قسمت دهم دوره آنلاین

ویدیو قسمت دهم دوره آنلاین

معرفی روش‌های شارژ خودرو الکتریکی

می دانیم یک مجموعه از باتری داخل خودرو الکتریکی داریم و این مجموعه در طول زمان نیاز به شارژ شدن دارد. روش‌های مختلفی برای شارژ کردن وجود دارد. ۳ راه معمول شارژ کردن به شرح زیر است :

شارژ به روش رسانا ( conductive ) رایج­‌ترین روش موجود برای شارژ کردن است و دو زیر مجموعه دارد: شارژ کردن AC و DC. افرادی که از خودرو الکتریکی استفاده می‌­کنند این قدرت انتخاب دارند که خودروی خود را در خانه، محل کار یا ایستگاه­‌های شارژ عمومی شارژ کنند. روش دیگر شارژ کردن القایی است که در حال حاضر وجود دارد ولی هنوز استاندارد سازی نشده است. روش سوم تعویض باتری است که با هر کدام از روش‌ها به طور جداگانه آشنا خواهیم شد.

شارژ به روش conductive

یکی از روش­‌های شارژ رسانایی شارژ کردن AC است. مزیت این روش شارژ این است که باتری می­‌تواند هر جایی که یک پریز برق استاندارد وجود داشته باشد شارژ شود و می‌­تواند با کمک شبکه سیم­‌کشی داخلی به راحتی با سیستم مدیریت باتری (BMS) ارتباط برقرار کند. این موارد سبب افزایش کارایی و کاهش هزینه­‌ها می‌­شود. از طرف دیگر این روش برای کاربرد خودرو الکتریکی هیبرید پلاگین که در آن انرژی مشخصه پایین‌­تر است مناسب است. اگرچه قدرت به شکل AC باید به شکل DC در خودرو تبدیل شود و برای قدرت خروجی محدودیت وجود دارد. این به دلیل محدودیت­‌های ابعادی و وزنی شارژر On-board است. به طور معمول شارژ AC به زمان­‌های طولانی نیاز دارد.

دسته‌­ی دیگر شارژ رسانایی، شارژ DC است. این روش برای طراحی­‌های قدرت بالا مناسب است و قدرت خروجی شارژ سریع توسط توانایی باتری­‌ها برای پذیرفتن شارژ محدود می‌­شود. زمان شارژ سریع کمتر از یک ساعت است. از مزیت­‌های شارژ DC این است که  می­‌تواند هم با نرخ شارژ بالا و هم نرخ شارژ پایین طراحی شود و محدودیت ابعادی و وزنی ندارد. شارژر‌های off-board در بیرون وسیله نقلیه قرار دارند و این مجموعه انعطاف پذیری بیشتری در ارتباط با نحوه­ی انتقال قدرت را فراهم می‌­کند. همچنین شارژ DC با قدرت بالا نیاز به زمان شارژ کمتری دارد. اگرچه شارژ DC نیاز به سرمایه‌­گذاری بیشتری نسبت به شارژ AC دارد و شما فقط از طریق ایستگاه­‌های شارژ عمومی می‌­توانید به درگاه DC دسترسی داشته باشید. برای داشتن یک سرویس شارژ DC قابل اعتماد، چالش­‌هایی وجود دارد که باید بر آن‌ها غلبه کرد. اولین مورد تاثیر منفی بر سیستم قدرت است که سبب می­‌شود اشکالات و آلودگی­‌های‌‌هارمونیک و تقاضای جریان بالا در ساعت­‌های اوج روی هم قرار گیرند. دوم در دسترس بودن این روش است که توسط محدودیت­‌های شبکه تامین کننده محدود می­‌شود. در نهایت چون شارژر off-board و سیستم مدیریت باتری (BMS) از لحاظ فیزیکی جدا از هم هستند باید یک ارتباط قابل اطمینان برای تضمین شرایط صحیح شارژ کردن وجود داشته باشد. بسته با نوع باتری، دما و شرایط شارژ (SOC) که توسط سیستم مدیریت باتری فراهم می‌­شود، شارژرهای off-board باید روش شارژ مناسب را اتخاذ کنند.

شارژ القایی

شارژ القایی روشی است که انرژی منبع تامین‌­کننده قدرت از طریق القای مغناطیسی بر اساس القای الکترومغناطیس در فرکانس بالا به خودرو الکتریکی منتقل می‌شود. ایده اصلی شارژ القایی استفاده از دو سیم­پیچ الکترومغناطیسی مرتبط است. سیم‌­پیچ اصلی به شکل پد (pad) که به شبکه الکتریسیته متصل است روی سطح جاده قرار گرفته است. سیم­‌پیچ دوم روی خودرو الکتریکی قرار دارد که ایده‌­آل آن قرار گرفتن در پایین خودرو و در یک فاصله مطمئن از مسافران است. در ایستگاه شارژ جریان AC اصلاح می‌­شود و به جریان AC فرکانس بالا تبدیل می‌­شود سپس این جریان فرکانس بالا به خودرو الکتریکی القا می‌­شود. همانطور که می­‌بینیم شارژ بی­‌سیم کاملا راحت است و چون کابلی ندارد، وزن آن نسبت به شارژر رسانایی کمتر است. در مورد خودرو­های خودران ارتباط بی‌­سیم می‌­تواند بدون نیاز به رفتار پلاگین از همه چیز مراقبت کند. علاوه بر این شارژ القایی برای تمام شرایط آب و هوایی مناسب است. البته این روش عیوبی هم نظیر سرمایه­‌گذاری بالا، محدودیت وزنی و فضای قرارگیری پدهای شارژ، القای از دست رفته اجتناب ناپذیر و خطر قرار گرفتن افراد در معرض تابش دارد.

