شارژر بی‌سیم خودرو برقی: چالش‌ها و پیشرفت‌ها

 فکر کنید که به‌جای وصل کردن کابل‌های شارژ به خودرویتان، فقط ماشین را پارک کنید و بدون هیچ‌ دردسری، خودرو به‌طور خودکار شروع به شارژ شدن کند! این رویا را شارژر بی‌سیم خودرو برقی برای شما فراهم می‌کند. شارژرهای بی‌سیم خودرو برقی، تحولی جدید در دنیای حمل‌ونقل الکتریکی هستند که فرآیند شارژ را سریع‌تر، ساده‌تر، و البته ایمن‌تر می‌کنند.

این فناوری، هنوز به‌طور کامل در خانه‌ها و خیابان‌ها جا نیفتاده، اما آینده‌ی این فناوری بسیار روشن است. با وجود پیشرفت‌های روزافزون، شارژرهای بی‌سیم خودرو برقی در آینده‌ای نه‌چندان دور به بخشی از زندگی روزمره ما تبدیل خواهند شد. تصور کنید صبح‌ها، بدون اینکه نیازی به متصل کردن کابل داشته باشید، ماشینتان به‌صورت خودکار و در حالی که پارک شده، شارژ شده و آماده استفاده است. اگر می‌خواهید بیشتر با شارژر‌های بی‌سیم آشنا شوید، در این فصل از تیران آکادمی، با ما همراه باشید.

دو نوع شارژر بی‌سیم خودرو برقی وجود دارد که تفاوت آن‌ها در یک نکته کلیدی خلاصه می‌شود: حرکت خودرو. نوع اول، شارژ بی‌سیم خودرو برقی پویا نام دارد که به شما امکان می‌دهد در حال حرکت نیز خودرویتان شارژ شود. نوع دوم، شارژر بی‌سیم خودرو برقی است که زمانی کار می‌کند که ماشین پارک شده است. این نوع شارژرها در حال حاضر برای خودروهای برقی صنعتی و ناوگان حمل‌ونقل به کار می‌روند. با این حال، برای استفاده خانگی، شارژر بی‌سیم خودرو برقی هنوز نیاز به توسعه و بهبود دارد. اما با پیشرفت‌های مداوم، این فناوری به‌زودی به دسترس همگان خواهد رسید و کار شارژ را بیش از پیش آسان می‌کند. شارژرهای بی‌سیم، راهی به سوی آینده‌ای پر از خودروهای الکتریکی هوشمند و کارآمد هستند و به‌طور قطع بخش بزرگی از تحرک پایدار و استفاده از انرژی‌های پاک را رقم خواهند زد.

بیشتر بخوانید: تاریخچه صنعت خودرو ایران

2- شارژر بی‌سیم خودرو برقی چگونه کار می‌کند؟

نحوه استفاده از شارژر بی‌سیم، به راحتی آب خوردن است! پد شارژر روی زمین، زیر خودرو قرار می‌گیرد و خود خودرو یک سیم پیچ گیرنده در پایین آن تعبیه شده است. به این ترتیب، آنها در نزدیکی یکدیگر قرار می‌گیرند تا شارژ را به امتداد هم منتقل کنند.

در اصل، باتری‌های خودروهای برقی خیلی پیچیده‌تر از باتری گوشی‌های هوشمند نیستند، هرچند که در ابعاد و تکنولوژی بسیار پیشرفته‌تر هستند. باتری از دو سطح رسانا تشکیل شده که توسط یک ماده غیر رسانا به نام الکترولیت جدا شده‌اند. یکی از این سطوح، کاتد، دارای بار مثبت است و از طریق واکنش شیمیایی الکترون به دست می‌آورد. سطح دیگر، آند، بار منفی دارد و الکترون‌هایی را فراهم می‌کند که موجب انجام واکنش می‌شوند. این الکترولیت است که اجازه می‌دهد یون‌ها در داخل باتری حرکت کنند و الکترون‌ها روی این یون‌ها سوار شوند، که در نهایت انرژی لازم برای حرکت خودرو را فراهم می‌کند. حالا زمانی که شما خودروی برقی خود را به شارژر وصل می‌کنید، شارژر این یون‌ها را دوباره به حالت اصلی‌شان بازمی‌گرداند و انرژی را در باتری ذخیره می‌کند. شارژر بی‌سیم خودرو برقی دقیقاً همین فرآیند را انجام می‌دهد، اما بدون نیاز به کابل یا اتصال فیزیکی.

