می‌بیند؟”

انجمن مهندسان خودرو (SAE) استانداردی جهانی برای شارژ وایرلس خودرو برقی تدوین کرده است. این استاندارد تضمین می‌کند که سیستم‌های ساخت شرکت‌های مختلف با هم سازگار باشند و ایمنی لازم را داشته باشند.

همچنین میدان مغناطیسی تولید شده بسیار متمرکز است و فقط در فاصله کوتاه بین دو پد وجود دارد. میزان تشعشعات در اطراف خودرو بسیار ناچیز و کمتر از حد مجاز استانداردهای بین‌المللی (ICNIRP) است. در واقع، این میدان‌ها از نظر قدرت مشابه میدان‌های وسایل برقی خانگی هستند.

سیستم‌های پیشرفته علاوه بر تشخیص اشیاء فلزی، مجهز به سنسورهای تشخیص موجود زنده هستند. اگر حیوان خانگی یا کودکی به فضای زیر خودرو نزدیک شود، سیستم بلافاصله شارژ را متوقف می‌کند.

جمع‌بندی

فناوری شارژ بی سیم خودرو برقی، قطعه‌ای گمشده از پازل راحتی در استفاده از خودروهای الکتریکی است. اگرچه امروز ممکن است به عنوان یک ویژگی لوکس و گران‌قیمت شناخته شود، اما با پیشرفت تکنولوژی و کاهش هزینه‌ها، پتانسیل تبدیل شدن به استاندارد اصلی شارژ را دارد. تصور جاده‌هایی که خودروها را حین حرکت شارژ می‌کنند، دیگر علمی-تخیلی نیست، بلکه یک پروژه مهندسی در حال توسعه است.

سوالات متداول