استانداردهای دریچه شارژ خودروهای برقی: انطباق با موازین جهانی

درک استانداردهای ورودی شارژ خودروهای برقی و اهمیت جهانی آنها

استانداردهای ورودی شارژ خودروهای برقی، مشخصات فنی مربوط به کانکتورها، پروتکل‌های ارتباطی و الزامات ایمنی را تعیین می‌کنند. این دستورالعمل‌ها سازگاری بین خودروها و زیرساخت‌های شارژ در سطح جهانی را تضمین می‌کنند، از تکه‌تکه شدن بازار جلوگیری می‌کنند و در عین حال ویژگی‌های منطقه‌ای شبکه را نیز در نظر می‌گیرند.

استانداردهای دریچه شارژ خودروهای برقی چیست؟

استانداردهای ورودی‌های شارژ خودروهای برقی در اصل قوانینی را تعیین می‌کنند که بر اساس آن خودروهای الکتریکی به ایستگاه‌های شارژ متصل می‌شوند. این استانداردها شامل مواردی مانند ولتاژهای مجاز، تعداد سیم‌پیچ‌های مورد نیاز و حتی نحوه ارتباط بین خودرو و دستگاه شارژ برای جریان یافتن ایمن و کارآمد برق بدون ایجاد آسیب می‌شوند. به عنوان مثال واقعی استاندارد SAE J1772 را در نظر بگیرید؛ این استاندارد همان چیزی است که اکثر رانندگان آمریکای شمالی هنگام اتصال در خانه یا نقاط شارژ عمومی برای شارژ تراز ۱ و ۲ با جریان متناوب (AC) با آن مواجه می‌شوند. سپس استاندارد IEC 61851 وجود دارد که در مقیاس بسیار بزرگ‌تری عمل می‌کند و الزامات پایه‌ای را برای انواع سیستم‌های شارژ هدایتی در سراسر جهان تعیین می‌کند. هر دو این استانداردها به این منظور هستند که اطمینان حاصل شود صرف‌نظر از محل شارژ خودرو، اتصال سازگار و ایمن باقی بماند.

نقش IEC 62196 در ایمنی پلاگین و ورودی‌های بین‌المللی

استاندارد IEC 62196 در اصل قوانین لازم برای همکاری شارژ متناوب (AC) و مستقیم (DC) را در سراسر جهان تعیین می‌کند، صرف‌نظر از اینکه فرد در کجا باشد. نکته جالب درباره این استاندارد این است که به مناطق مختلف اجازه می‌دهد تا پلاگرهای خود را حفظ کنند، مانند نوع ۱ که عمدتاً در آمریکای شمالی دیده می‌شود و نوع ۲ که در سراسر اروپا رایج است، اما در عین حال اطمینان حاصل می‌شود که همه افراد از قوانین ایمنی پایه‌ای یکسانی در مواردی مانند بررسی دما، اتصال به زمین مناسب و تشخیص اشکالات قبل از تبدیل شدن به مشکل پیروی کنند. با نگاه به داده‌های گزارش آخرین کانکتور شارژ خودروهای برقی (EV Charging Connector Report) که در سال ۲۰۲۴ منتشر شده، شواهد قابل توجهی وجود دارد که نشان می‌دهد تجهیزات ساخته‌شده مطابق با این استانداردها به‌طور تقریبی سه‌چهارم مشکلات سازگاری را در مقایسه با سیستم‌های قدیمی اختصاصی که تولیدکنندگان قبلاً استفاده می‌کردند، کاهش می‌دهند.

چرا استانداردسازی برای قابلیت همکاری شارژ خودروهای برقی حیاتی است

استانداردسازی ورودی‌ها واقعاً در امر پذیرش خودروهای برقی در کشورهای مختلف اهمیت دارد، چون مردم مجبور نخواهند بود با آن تعداد زیاد آداپتورهای خاص سروکار داشته باشند فقط به این دلیل که به منطقه دیگری سفر کرده‌اند. طبق برخی تحقیقات صنعتی سال گذشته، اگر همه در سطح جهانی روی یک سیستم استاندارد توافق کنند، تا سال ۲۰۳۰ ممکن است سالانه حدود ۱۸ میلیارد دلار در هزینه‌های ساخت ایستگاه‌های شارژ صرفه‌جویی شود. سازمان‌هایی مانند کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیک (IEC) به طور مداوم تلاش می‌کنند تا مناطق مختلف را به هم نزدیک کنند. آنها اسناد فنی دقیقی منتشر می‌کنند که نشان می‌دهند چگونه سازندگان می‌توانند سیستم‌های شارژ سریع سازگار بسازند تا خودروهای یک کشور بدون مشکل با ایستگاه‌های کشور دیگر کار کنند.

