آیا یک شارژر قابل حمل ev می‌تواند در برابر محیط‌های سخت بیرونی مقاومت کند؟

رتبه‌بندی ضد آب IP66: چرا برای شارژرهای قابل حمل بیرونی خودروهای برقی ضروری است؟

IP66 برای محافظت در برابر نفوذ به چه معناست در EVSE؟

رتبه‌بندی IP66 در تجهیزات تامین وسیله نقلیه الکتریکی (EVSE) اهمیت زیادی دارد. اساساً این بدان معناست که این دستگاه‌ها به طور کامل در برابر نفوذ گرد و غبار محافظت شده‌اند و می‌توانند در برابر فشار قوی آب نیز مقاومت کنند. بر اساس استانداردهای بین‌المللی حفاظت در برابر نفوذ، این نوع گواهی‌نامه نشان می‌دهد که شارژرهای قابل حمل EV حتی در شرایط سخت بیرون از ساختمان نیز بدون ایجاد مشکلات الکتریکی، به کار خود ادامه خواهند داد. IP66 واقعاً چه معنایی دارد؟ خُب، این دستگاه‌ها اجازه نمی‌دهند هیچ گونه گرد و غباری به داخل آن‌ها وارد شود و می‌توانند در برابر فشار آب با دبی حدود ۱۰۰ لیتر در دقیقه و تحت فشار تقریباً ۱۰۰ کیلوپاسکال مقاومت کنند. این دقیقاً همان چیزی است که در طوفان‌های شدید بارانی یا هنگام شست‌وشوی چیزی با فشار بالا رخ می‌دهد. بنابراین برای افرادی که نیاز دارند خودروهای خود را به صورت قابل اعتماد شارژ کنند، صرف نظر از شرایط آب و هوایی، تجهیزات با رتبه IP66 قطعاً در شرایط سخت بیرون از ساختمان ارزش در نظر گرفتن دارند.

چگونه IP66 در شرایط واقعی در برابر گرد و غبار و آب محافظت می‌کند

شارژرهای قابل حمل EV با گواهی IP66 برای مقابله با دو تهدید عمده محیطی طراحی شده‌اند:

• مقاومت در برابر گرد و غبار : محفظه‌های کاملاً درزبندی‌شده از ورود ذرات ریز مانند شن و خاک به مدارهای حساس جلوگیری می‌کنند و احتمال اتصال کوتاه را به حداقل می‌رسانند.
• استحکام در برابر آب : واشرهای تقویت‌شده و مسیرهای زهکشی استراتژیک، اجزای داخلی را حتی در شرایط بارش شدید نیز محافظت می‌کنند.

در آزمایش‌های واقعی، شارژرهای IP66 در ۹۸٪ مواقع در شرایط بارش حفظ عملکرد مناسب می‌کنند و در محیط‌های گرد و غبار مانند بیابان‌ها یا مناطق ساخت‌وساز، ۴۰٪ بهتر از مدل‌های با رتبه پایین‌تر عمل می‌کنند.

مقایسه IP66 با IP54، IP65 و IP67: کدام یک برای استفاده در فضای باز بهتر است؟

درجه‌بندی IP	محافظت در برابر گرد و غبار	مقاومت نسبت به آب	مورد استفاده ایده‌آل
IP54	محدود	ضد پاشش آب	گاراژهای داخلی
IP65	بدون نفوذ گرد و غبار	فشار کم جت‌ها	فضاهای بیرونی پوشیده
IP66	بدون نفوذ گرد و غبار	جت‌های فشار قوی	مناطق ساحلی/خارج از جاده
IP67	بدون نفوذ گرد و غبار	غوطه‌وری (1 متر/30 دقیقه)	اسکله‌های دریایی