بیشتر بخوانید: هر آنچه که باید درباره شارژ خودروهای برقی بدانید!

این فناوری که با نام شارژ القایی شناخته می‌شود، به یک مدار الکتریکی اجازه می‌دهد تا باتری را بدون تماس مستقیم شارژ کند. شاید باور نکنید، اما این ایده جدید نیست! این فناوری بیش از 100 سال پیش اختراع شده و در آن زمان حتی برای نیرو دادن به وسایل نقلیه الکتریکی هم مورد بحث قرار گرفته بود. گرچه آن زمان از آن استفاده نشد، اما اکنون در دستگاه‌هایی مانند مسواک‌های برقی و گوشی‌های هوشمند به کار می‌رود. شارژر بی‌سیم خودرو برقی بر پایه استفاده از دو سیم‌پیچ القایی کار می‌کند. سیم‌پیچ اول در پد شارژ نصب می‌شود و میدان الکترومغناطیسی تولید می‌کند. سیم‌پیچ دوم که در خود خودرو قرار دارد، وقتی در نزدیکی این میدان قرار می‌گیرد، ولتاژ را القا کرده و الکترون‌ها را برای شارژ مجدد باتری حرکت می‌دهد. به بیان ساده‌تر، وقتی خودروی شما روی پد شارژ قرار می‌گیرد، این دو سیم‌پیچ با هم همکاری کرده و انرژی لازم را به خودرو منتقل می‌کنند. نکته جالب این است که فاصله بین خودرو و پد شارژ بسیار اهمیت دارد. هر چه فاصله بیشتر باشد، سرعت شارژ کاهش پیدا می‌کند. به همین دلیل است که در شارژرهای بی‌سیم معمولی، گوشی یا دستگاه‌های دیگر را دقیقاً روی پد شارژ قرار می‌دهیم تا کارایی بیشتری داشته باشد.

با شارژر بی‌سیم خودرو برقی، شما دیگر نیازی به کابل‌ها و اتصالات فیزیکی ندارید. فقط کافی است خودرو را پارک کنید و پد شارژ زیر آن قرار بگیرد؛ ماشین شما به‌طور خودکار و بدون نیاز به دخالت شما شارژ می‌شود! این یعنی آینده‌ای بی‌کابل و بی‌دغدغه برای خودروهای برقی.

برای درک نحوه عملکرد شارژ بی‌سیم خودرو برقی، باید بدانیم باتری‌های خودرو برقی چگونه کار می‌کنند. در حالی که بسته‌های باتری که متوسط فضای کف ماشین برقی شما را تشکیل می‌دهند، بسیار پیشرفته‌تر از باتری‌های موجود در گوشی هوشمند یا ساعت هوشمند شما هستند، هر چند که  از نظر مفهومی، آنها به یک روش کار می‌کنند.

بیشتر بخوانید: با انواع شارژر خودرو برقی آشنا شوید!

