آیا شارژر EV نوع 2 از تابع شارژ سریع پشتیبانی می‌کند؟

شارژر EV نوع 2 چیست — استانداردها، طراحی و قابلیت‌های الکتریکی

هماهنگی با IEC 62196-2: پیکربندی پین، ولتاژ (230/400 ولت) و گزینه‌های فاز (تک‌فاز در مقابل سه‌فاز)

شارژر EV نوع 2 مطابق با استاندارد بین‌المللی شناخته‌شده IEC 62196-2 استاندارد، چیدمان هفت پین کانکتور و الزامات ایمنی عملکردی آن را تعریف می‌کند. طراحی آن از تغذیه AC تک‌فاز (230 ولت) و سه‌فاز (400 ولت) پشتیبانی می‌کند — که باعث انعطاف‌پذیری در ساختارهای مسکونی، تجاری و عمومی می‌شود.

پین‌های کلیدی شامل:

• L1، L2، L3 : هادی‌های فاز (فعال در سیستم سه‌فاز؛ تنها L1 در سیستم تک‌فاز استفاده می‌شود)
• ن : نول
• PE : زمین حفاظتی (زمین)
• فاراد ظرفیت : پایلوت کنترل — امکان ارتباط دوجانبه بین شارژر و خودرو را برای احراز هویت، مذاکره در مورد توان و خاموش‌سازی ناشی از خطای تشخیص‌داده‌شده فراهم می‌کند
• Pp : پایلوت نزدیکی — درج کانکتور را تشخیص داده و آمادگی برای شارژ را اعلام می‌کند

نصب‌های تک‌فاز نوع ۲ که عمدتاً در محیط‌های مسکونی یافت می‌شوند، هنگام کار در جریان ۳۲ آمپر توانی حدود ۷/۴ کیلووات تأمین می‌کنند. در مقابل، سیستم‌های سه‌فاز که بیشتر در فضاهای تجاری یا ساختمان‌های آپارتمانی دیده می‌شوند، معمولاً بین ۱۱ کیلووات در جریان ۱۶ آمپر تا ۲۲ کیلووات در جریان ۳۲ آمپر قابلیت تحمل دارند. اگرچه از نظر فنی امکان‌پذیر است، سطوح بالاتر جریان مانند ۶۳ آمپر در عمل کاربرد چندانی ندارند، زیرا شارژرهای داخلی اکثر خودروها نمی‌توانند چنین توانی را تحمل کنند و مدارهای برق نیز برای چنین نیازهایی طراحی نشده‌اند. آنچه سیستم‌های سه‌فاز را متمایز می‌کند، مزیت کارایی آن‌هاست. وقتی برق به جای یک فاز روی چندین فاز توزیع می‌شود، رساناها نیز خنک‌تر باقی می‌مانند. برخی آزمایش‌ها نشان می‌دهند که این روش افزایش حرارت را نسبت به اتصالات استاندارد تک‌فاز تقریباً ۴۰ درصد کاهش می‌دهد.

شارژ AC فقط: چرا رابط نوع ۲ ذاتاً رابط شارژ سریع DC نیست

رابطی صرفاً AC , بدون در نظر گرفتن مسیرهای جریان مستقیم ولتاژ بالا. معماری آن به‌طور عمدی از پین‌های قطر بزرگ خنک‌شونده با مایع که برای شارژ مستقیم باتری مورد نیاز هستند، صرف‌نظر کرده است — ویژگی‌هایی که در استانداردهای شارژ سریع مستقیم مانند CCS یا CHAdeMO یافت می‌شوند.

شارژ نوع ۲ به‌صورت متفاوتی کار می‌کند، زیرا این روش به آنچه «شارژر بوردی» یا OBC نامیده می‌شود — که در خود خودرو قرار دارد — وابسته است. این جزء جریان متناوب را از شبکه دریافت کرده و آن را به جریان مستقیم لازم برای باتری تبدیل می‌کند. اما در اینجا یک محدودیت وجود دارد: حتی اگر خودرو به منبع تغذیه سه‌فاز قوی متصل شده باشد، بیشتر سیستم‌های شارژ نوع ۲ نمی‌توانند توانی بیش از حدود ۲۲ کیلووات را انتقال دهند. بررسی طراحی واقعی کابل نیز محدودیت دیگری را آشکار می‌سازد. سیم‌های مسی به‌کاررفته در این کابل‌ها عمدتاً برای تحمل ویژگی‌های حرارتی جریان متناوب طراحی شده‌اند، نه برای انتقال پیوسته جریان‌های مستقیم با شدت بالای ۱۰۰ آمپر. انجام چنین کار سنگینی نیازمند سیستم‌های خنک‌کننده ویژه و لایه‌های عایق بسیار ضخیم‌تر است که در مشخصات استاندارد IEC 62196-2 که این کابل‌ها را تنظیم می‌کند، پیش‌بینی نشده‌اند.