هنگام بررسی تجهیزات مورد استفاده در فضای باز، رده‌بندی IP66 معمولاً تعادل خوبی بین مقاومت و هزینه ایجاد می‌کند. این دستگاه‌ها به خوبی در برابر باران مقاوم هستند و همچنین از ورود گرد و غبار جلوگیری می‌کنند که این امر بسیار مفید است، زیرا تهیه دستگاهی با رتبه‌بندی غوطه‌وری کامل (مانند IP67) به معنای پرداخت هزینه‌های اضافی و طراحی‌های پیچیده‌تر است. تحقیقاتی که سال گذشته انجام شده نیز نتایج جالبی داشته است. آنها به میزان خرابی ایستگاه‌های شارژ مختلف در نزدیکی سواحل پرداخته و دریافتند دستگاه‌های IP66 دو برابر دستگاه‌های IP65 عمر می‌کنند. در بلندمدت، این امر در واقع به شرکت‌ها پول قابل توجهی پس می‌دهد. صحبت از صرفه‌جویی حدود هفتصد و چهل هزار دلار توسط شرکت‌های دارای ناوگان بزرگ فقط در عرض پنج سال است.

عملکرد میدانی شارژرهای قابل حمل EV با رتبه IP66 در باران، برف و آب و هوای ساحلی

شارژرهای با رتبه IP66 در محیط‌های شدید عملکرد برجسته‌ای دارند:

• باران : به‌طور قابل اعتمادی در بارش‌های تا 15 میلی‌متر بر ساعت و در دماهای بین 25- تا 50 درجه سانتی‌گراد کار می‌کنند
• برف : در برابر چرخه‌های یخ‌زدگی و آب‌شدن مقاوم هستند و بدون آسیب به پوسته، استانداردهای ایمنی UL 2594 را رعایت می‌کنند
• ریزش شور : پس از 1000 ساعت قرار گرفتن در معرض دمای نمکی، به 95٪ مقاومت در برابر خوردگی دست می‌یابند

داده‌های جمع‌آوری‌شده از مناطق ارتفاعاتی و عملیات دریایی نشان می‌دهد که این شارژرها دارای 99.2٪ آماده‌به‌کار سالانه هستند که 35٪ بالاتر از گزینه‌های غیرمعتبر است؛ این عملکرد بی‌نقص بخاطر آب‌بندی دو لایه از جنس سیلیکون و استفاده از پلاستیک‌های حرارتی مرغوب نظامی ممکن شده است.

چالش‌های محیطی: نحوه تأثیر آب‌وهوا بر قابلیت اطمینان شارژرهای قابل حمل EV

تأثیر باران و رطوبت بر ایمنی و کارایی فرآیند شارژ

ورود آب به ایستگاه‌های شارژ می‌تواند به تجهیزات آسیب جدی وارد کند و اغلب منجر به مشکلات عایق‌بندی و نقصان‌های خطرناک زمینی می‌شود. هنگامی که به مناطقی با رطوبت بالا و پایدار نگاه می‌کنیم، واحدهایی که حفاظت مناسبی ندارند به دلیل خوردگی تماس‌ها و تجمع رطوبت درونی، حدود ۴٫۷ درصد افزایش در خرابی‌های الکتریکی را تجربه می‌کنند. امروزه سازندگان شروع به استفاده از تکنیک‌ها و مواد بهتر در درزگیری و دفع آب کرده‌اند. با این حال، اگر یک شارژر رتبه IP66 یا بالاتر نداشته باشد، باران شدید می‌تواند به مرور زمان سرعت شارژ را تا ۱۸ درصد کاهش دهد. این کاهش عملکرد برای اپراتورها که به خدمات قابل اعتماد حتی در شرایط آب و هوایی نامناسب نیاز دارند، اهمیت زیادی دارد.