انواع اصلی کانکتورهای شارژ خودروی برقی در مناطق مختلف و الزامات انطباق

SAE J1772 (نوع ۱) و CCS Combo 1 در آمریکای شمالی

در آمریکای شمالی، اکثر خودروهای برقی همچنان برای شارژ مدارهای AC سطح ۱ و سطح ۲ به کانکتورهای SAE J1772 نوع ۱ متکی هستند. این کانکتورها معمولاً در ولتاژ ۲۴۰ ولت توانی حدود ۱۹٫۲ کیلووات را پشتیبانی می‌کنند. برای کسانی که نیاز به گزینه‌های شارژ سریع‌تر دارند، نسخه CCS Combo 1 وجود دارد که دو پین اضافی DC را به تنظیمات استاندارد کانکتور اضافه می‌کند. این امر امکان شارژ بسیار سریع‌تر با سرعتی بین ۵۰ تا ۳۵۰ کیلووات را فراهم می‌آورد، با این حال همچنان به لطف ویژگی‌های سازگاری معکوس داخلی با تجهیزات قدیمی‌تر کار می‌کند. هنگامی که سازندگان از دستورالعمل‌های SAE International پیروی می‌کنند، تقریباً ۹۵ درصد از خودروهای برقی غیر تسلا با ایستگاه‌های شارژ عمومی در سراسر کشور سازگار می‌شوند. این استانداردسازی به ایجاد تجربه‌ای یکدست‌تر برای رانندگانی که قصد شارژ در حین حرکت را دارند، کمک می‌کند.

نوع ۲ (منکس) و CCS Combo 2 در اروپا

کانکتور نوع 2 که در سراسر اروپا استفاده می‌شود و اغلب به نام منیکس شناخته می‌شود، باتوجه به تنظیم هفت پین آن، قادر به شارژ تک فاز و سه فاز AC با سرعتی حدود 43 کیلووات است. همچنین نسخه CCS Combo 2 وجود دارد که قابلیت شارژ سریع DC را تا حداکثر 350 کیلووات برای کسانی که نیاز به شارژ سریع‌تر دارند، فراهم می‌کند. از سال 2023 به بعد، مقررات اتحادیه اروپا الزام می‌کند که تمامی ایستگاه‌های جدید شارژ DC باید از استاندارد IEC 62196-3 پیروی کنند و از کانکتورهای CCS2 پشتیبانی کنند. این موضوع در عمل چه معنایی دارد؟ خوب، رانندگان عموماً می‌توانند وسایل نقلیه خود را بدون مشکل سازگاری در بیش از 400 هزار نقطه شارژ عمومی که در 31 کشور مختلف داخل بلاک پراکنده شده‌اند، شارژ کنند.

GB/T 20234 در چین و CHAdeMO در ژاپن

استاندارد GB/T 20234 در اکثر ایستگاه‌های شارژ چین به کار رفته و حدود 93٪ از زیرساخت‌های داخلی آن کشور را پوشش می‌دهد. این استاندارد در واقع بخش‌های مختلفی برای شارژ متناوب (GB/T 20234.2) و شارژ مستقیم (GB/T 20234.3) دارد. در همین حال، در ژاپن، عمدتاً از استاندارد CHAdeMO برای شارژرهای سریع مستقیم استفاده می‌شود که حدود 90٪ از نصب‌های آنجا را تشکیل می‌دهد. ژاپنی‌ها به طور جدی قابلیت‌های شارژ دوطرفه را پیش می‌برند، هرچند تأثیر آن‌ها خارج از مرزهای خود در سال‌های اخیر کاهش یافته است. هر دو کشور از استانداردهای ISO 15118 برای ویژگی‌های راحت «وصل‌کن-شارژ-کن» پشتیبانی می‌کنند، اما متاسفانه سیستم‌های آن‌ها بدون استفاده از آداپتور با CCS کار نخواهند کرد. برنامه‌هایی در حال اجرا هستند تا استاندارد GB/T 20234 به روز شود و بتواند پروتکل‌های متناوب و مستقیم را حدود سال 2025 زیر یک چتر ادغام کند که در صورت موفقیت، دستاورد بسیار مهمی خواهد بود.