در نتیجه، نوع ۲ به‌طور دقیق در شارژ AC سطح ۲ , که برای شارژ باتری در طول شب، محل کار یا مکان‌های مقصد بهینه‌سازی شده است و نه برای شارژ سریع. برخلاف سیستم‌های سطح ۳ (شارژ سریع مستقیم)، که از مبدل داخلی (OBC) عبور می‌کنند و به‌طور مستقیم ۵۰ تا ۳۵۰ کیلووات را مستقیماً به باتری تحویل می‌دهند، پورت نوع ۲ بر قابلیت همکاری، ایمنی و یکپارچه‌سازی اقتصادی در زیرساخت‌های فعلی AC تأکید دارد.

خروجی توان شارژر الکتریکی نوع ۲ و سرعت‌های شارژ (۳٫۷ تا ۲۲ کیلووات)

محدودیت‌های جریان (۱۶ آمپر تا ۶۳ آمپر) و تأثیر آنها بر تحویل واقعی توان به کیلووات

خروجی توان برای شارژرهای نوع ۲ از فرمول الکتریکی پایه تبعیت می‌کند: ولت × آمپر = وات . با ولتاژهای استاندارد اروپایی — ۲۳۰ ولت (تکفاز) و ۴۰۰ ولت (سه‌فاز) — جریان (آمپر) متغیر اصلی تعیین‌کننده سرعت شارژ است:

• ۱۶ آمپر (تکفاز) — ۳٫۷ کیلووات
• ۳۲ آمپر (تکفاز) — ۷٫۴ کیلووات
• 32 آمپر (سه‌فاز) — 22 کیلووات
• 63 آمپر (سه‌فاز) — تئوریک 43 کیلووات (توسط هیچ OBC خودروی تولیدی EV در سال 2024 پشتیبانی نمی‌شود)

در عمل، تحویل توان واقعی به سه عامل متقابلاً وابسته بستگی دارد:

• ظرفیت OBC خودرو : اکثر خودروهای الکتریکی موجود در بازار تنها تا حداکثر 11 کیلووات (16 آمپر سه‌فاز) یا 22 کیلووات (32 آمپر سه‌فاز) را قبول می‌کنند؛ تعداد کمی از این مقدار فراتر می‌روند.
• زیرساخت الکتریکی محل نصب : فیوزها، قطر کابل‌کشی و فاز تأمین‌شدهٔ در دسترس، محدودیت‌هایی در مورد آنچه می‌توان به‌صورت ایمن نصب کرد ایجاد می‌کنند.
• مدیریت حرارتی : شارژ مداوم با جریان بالا باعث کاهش توان (derating) در شارژر و خودرو برای جلوگیری از گرمایش بیش از حد می‌شود — به‌ویژه در دماهای محیطی بالاتر از 35°C یا پایین‌تر از 5°C.

برای مثال، اگرچه واحد سه‌فاز نوع ۲ با جریان ۶۳ آمپر در برخی مشخصات صنعتی وجود دارد، اما هیچ خودروی الکتریکی مصرف‌کننده‌ای در حال حاضر از آن پشتیبانی نمی‌کند. سقف عملیاتی واقعی همچنان 22 کیلووات است که با قابلیت‌های شارژر داخلی قوی‌ترین خودروها مانند کیا EV6، هیوندای آیونیک ۵ و پولستار ۲ همسو است.