عملکرد در برف و دمای انجماد: خطرات و محدودیت‌ها

وقتی هوا واقعاً سرد می‌شود، هم خود شارژر و هم نحوه عملکرد باتری‌ها تحت تأثیر قرار می‌گیرند. باتری‌های لیتیوم یونی در دماهای حدود منفی ۳۰ درجه سانتی‌گراد (که معادل تقریباً منفی ۲۲ درجه فارنهایت است) شروع به رفتار متفاوت می‌کنند. این باتری‌ها برای گرم کردن خود مقداری انرژی مصرف می‌کنند و این امر باعث می‌شود که کل فرآیند شارژ تقریباً ۳۵ تا ۴۰ درصد کم‌کارآمدتر از حالت عادی باشد. همچنین، متصل‌کننده‌ها تمایل به یخ‌بستن دارند که این امر انتقال صحیح برق را مختل می‌کند. هر بار که چیزی یخ می‌زند و سپس ذوب می‌شود، درزگیرهای کوچک اطراف پوسته به تدریج خراب می‌شوند. برخی از شارژرهای پیشرفته سعی می‌کنند این مشکل را با دسته‌های گرمایشی ویژه و نرم‌افزارهای هوشمندی که با شرایط سرد سازگار می‌شوند، رفع کنند. اما بیایید صادق باشیم، بیشتر مدل‌های معمولی مصرف‌کننده زمانی که دما به زیر حدود منفی ۱۰ درجه سانتی‌گراد (معادل ۱۴ درجه فارنهایت) برسد، عملکرد خوبی نخواهند داشت.

رطوبت بالا و تشکیل قطرات آب: تهدیدهای پنهان برای قطعات الکتریکی

در مناطق گرمسیری و ساحلی، رطوبت مداوم و هوای حاوی نمک تخریب قطعات را تسریع می‌کند. برد کنترل بدون محافظت در معرض رطوبت بالای 80٪ می‌تواند ظرف 90 روز نقاط خوردگی ایجاد کند. شارژرهای پیشرفته با استفاده از الکترونیک با پوشش هماهنگ و دریچه‌های تنفسی که رطوبت را خارج می‌کنند در عین حال که از گرد و غبار محافظت می‌کنند، این اثرات را خنثی می‌سازند.

مدیریت حرارتی و محدودیت‌های دمایی عملیاتی در شارژرهای قابل حمل خودروهای برقی

تأثیر گرمای و سرمای شدید بر عملکرد شارژر و باتری

شارژرهای قابل حمل خودروهای برقی که برای استفاده در فضای باز طراحی شده‌اند، باید بتوانند دماهای بسیار شدیدی را از حدود منفی ۳۰ درجه سانتی‌گراد (تقریباً منهای ۲۲ درجه فارنهایت) تا ۵۰ درجه سانتی‌گراد (که معادل تقریباً ۱۲۲ درجه فارنهایت است) تحمل کنند. اکثر باتری‌های لیتیوم-یون در دمایی بین ۲۰ تا ۲۵ درجه سانتی‌گراد (حدود ۶۸ تا ۷۷ درجه فارنهایت برای کسانی که هنوز با واحد فارنهایت فکر می‌کنند) بهترین عملکرد را دارند. وقتی هوای بیرون بسیار داغ می‌شود، پدیده‌ای درون این باتری‌ها رخ می‌دهد که به آن افزایش مقاومت داخلی گفته می‌شود و این امر می‌تواند کارایی شارژ را تا ۱۵ تا ۲۰ درصد کاهش دهد، همان‌طور که مطالعات اخیر نشان داده‌اند. از سوی دیگر، در شرایط یخبندان و زیر صفر، ظرفیت باتری به‌صورت موقت تا حدود ۳۰ درصد کاهش می‌یابد، همان‌طور که در تحقیقات EnrgTech در سال ۲۰۲۴ اشاره شده است. قرار گرفتن مداوم در این دماهای شدید نه تنها باعث افزایش زمان شارژ می‌شود، بلکه موجب تسریع در فرسودگی سلول‌های باتری در طول زمان می‌گردد؛ بنابراین عمر تجهیزات در فضای باز دو تا سه سال کمتر از حالتی است که در محیط داخلی نگهداری شوند و نوسانات دمایی در آنجا شدید نباشد.