باتری دو سطح رسانا است که توسط ماده ای غیر رسانا به نام الکترولیت از هم جدا شده‌اند. یکی از این سطوح دارای بار مثبت است. این سطح، کاتد، از طریق واکنش شیمیایی معمولی باتری، الکترون به دست می آورد. سطح دیگر بار منفی دارد. این آند الکترون‌هایی را تامین می کند که باعث انجام واکنش می‌شوند. الکترولیت است که باعث می شود فرآیند کار کند و از نظر شیمیایی به آند و کاتد می پیوندد و به یون ها اجازه می‌دهد تا جریان پیدا کنند. الکترون‌ها روی آن یون‌ها سوار می شوند و جریان الکترون ها ماشین شما را به حرکت در می آورد. اکنون، وقتی خودروی برقی خود را به روش قدیمی به شارژر وصل می‌کنید، عملاً آن یون‌ها را از جایی که آمده‌اند، عقب می‌زنید، یون‌ها بارگیری می‌شوند و به صورت فشرده به الکترولیت فرستاده می‌شوند تا برق را تامین کنند. برای درایو بعدی ،شارژ بی‌سیم همان کار را انجام می‌دهد اما به روشی ظریف‌تر. اصطلاح رسمی تر، شارژ القایی است که به یک مدار الکتریکی اجازه می‌دهد تا باتری را بدون تماس فیزیکی دوباره شارژ کند. راه حل‌هایی مانند این رویکرد، بر دو سیم پیچ القایی منطبق تکیه می‌کنند، که اجزای الکتریکی هستند که وقتی با جریان اعمال می‌شوند، میدان الکترومغناطیسی ایجاد می کنند. سیم پیچ اول درون یک پد شارژ تعبیه شده است که جریان را تامین می کند. سیم پیچ القایی دوم در دستگاه نیازمند شارژ یکپارچه شده است. هنگامی که سیم پیچ گیرنده نزدیک به میدان ایجاد شده توسط سیم پیچ اول قرار می گیرد، به اصطلاح نیروی الکتروموتور ایجاد می‌شود. این باعث القای ولتاژ در جریان دریافت کننده می‌شود و الکترون‌ها را برای ذخیره مجدد آن یون‌ها در باتری حرکت می‌دهد.

آیا شارژر بی‌سیم خودرو برقی کارآمد است؟

شاید در نگاه اول، انتقال نیرو از طریق هوا به‌نظر ناکارآمد برسد؛ مثل مقایسه یک آنتن بی‌سیم با کابل، اما جالب است بدانید که شارژ بی‌سیم خودرو برقی عملکردی فوق‌العاده دارد. برای مثال، دستگاه‌های الکترونیکی کوچک مثل گوشی‌های هوشمند از شارژ بی‌سیم با راندمان 70 تا 80 درصد استفاده می‌کنند. شاید فکر کنید که 20 تا 30 درصد از انرژی تلف می‌شود، اما در خودروهای برقی، این عدد خیلی بهینه‌تر است. 

بیشتر بخوانید: همه‌چیز درباره باتری‌ خودروهای برقی

امی بارز دوکاس از WiTricity، یکی از شرکت‌های پیشرو در زمینه شارژر بی‌سیم خودرو برقی، می‌گوید که این شارژرها راندمان کلی بین 88 تا 93 درصد دارند. جالب‌تر اینکه خود فرآیند انتقال بی‌سیم انرژی می‌تواند تا 99 درصد کارایی داشته باشد. بارز دوکاس توضیح می‌دهد که دلیل این راندمان بالا، استفاده از تکنولوژی تشدید مغناطیسی با تشدیدکننده‌های کم تلفات است، که باعث می‌شود انرژی به بهترین شکل ممکن منتقل شود.

ممکن است این سوال پیش بیاید که: آیا شارژ سیمی لزوماً کارآمدتر است؟

پاسخ این است که نه همیشه. حتی شارژرهای سیمی که به دیوار متصل می‌شوند، معمولاً راندمان بین 80 تا 90 درصد دارند و عوامل مختلفی مثل نوع کابل و سازنده می‌توانند راندمان را تغییر دهند. بنابراین، شارژر بی‌سیم خودرو برقی به‌خوبی از پس کارایی برمی‌آید و در برخی مواقع از شارژ سیمی هم بهتر عمل می‌کند.