هماهنگی جهانی از طریق استانداردهای IEC: IEC 61851 و IEC 62196

IEC 61851: تعریف حالت‌های شارژ وسایل نقلیه الکتریکی 1 تا 4

IEC 61851 الزامات اساسی ایمنی و قابلیت همکاری را برای سیستم‌های شارژ خودروهای برقی (EV) تعیین می‌کند. این استاندارد چهار حالت شارژ را تعریف می‌کند:

• حالت 1 : شارژ مبتنی بر جریان متناوب بدون ارتباط یا کنترل‌های محافظتی
• حالت 2 : دستگاه‌های قابل حمل با مکانیسم‌های ایمنی داخلی
• حالت 3 : ایستگاه‌های شارژ اختصاصی جریان متناوب با ارتباط پیشرفته و کنترل
• حالت 4 : شارژ فوق‌العاده سریع مستقیم تا 400 کیلووات

این استاندارد آزمون سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) و محافظت حرارتی را الزامی می‌کند. به عنوان مثال، حالت 4 نیازمند اتصال‌دهنده‌های خنک‌شونده با مایع برای مدیریت گرما در طول انتقال توان بالا است که از فناوری‌های بعدی باتری پشتیبانی می‌کند.

چگونه IEC 62196 انواع منطقه‌ای را ممکن می‌سازد در حالی که ایمنی را تضمین می‌کند

استاندارد IEC 62196 طرح‌های مختلف ورودی شارژ خودروهای برقی (EV) از سراسر جهان را گرد هم می‌آورد، در حالی که همچنان ایمنی همه را تضمین می‌کند. هرچند کشورها پلاگرهای خاص خود را دارند، مانند نوع ۲ در سراسر اروپا، GB/T در چین و CHAdeMO در ژاپن، اما همه آن‌ها باید آزمون‌های پایه‌ای مشخصی را در مواردی مانند مقاومت در برابر آب (رده IPXXB) و تشخیص نقص‌های الکتریکی پشت سر بگذارند. این ترکیب از حفظ اتصالات محبوب منطقه‌ای و همزمان تضمین حداقل سطوح ایمنی، باعث می‌شود بازار به شدت قطعه‌قطعه نشود. بر اساس تحقیقات منتشر شده در سال گذشته، تقریباً تمام نقاط شارژ در سراسر جهان اکنون از این قوانین ایمنی پیروی می‌کنند که برنامه‌ریزی سفر را برای صاحبان خودروهای برقی بسیار آسان‌تر می‌کند، چرا که دیگر نیازی نیست در مورد سازگاری ایستگاه‌های شارژ در مسیر سفر نگران باشند.

مطالعه موردی: الزامات اتحادیه اروپا برای انطباق با Type 2 و CCS2

در سال 2024، اتحادیه اروپا مقررات زیرساخت سوخت‌های جایگزین (AFIR) را ارائه کرد که در آن الزام شده است تمام ایستگاه‌های شارژ عمومی وسایل نقلیه الکتریکی باید به استانداردهای Type 2 و CCS2 مجهز باشند و تقریباً دقیقاً از دستورالعمل‌های IEC 62196 پیروی کنند. هنگامی که شروع به حذف کانکتورهای اختصاصی کردند، اتفاق جالبی رخ داد. سازگاری بین مرزی بین کشورهای مختلف به‌طور چشمگیری افزایش یافت و از حدود ۶۳ درصد در سال ۲۰۲۱ به تقریباً ۹۷ درصد تنها سه سال بعد رسید. فایده دیگری که از اطمینان از توانایی ارتباط این ایستگاه‌ها با یکدیگر از طریق فناوری Powerline Communication به دست آمد، کاهش حدود ۴۰ درصدی مشکلات مربوط به کانکتورها بود. پس این چه چیزی را نشان می‌دهد؟ خب، وقتی مقررات به سمت استانداردسازی حرکت می‌کنند، واقعاً شاهد عملکرد فوق‌العاده‌ای در هماهنگی فنی همه چیز خواهیم بود.

