دور زدن شارژر داخلی: چرا محدودیت شارژ متناوب (AC) به خودرو بازمی‌گردد و شارژ مستقیم (DC) از آن مستثنی است

محدودیت شارژ متناوب (AC) به خودرو بازمی‌گردد، زیرا شارژر داخلی وسیله نقلیه باید جریان متناوب را به جریان مستقیم تبدیل کند و خودروسازان اندازه این اینورتر سنگین و گرمازا را محدود می‌کنند. شارژ مستقیم (DC) به این شکل توسط خودرو محدود نمی‌شود، چرا که فرآیند تبدیل در داخل ایستگاه عظیم خارجی رخ می‌دهد و با دور زدن شارژر داخلی، جریان مستقیم را بی‌واسطه به باتری تغذیه می‌کند. موقعیت فیزیکی این تبدیل الکتریکی، تعیین‌کننده سرعت، هزینه و محدودیت‌های حرارتی در کل اکوسیستم خودروهای الکتریکی است.[1][2]

شبکه برق، توان را به صورت جریان متناوب (AC) منتقل می‌کند، اما باتری‌های لیتیوم-یونی تنها قادر به ذخیره انرژی به شکل جریان مستقیم (DC) هستند. هنگامی که یک خودروی الکتریکی به یک ایستگاه استاندارد متناوب سطح ۱ یا سطح ۲ متصل می‌شود، الکتریسیته به سمت شارژر داخلی خودرو جریان می‌یابد. همان‌طور که مستندات مهندسی شرکت آپتیو (Aptiv) تشریح می‌کند، این قطعه وظیفه دارد توان متناوب شبکه را به توان مستقیم مورد نیاز مجموعه باتری تبدیل کند.[1]

شارژر داخلی در اصل یک یکسوکننده سنگین است که با مایع خنک می‌شود. از آنجا که این قطعه به‌طور دائم در داخل خودرو قرار دارد، به شدت تحت محدودیت‌های وزن، فضای جانمایی و مدیریت حرارتی است. تا سال ۲۰۲۶، بیشتر خودروهای الکتریکی سواری به شارژرهای داخلی با ظرفیت ۷.۲ تا ۱۱ کیلووات مجهز هستند و تنها معدودی از مدل‌های رده‌بالا سخت‌افزاری با قابلیت پشتیبانی از ۲۲ کیلووات را به همراه دارند.[4]

این سخت‌افزار داخلی یک سقف فیزیکی سخت برای سرعت شارژ متناوب ایجاد می‌کند. اگر یک ایستگاه تجاری شارژ متناوب قادر به ارائه ۲۲ کیلووات باشد، اما شارژر داخلی خودرو تنها برای ۷.۲ کیلووات درجه‌بندی شده باشد، خودرو تنها ۷.۲ کیلووات توان دریافت خواهد کرد. گلوگاه در اینجا قطعات سیلیکونی داخلی خودرو است؛ به این معنا که ارتقای زیرساخت ایستگاه‌های متناوب، هیچ صرفه‌جویی زمانی برای خودروهای دارای شارژر داخلی استاندارد به همراه نخواهد داشت.[1][4]

شارژ سریع مستقیم که در دسته‌بندی شارژ سطح ۳ قرار می‌گیرد، این معماری الکتریکی را به‌طور بنیادین تغییر می‌دهد. یک شارژر سریع مستقیم دارای یکسوکننده‌های عظیم و به شدت خنک‌شونده مختص به خود است که پیش از عبور توان از کابل شارژ، جریان متناوب شبکه را به جریان مستقیم تبدیل می‌کنند. مستندات شرکت ای‌وی سیف شارژ (EV Safe Charge) تاکید می‌کند که همین تبدیل خارجی است که فرآیند شارژ سریع را تعریف می‌کند.[2]

از آنجا که توانی که به درگاه شارژ خودرو می‌رسد از پیش به جریان مستقیم تبدیل شده است، شارژر داخلی را به‌طور کامل دور می‌زند. جریان مستقیماً از طریق کنتاکتورهای ولتاژ بالای خودرو به مجموعه باتری هدایت می‌شود و تنها سیستم مدیریت باتری (BMS) به عنوان واسطه عمل می‌کند. این دور زدن، دلیل مکانیکی این مسئله است که چرا شارژ مستقیم به شکل تصاعدی سریع‌تر از شارژ متناوب است.[3]

با انتقال تجهیزات سنگین و داغ تبدیل از داخل خودرو به یک محفظه ثابت، شارژ مستقیم می‌تواند به سطوحی از توان دست یابد که جانمایی فیزیکی آن‌ها در داخل یک خودروی سواری غیرممکن است. ایستگاه‌های مدرن مستقیم توانی بین ۵۰ تا ۳۵۰ کیلووات ارائه می‌دهند که زمان شارژ یک باتری استاندارد ۸۰ کیلووات‌ساعتی را از چند ساعت به کمتر از ۳۰ دقیقه کاهش می‌دهد.[2][3]

با این حال، دور زدن شارژر داخلی به این معنا نیست که شارژ مستقیم هیچ محدودیتی ندارد. پس از حذف گلوگاه اینورتر، عامل محدودکننده به خود شیمی باتری تبدیل می‌شود. سیستم مدیریت باتری خودرو باید جریان مستقیم ورودی را بر اساس وضعیت شارژ مجموعه، مقاومت داخلی و دما به دقت کنترل کند تا از رسوب لیتیوم و فرار حرارتی جلوگیری شود.[3]

تفکیک میان این دو معماری، نحوه استقرار شبکه‌های شارژ را مشخص می‌کند. شارژ متناوب برای تجدید انرژی کند و توزیع‌شده به سخت‌افزار داخلی خودرو متکی است، در حالی که شارژ مستقیم برای ترددهای سریع به زیرساخت‌های عظیم خارجی وابستگی دارد. موقعیت فیزیکی تبدیل جریان متناوب به مستقیم همچنان متغیر تعیین‌کننده در برنامه‌ریزی زیرساخت خودروهای الکتریکی باقی می‌ماند.[5]