طراحی خنک‌کنندگی و پراکندگی حرارت در شارژرهای برقی مدرن با قابلیت استفاده در فضای باز

برای مدیریت بارهای حرارتی، شارژرهای پیشرفته از موارد زیر استفاده می‌کنند:

• پوسته‌های آلیاژ آلومینیوم با هیت سینک‌های یکپارچه
• فن‌های هوشمند که در دمای ۴۰ درجه سانتی‌گراد (۱۰۴ درجه فارنهایت) فعال می‌شوند
• مواد تغییر فاز که حرارت اضافی را در حین شارژ سریع جذب می‌کنند

مطالعه مدیریت حرارتی سال ۲۰۲۴ نشان داد که ترکیب خنک‌سازی غیرفعال با مدولاسیون توان انطباقی، دمای حداکثر کارکرد را در حین شارژ ۲۴۰ ولت تا ۲۸٪ کاهش می‌دهد. این روش از گرمایش بیش از حد جلوگیری می‌کند و در عین حال سرعت شارژ را حفظ می‌کند — که برای کاربران در مناطق گرم که به شارژ سریع نیاز دارند، ضروری است.

محدوده دمایی ایمن برای شارژ قابل اعتماد در فضای باز

آزمایش‌های واقعی نشان می‌دهد که تقریباً یکی از هر چهار شارژر قابل حمل خودروی برقی، زمانی که دما به زیر نقطه انجماد یعنی منفی ده درجه سانتی‌گراد (حدود ۱۴ درجه فارنهایت) برسد، دیگر به درستی کار نمی‌کند. به همین دلیل امروزه بیشتر تولیدکنندگان هشدارهای واضح دمایی را مستقیماً روی محصولات خود قرار می‌دهند. به طور کلی، دستگاه‌های با کیفیت بالا در محدوده دمایی بین منفی بیست تا پنجاه و پنج درجه سانتی‌گراد (از ۴- تا ۱۳۱ فارنهایت) به خوبی کار می‌کنند، اما در هر دو انتهای این محدوده عملکرد آن‌ها به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد و سرعت شارژ را بسته به شرایط، بین یک چهارم تا نصف کاهش می‌دهد. اکثر متخصصان صنعت در واقع استفاده از سیستم‌های شارژ سریع DC را در دماهای بالای ۴۵ درجه سانتی‌گراد (حدود ۱۱۳ فارنهایت) توصیه نمی‌کنند، زیرا این امر می‌تواند به طور دائمی باطری‌ها را خراب کند. تقریباً نه دهم از مدل‌های جدید عرضه شده در سال ۲۰۲۴ دارای سیستم نظارت دمای داخلی هستند که در صورت گرمای بیش از حد دستگاه، فرآیند شارژ را به طور خودکار متوقف می‌کنند.

ایمنی و انطباق: اطمینان از استفاده ایمن از شارژرهای قابل حمل خودروهای الکتریکی در فضای باز

کاهش خطرات الکتریکی ناشی از رطوبت و عوامل محیطی

درزگیرهای دارای رتبه IP66 همراه با مواد کامپوزیتی که در برابر خوردگی مقاوم هستند، به‌صورت ترکیبی مانع نفوذ یون‌ها به اتصالات ترمینال می‌شوند و این امر باعث حفظ عایق‌بندی مناسب سیستم‌های الکتریکی می‌گردد. از نظر مدیریت آب، چنل‌های تخلیه خودکار تقریباً بلافاصله پس از تماس فعال می‌شوند و معمولاً ظرف حدود ۱۵ ثانیه آب جمع‌شده را تخلیه می‌کنند. در همین حال، موانع دی‌الکتریک تقویت‌شده قادر به تحمل بیش از ۱٫۵ کیلوولت ولتاژ عایق‌بندی حتی در شرایط مرطوب هستند. این مقدار در واقع طبق یافته‌های اخیر مؤسسه ایمنی خودروی الکتریکی در سال ۲۰۲۴، ۳۴ درصد بالاتر از حداقل استاندارد IEC 61851-1 است. تمام این عناصر طراحی تفاوت چشمگیری در ایمنی در شرایط آب‌وهوایی سخت مانند باران شدید یا طوفان‌های برف ایجاد می‌کنند که در آن تجهیزات معمولی ممکن است دچار خرابی شوند.