ظهور NACS و تغییر در دینامیک شارژ در آمریکای شمالی

از سیستم اختصاصی تسلا به NACS: تکامل استاندارد

سوکت اختصاصی تسلا در سال 2024 پس از استانداردسازی به‌عنوان SAE J3400 به استاندارد شارژ آمریکای شمالی (NACS) تبدیل شد. این تحول، سیستم بسته قبلی را به یک استاندارد باز تبدیل کرد و به خودروهای الکتریکی غیرتسلا اجازه داد تا از طریق آداپتورها یا ادغام مستقیم، به شبکه بیش از 15,000 ایستگاه سوپرشارژر تسلا دسترسی پیدا کنند.

پذیرش گسترده NACS توسط سازندگان بزرگ خودرو: فورد، جنرال موتورز و ولوو

پس از توافق صنعتی مهمی در سال 2024، سازندگان پیشرو خودرو از جمله فورد، جنرال موتورز و ولوو تعهد کردند که از مدل‌های سال 2025 به بعد از NACS استفاده کنند. این حرکت جمعی نشان‌دهنده خروج واقعی از CCS Combo 1 در خودروهای مصرفی است و دسترسی به یکی از قابل‌اطمینان‌ترین شبکه‌های شارژ سریع در آمریکای شمالی را تقویت می‌کند.

مقایسه NACS و CCS: رقابت بازار و پیامدهای فنی

رقابت بین NACS و CCS تفاوت‌های فنی مهمی را برجسته می‌کند:

• ظرفیت برق : NACS برای شارژ مستقیم تا حداکثر 1 مگاوات طراحی شده است که به‌مراتب از حد فعلی 350 کیلوواتی CCS فراتر می‌رود
• کارایی طراحی : کانکتورهای NACS 40 درصد کوچک‌تر از معادل‌های CCS هستند و این موضوع باعث بهبود ارگونومی و یکپارچه‌سازی خودرو می‌شود
• عملکرد شبکه : سوخت‌رسان‌های سوپرچارژر تسلا دارای زمان آنلاین بودن 99.96 درصد هستند که به‌مراتب بالاتر از میانگین 92 درصدی شبکه‌های CCS است

این مزایا پذیرش NACS را فراتر از اکوسیستم تسلا تسریع کرده‌اند.

به سوی آینده‌ای یکپارچه: چالش‌های قابلیت همکاری و هماهنگی جهانی

پل زدن بین ناسازگاری‌های منطقه‌ای در آمریکای شمالی، اروپا و آسیا-اقیانوسیه

استانداردهای مختلف درگاه شارژ خودروهای برقی در سراسر جهان باعث مشکلات بزرگی برای رانندگان شده است. آمریکای شمالی با CCS Combo 1، اروپا با CCS Combo 2 و استاندارد GB/T چین را در نظر بگیرید. این تفاوت‌های منطقه‌ای به این معنی است که مردم اغلب نمی‌توانند به سادگی هرجا که می‌روند دستگاه شارژ را به پریز وصل کنند. طبق گزارش اخیر بلومبرگ‌اناف در سال ۲۰۲۴، تقریباً یک سوم تمامی صاحبان خودروهای برقی هنگام عبور از مرزها با مشکل یافتن شارژرهای سازگار مواجه می‌شوند. این مشکلات تنها به اتصالات فیزیکی هم محدود نمی‌شود. بلکه شامل نحوه ارتباط سیستم‌های مختلف با یکدیگر، روش‌های پرداخت که در کشورهای مختلف کار نمی‌کنند و یکپارچه‌سازی مناسب این شارژرها در شبکه‌های برقی موجود نیز می‌شود. همه این عوامل موانع واقعی برای هر کسی ایجاد می‌کنند که بخواهد خودروهای برقی را در مناطق متعددی به حرکت درآورد.