برد اضافه‌شده در هر ساعت: ۱۰ تا ۳۵ کیلومتر بر ساعت — چگونه سیستم مدیریت باتری خودرو بر عملکرد نوع ۲ تأثیر می‌گذارد

رتبه‌بندی توان نوع ۲ در مورد افزایش برد، در ظاهر ممکن است جذاب به نظر برسد، اما در عمل، میزان تحویل انرژی بسیار متغیر است. سیستم مدیریت باتری خودرو نقش بسزایی در این زمینه دارد و به‌طور مداوم نرخ شارژ را تنظیم می‌کند تا از باتری در طول زمان محافظت شود. بدین دلیل، اعداد گرد و زیبايی که برای خروجی کیلووات ارائه می‌شوند، لزوماً همواره به معنای یکسان‌بودن دقیق مقدار کیلومتر اضافی در هر ساعت نیستند. شرایط واقعی بسیار مهم هستند و رانندگان اغلب تجربهٔ واقعی خود را در جایی بین برآوردهای خوش‌بینانه و واقعیت می‌یابند.

عوامل مؤثر کلیدی شامل:

• وضعیت شارژ (SOC) شارژ در سطوح بالای حدود ۸۰٪ ظرفیت باتری (SoC) به‌طور قابل‌توجهی کند می‌شود تا خطر رسوب لیتیوم کاهش یابد. یک شارژر ۲۲ کیلوواتی ممکن است تنها در محدوده ۲۰ تا ۸۰٪ ظرفیت باتری توان کامل را تأمین کند و پس از آن به‌سرعت کاهش یابد.
• دمای باتری سلول‌های لیتیوم‌یون در دمای نزدیک به ۲۵ درجه سانتی‌گراد به‌بهترین شکل کار می‌کنند. در دمای ۰ درجه سانتی‌گراد، ظرفیت دریافت انرژی ۲۰ تا ۳۰ درصد کاهش می‌یابد؛ و در دماهای پایین‌تر از ۱۰- درجه سانتی‌گراد، بسیاری از خودروهای الکتریکی (EV) شارژ را حداکثر تا ۵ کیلووات محدود کرده یا تا اتمام پیش‌گرم‌سازی باتری متوقف می‌کنند.
• بازده تبدیل و سیستم محرک از دست‌دادن انرژی در طول فرآیند تبدیل جریان متناوب (AC) به جریان مستقیم (DC) (۱۰ تا ۱۵ درصد)، ناکارآمدی اینورتر و تنظیم دمایی رخ می‌دهد که منجر به کاهش انرژی قابل‌استفاده خالص می‌شود.

پس با شارژر ۲۲ کیلوواتی نوع ۲ چه اتفاقی می‌افتد؟ خب، در شرایط آزمایشگاهی ایده‌آل، این شارژر می‌تواند به یک خودروی برقی متوسط، حدود ۳۵ کیلومتر شارژ در ساعت بدهد. اما واقعیت داستان دیگری است. در ماه‌های زمستانی یا هنگامی که سعی در پر کردن آخرین درصد شارژ پس از رسیدن به ۸۰٪ ظرفیت باتری دارید، سرعت‌ها اغلب بین ۱۰ تا ۱۵ کیلومتر در ساعت کاهش می‌یابد. مشخصات سازنده معمولاً عبارتی شبیه «تا» X کیلومتر بر ساعت ذکر می‌کنند، چون این اعداد نشان‌دهنده حداکثر عملکرد ممکن هستند، نه آنچه اکثر مردم در روزمره تجربه می‌کنند. این همان چیزی است که توضیح می‌دهد چرا این شارژرها بیشتر در شرایطی که زمان‌بندی حیاتی نیست و انعطاف زیادی وجود دارد، بهترین عملکرد را دارند. آن‌ها فقط زمانی که کسی به یک شارژ سریع فوری نیاز دارد، گزینه مناسبی نیستند.

تعریف شارژ سریع: چرا شارژر الکتریکی خودرو نوع ۲ به عنوان سطح ۲ — و نه سطح ۳ — طبقه‌بندی می‌شود

استانداردهای اصلی صنعت شارژ خودروهای برقی، SAE J1772 در آمریکای شمالی و IEC 62196 در سراسر اروپا هستند. بر اساس این مشخصات، شارژ سطح ۳ در واقع همان چیزی است که همگان به‌صورت عمومی آن را شارژ سریع مستقیم (DCFC) می‌نامند. این نوع نیازمند ایستگاه‌های شارژ توان بالای خاصی است که بتوانند بین ۵۰ تا ۳۵۰ کیلووات جریان مستقیم را ارسال کنند. آنچه این روش را از دیگر روش‌ها متمایز می‌کند این است که از شارژر داخلی خودرو عبور کرده و برق را مستقیماً به باتری وارد می‌کند. نتیجه چیست؟ اکثر خودروها می‌توانند در عرض تنها ۲۰ تا ۴۰ دقیقه به حدود ۸۰ درصد شارژ برسند که در مقایسه با گزینه‌های کندتر، قابل توجه است.