حفاظت در برابر خطای زمین و استانداردهای عایق‌بندی در طراحی تجهیزات شارژ خارجی خودروهای الکتریکی (EVSE)

آخرین شارژرهای قابل حمل خودروهای برقی (EV) مجهز به سیستم تشخیص نشتی زمین هستند که به نشتی‌های تنها ۵ میلی‌آمپری واکنش نشان می‌دهد، بدین معنا که قطع‌کننده‌های آنها حدود ۳۰ درصد سریع‌تر از حداقل استاندارد تعیین‌شده توسط مقررات ملی برق برای سال ۲۰۲۳ عمل می‌کنند. کابل‌های این دستگاه‌ها دارای دو لایه عایق هستند که در آزمایش‌های مواجهه با مه نمکی تحمل ولتاژ ۱۶ کیلوولت بر میلی‌متر را دارند — ویژگی بسیار مهمی اگر کسی قصد شارژ کردن در نواحی ساحلی یا مناطق مرطوب را داشته باشد. آزمایشگاه‌های مستقل نیز این موضوع را بررسی کرده‌اند و دریافته‌اند که این ویژگی‌های ایمنی مشکلات مربوط به شارژ در فضای باز را در مقایسه با مدل‌های ارزان‌تر و غیرمعتبر موجود در بازار امروزی تقریباً ۸۰ درصد کاهش می‌دهند.

تعادل بین قابلیت حمل و ایمنی: چالش صنعت در ساخت شارژرهای بادوام EV

برخی از طرح‌های جدیدتر شامل پوسته‌های آلیاژ منیزیم هستند که شبیه به موادی هستند که در ساخت هواپیماها استفاده می‌شوند. این پوسته‌ها تنها حدود ۲٫۱ کیلوگرم وزن دارند، اما همچنان استاندارد IK10 را برای مقاومت در برابر ضربه رعایت می‌کنند. محصولاتی که تحت استاندارد UL 2594 تأیید شده‌اند نیز نتایج قابل توجهی دارند و حتی پس از ۵۰۰ چرخه انجماد و ذوب، همچنان ۹۸ درصد مقاومت در برابر رطوبت را حفظ می‌کنند. این امر عملاً مشکل قدیمی اینکه یک وسیله یا باید سبک باشد یا باید محکم، اما نه هر دو، را حل می‌کند. با این حال معایبی نیز وجود دارد؛ این مدل‌های درجه یک تمایل دارند حدود ۲۳ درصد فضای بیشتری روی میز نسبت به مدل‌های معمول داخلی اشغال کنند. در واقع این موضوع منطقی است، چرا که تولید چیزی با دوام کافی برای شرایط سخت، مستلزم فضای اضافی برای تمام این ویژگی‌های محافظتی است.

سوالات متداول

در شارژرهای بیرونی خودروهای الکتریکی (EV)، IP66 یعنی چه؟

درجه‌بندی IP66 نشان می‌دهد که یک شارژر کاملاً در برابر گرد و غبار آب‌بندی شده و می‌تواند در برابر فشار شدید جت‌های آب مقاومت کند و بنابراین برای استفاده بیرونی در شرایط مختلف آب و هوایی قابل اعتماد است.

درجه IP66 در مقایسه با سایر درجات مانند IP54، IP65 و IP67 چگونه است؟

IP66 در برابر گرد و غبار و آب محافظت بهتری نسبت به IP54 و IP65 ارائه می‌دهد و بنابراین برای مناطق ساحلی و خارج از جاده مناسب‌تر است، در حالی که IP67 برای تجهیزاتی طراحی شده است که ممکن است در معرض غوطه‌وری قرار گیرند.

آیا شارژر IP66 در دماهای بسیار سرد و گرم کار می‌کند؟

بله، شارژرهای IP66 برای کار در محدوده وسیعی از دماها، از شرایط بسیار سرد تا گرمای شدید طراحی شده‌اند و بنابراین برای انواع آب و هوایی مناسب هستند.

شارژرهای با رتبه IP66 چگونه در برابر رطوبت و رطوبت بالا مقاومت می‌کنند؟

شارژرهای IP66 با الکترونیک با پوشش کانفورمال و سیستم‌های زهکشی ساخته شده‌اند که از تجمع رطوبت جلوگیری کرده و از خوردگی و از دست رفتن عملکرد در محیط‌های مرطوب جلوگیری می‌کنند.