موانع پذیرش جهانی علیرغم امکان‌پذیری فنی

وسایل نقلیه دو پورته و نرم‌افزارهای تطبیقی کمی کمک می‌کنند، اما هماهنگ‌سازی همه چیز در سطح بین‌المللی به دلیل مسائل مالی و سیاسی همچنان دشوار است. گزارش شورای بین‌المللی حمل‌ونقل پاک در سال ۲۰۲۳ نشان داد که شرکت‌های خودروسازی باید حدود ۲۶ میلیارد دلار هزینه کنند تا فقط کارخانه‌های خود را به یک استاندارد جهانی تبدیل کنند. علاوه بر این، سرمایه‌گذاری‌های قدیمی زیادی نیز وجود دارند که مانع پیشرفت می‌شوند. تنها در اروپا حدود ۴۰۰ هزار ایستگاه شارژ نوع ۲ ساخته شده است، در حالی که ژاپن سرمایه‌گذاری قابل توجهی روی سیستم خود انجام داده و تقریباً ۳۰ هزار دستگاه CHAdeMO نصب کرده است. این زیرساخت‌های موجود، موانع واقعی در برابر تسریع تغییرات در صنعت ایجاد می‌کنند.

آیا یک استاندارد جهانی واحد برای دریچه شارژ خودروهای الکتریکی (EV) ایجاد خواهد شد؟

اکثر تحلیلگران معتقدند که با توجه به سیستمهای آداپتور، احتمال حدود ۶۰ درصد وجود دارد که استانداردهای بزرگ منطقهای در کنار یکدیگر باقی بمانند و به جای ادغام شدن در یک طراحی جهانی، همراهی کنند. اما فناوریهای جدیدی مانند راهحلهای شارژ بیسیم و سیستمهای Plug & Charge مبتنی بر ISO 15118 ممکن است کاملاً از تمام این بحثهای مربوط به کانکتورها بگذرند. کمیسیون بینالمللی الکتروتکنیک (IEC) از دیرباز در حال کار بر روی قوانین سازگاری بوده و تا سال ۲۰۲۶ هدف خود را بر ارائه چیزی عینی قرار داده است. در همین حال، آنچه در بازارهای واقعی شاهد آن هستیم متفاوت است. چیزهایی مانند سیستم شارژ خودروهای ملی (NACS) در میان مصرفکنندگان و کسبوکارها بهسرعت در حال گسترش هستند، بسیار پیشتراز هرگونه مقرراتی که شاید سال آینده یا به زودی اعمال شوند.

‫سوالات متداول‬

استانداردهای دریچه شارژ خودروهای برقی چیست؟

استانداردهای ورودی شارژ خودروهای برقی مشخصات فنی هستند که نحوه اتصال خودروهای برقی به ایستگاه‌های شارژ را پوشش می‌دهند. این استانداردها ولتاژ، پیکربندی سیم‌پیچ‌ها، پروتکل‌های ارتباطی و الزامات ایمنی را تعیین می‌کنند تا انتقال انرژی به‌صورت یکنواخت و ایمن انجام شود.

چرا استانداردسازی برای شارژ خودروهای برقی مهم است؟

استانداردسازی تضمین می‌کند که خودروهای برقی بتوانند در مناطق مختلف بدون نیاز به آداپتورهای متعدد شارژ شوند و در نتیجه هزینه‌ها کاهش یافته و توسعه زیرساخت‌ها ساده‌تر می‌شود.

نقش IEC 62196 چیست؟

IEC 62196 قابلیت هم‌سازی و دستورالعمل‌های ایمنی را برای شارژ AC و DC تعیین می‌کند و به مناطق مختلف اجازه می‌دهد طراحی پلاگرهای منحصربه‌فردی داشته باشند، در حالی که به استانداردهای مشترک ایمنی و قابلیت همکاری پایبند باشند.

NACS چگونه با استاندارد CCS متفاوت است؟

NACS امکان انتقال توان بالاتری را فراهم می‌کند و طراحی اتصال‌دهنده‌ای فشرده‌تری نسبت به CCS دارد که منجر به زمان شارژ سریع‌تر و یکپارچه‌سازی بهتر در خودروها می‌شود.