در مقابل، نوع ۲ به‌طور جهانی به‌عنوان شارژ متناوب سطح ۲ طبقه‌بندی می‌شود ، که با جریان متناوب منبع برق (۲۳۰/۴۰۰ ولت) کار می‌کند. وابستگی آن به مبدل داخلی خودرو، محدودیت‌های فیزیکی و نظارتی سختی را اعمال می‌کند:

• منبع تغذیه : نوع ۲ از شبکه‌های توزیع استاندارد متناوب تغذیه می‌شود — نه از پست‌های ۴۸۰ ولت و بالاتر جریان مستقیم که برای سطح ۳ لازم است.
• روش تبدیل تمام انرژی باید از طریق OBC عبور کند که این امر منجر به تلفات ذاتی ۱۵ تا ۳۰ درصدی در تبدیل انرژی شده و حداکثر ظرفیت انتقال را به ۲۲ کیلووات محدود می‌کند.
• آستانه سرعت شروع واقعی «شارژ سریع» از ۵۰ کیلووات به بعد است. حداکثر توان قابل دسترس در پایه شارژ نوع ۲ (Type 2) برابر با ۲۲ کیلووات است که به‌طور قابل‌توجهی پایین‌تر از این آستانه قرار دارد؛ یعنی سرعت آن بیش از دو برابر سرعت سطح ۱ (۱٫۴ تا ۳٫۷ کیلووات) است، اما همچنان بیش از ۵۰ درصد نسبت به شارژ سریع جریان مستقیم (DCFC) کمتر است.

تفاوت اینجا فراتر از تفاوت‌های واژگانی است. ما در اینجا درباره تفاوت‌های واقعی در سخت‌افزار، نحوه اتصال به شبکه برق، اقدامات ایمنی و شرایطی که برای هر نوع از این شارژرها مناسب است، صحبت می‌کنیم. ایستگاه‌های شارژ نوع ۲ (Type 2) تأمین‌کننده برق متناوب (AC) قابل اعتمادی هستند که به‌خوبی قابل مقیاس‌سازی برای نیازهای روزمره‌اند. معمولاً افراد از این شارژرها زمانی استفاده می‌کنند که زمان آزادی دارند؛ مثلاً هنگام شارژ خودرو در خانه طی شب، در طول استراحت ناهار در محل کار یا حتی در حین انجام کارهای روزمره در مرکز خرید. این واحدها برای رقابت با شارژرهای سریع جریان مستقیم (DC) از نظر سرعت طراحی نشده‌اند. هدف اصلی آن‌ها کاملاً متفاوت است و بر راحتی و آسانی استفاده تمرکز دارد، نه بر کاهش زمان شارژ در شرایط اضطراری.

سوالات متداول

تفاوت بین شارژ نوع ۲ و شارژ سریع جریان مستقیم (DC) چیست؟ نوع ۲ از جریان متناوب (AC) استفاده می‌کند و به‌طور کلی در مقایسه با شارژ سریع جریان مستقیم (DC)، که به‌صورت مستقیم توان جریان مستقیم با ولتاژ بالا را به باتری ارسال می‌کند تا شارژ سریع انجام شود، کندتر است.

آیا شارژرهای نوع ۲ را می‌توان برای شارژ سریع به‌کار برد؟ خیر، شارژرهای نوع ۲ در دستهٔ شارژ جریان متناوب سطح ۲ (Level 2 AC) قرار می‌گیرند و برای جلسات شارژ طولانی‌تر — مانند شارژ شبی یا شارژ در محل کار — بهینه‌سازی شده‌اند، نه برای افزایش سریع ظرفیت باتری.

شارژر داخلی خودرو چگونه بر شارژ نوع ۲ تأثیر می‌گذارد؟ شارژر داخلی خودرو جریان متناوب (AC) دریافتی از شارژرهای نوع ۲ را به جریان مستقیم (DC) تبدیل می‌کند تا به باتری ارسال شود؛ این امر بر توان کلی شارژ و سرعت‌های قابل‌دستیابی آن تأثیر می‌گذارد.