شارژ دینامیک یک روش دیگر برای شارژ بی­سیم خودرو است که شبیه به شارژ القایی استاتیک است که انرژی از طریق القای مغناطیسی به خودرو منتقل می­شود. در عمل سیم­‌پیچ­‌های متصل به کابل­‌های برقی که برای تامین برق استفاده می‌­شوند در جاده دفن می‌­شوند. سیم‌­پیچ‌­ها میدان الکترومغناطیسی منتشر می‌­کنند که توسط خودرویی که روی آن‌ها حرکت می‌­کند جمع می‌­شود و برای شارژ خودرو به الکتریسیته تبدیل می‌­شود. مزایای این روش شارژ عبارتند از : زمان کوتاه قرار­گیری مشتریان برای شارژ، عمق تخلیه شارژ (Depth of discharge) کمتر که سبب می‌­شود عمر باتری افزایش یابد زیرا می‌­توان ماشین را به طور مرتب شارژ کرد. به دلیل اینکه باتری به طور مرتب در جاده شارژ می‌­شود اندازه باتری هم می­‌تواند کوچکتر شود. موانع اصلی شارژ دینامیک القایی مربوط به بازده انتقال نیرو است. اشیاء خارجی و سایش سطح جاده و همچنین تغییرات ساختار سیم­‌پیچ‌­­ها در مواد سازنده جاده می‌­توانند روی ویژگی­‌های سیم­‌پیچ اثر گذار باشند و بازده انتقال نیرو را کاهش دهند. هنوز شارژ القایی دینامیک در مرحله آزمایشگاهی قرار دارد زیرا چالش‌­های زیادی برای استاندارد سازی آن وجود دارد. این چالش­‌ها شامل نشتی میدان درون و اطراف خودرو الکتریکی که باید استانداردسازی شود، شرایط مختلف زمین، ابعاد خودروها و سطح قدرت می­تواند منجر به عملیات­‌هایی با کیفیتی پایین‌­تر از استاندارد شود. انتخاب نوع سیم­پیچ با کارایی بالا برای شارژ القایی دینامیک چالش دیگری است.با اینکه تخمین اختلاف کارایی سیم­‌پیچ‌­ها برای خودروهای مختلف دشوار است ولی امری مهم برای کنترل شرایط کاری می‌­باشد. همچنان ما در مسیر تجاری سازی این روش شارژ هستیم.

تعویض باتری

روش سوم شارژ تعویض باتری است. تعویض باتری بر این اساس است که باتری تخلیه شارژ شده خارج می‌­شود و باتری دارای شارژ کامل جایگزین آن می­‌شود. این فرآیند شامل رفتن به محل­‌های تعویض باتری می‌­شود که یک پروسه خودکار باتری خودرو را خارج کرده و توسط باتری با شارژ کامل جایگزین می­‌کند. باتری­‌های تخلیه شده برای دفعات بعدی فرآیند شارژ مجدد می­‌شوند. فواید تعویض باتری بدیهی است که نگرانی از لحاظ محدوده حرکت وجود ندارد و مثل پر کردن باک خودرو سریع و راحت است. این روش ظاهرا نسبت به روش‌­های دیگر شارژ مزایایی دارد اما برای اینکه بازار آن را قبول کند چالش‌­هایی وجود دارد. دلایل اصلی عبارتند از : اول نیاز به استاندارد سازی رابط باتری برای تولید کنندگان متعدد خودرو است. دوم اینکه رضایت مشتری و مصرف­‌کنندگان درباره‌­ی عدم مالکیت باتری و مجبور بودن به تعویض باتری خودرو و سوم اینکه برای درآمد زایی از مصرف باتری باید یک روش بدون خطا برای تخمین شرایط سلامت باتری و الگوی مصرفی آن وجود داشته باشد. چالش چهارم دیدگاه ایمنی است. اتصال الکتریکی بین باتری و خودرو که جریان بسیار بالایی را منتقل می‌­کند باید در هر بار تعویض باتری قطع و دوباره وصل شود که در بهترین حالت هزینه‌­های ناشی از سایش و تخریب مولفه‌­های کلیدی اتصال دهنده و در بدترین حالت این پتانسیل را دارد که با تمام عواقب احتمالی آن باعث تخلیه شارژ زیاد و ناگهانی شود.

نتیجه‌گیری قسمت دهم دوره آنلاین

در این قسمت درباره روش‌های شارژ و ویژگی‌های هر روش ضحبت کردیم. متوجه شدیم که هر روش مزایا و معایبی دارد و برای سرمایه‌گذاری در هر روش باید  پارامترهای متفاوتی را در نظر بگیریم. به عنوان نتیجه هنوز مسیر زیادی برای شارژ راحت، پر بازده، پایدار و اقتصادی باتری وجود دارد. 

برای دیدن قسمت‌های بعدی دوره اینجا کلیک کنید

برای دیدن قسمت‌های قبلی دوره اینجا کلیک کنید