بیشتر بخوانید: آشنایی با انواع باتری خودروهای برقی

ویژگی منحصر به فرد شارژر بی‌سیم خودرو برقی چیست؟

صنعت شارژر بی‌سیم خودرو برقی در سال‌های اخیر به‌شدت رشد کرده است. بر اساس گزارش‌ها، ارزش بازار جهانی ایستگاه‌های شارژ بی‌سیم در سال 2022 به 11.9 میلیارد دلار رسید و پیش‌بینی می‌شود تا سال 2027 به 76.9 میلیارد دلار برسد. این رشد چشمگیر به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فرد شارژر بی‌سیم خودرو برقی است. از جمله مزایای این فناوری، راحتی در استفاده، ایمنی بیشتر، کاهش استهلاک تجهیزات و تغییر بنیادی در تعامل ما با خودروهای الکتریکی است. شارژر بی‌سیم خودرو برقی نیاز به کابل‌ها و اتصالات سنگین را حذف می‌کند و فقط کافی است ماشین را پارک کنید تا به‌صورت خودکار شارژ شود.

یک نمونه موفق از شارژر بی‌سیم خودرو برقی

بوگدان پروکا، مدیر مهندسی در InductIVE، یکی از شرکت‌های پیشرو در تولید شارژر بی‌سیم، به مزایای این فناوری اشاره می‌کند. او تجربه نصب شارژر بی‌سیم خودرو برقی برای اتوبوس‌های حمل‌ونقل عمومی در آمریکا را مثال می‌زند. در سیستم‌های سنتی، اتوبوس‌ها باید یک بار کامل شارژ شوند و تا اتمام شارژ باتری دوباره شارژ نمی‌شوند. این باعث می‌شود که در مسیرهای طولانی نیاز به اتوبوس دوم باشد. اما با شارژر بی‌سیم خودرو برقی که در ایستگاه‌های توقف مکرر نصب شده است، اتوبوس‌ها می‌توانند در هر توقف مقداری از باتری خود را شارژ کنند، بدون نیاز به قطع و وصل کردن کابل‌های سنگین. این روش نه تنها هزینه‌های عملیاتی را کاهش می‌دهد، بلکه نیاز به خرید اتوبوس‌های اضافی را هم حذف می‌کند.  با این فناوری، یک اتوبوس می‌تواند به راحتی یک شیفت کامل را پوشش دهد و حتی در ایستگاه‌هایی که مشترک هستند، این سیستم کارایی بیشتری خواهد داشت.

بیشتر بخوانید: با اجزای داخلی باتری خودرو برقی آشنا شوید!

عمده مزایای شارژر بی‌سیم خودرو برقی

فناوری شارژر بی‌سیم خودرو برقی، با رشد چشمگیر خود، به یکی از راهکارهای محبوب و مدرن در صنعت خودروسازی تبدیل شده است. اما دلیل این استقبال چه می‌تواند باشد؟ بیایید با هم مزایای این تکنولوژی را بررسی کنیم.

1. راحتی و شارژ ساده

شارژر بی‌سیم خودرو برقی به طرز چشمگیری راحتی و سادگی را به ارمغان می‌آورد. اگر شما صاحب یک خودروی برقی باشید یا یک ناوگان خودروهای برقی را مدیریت کنید، احتمالاً با زحمات کابل‌کشی شارژهای سنتی آشنا هستید. باید کابل را بردارید، پورت شارژ را پیدا کنید، آن را به دقت وصل کنید و از ایمنی آن مطمئن شوید. این فرآیند، به‌ویژه در شرایط آب و هوایی نامساعد، مثل روزهای بارانی یا سرد، می‌تواند زمان‌بر و حتی خطرناک باشد. اما با شارژر بی‌سیم خودرو برقی دیگر نیازی به این مراحل پر زحمت نیست. این سیستم از فناوری القایی استفاده می‌کند. کافی است ماشین را روی پد شارژ پارک کنید و در کمتر از چند ثانیه، شارژ به‌طور خودکار آغاز می‌شود. این سادگی در فرآیند شارژ، زمان و تلاش را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد. به‌ویژه برای ناوگان‌های بزرگ یا ایستگاه‌های شارژ عمومی، این سیستم یک راه‌حل ایده‌آل است و رانندگان را از دغدغه‌های کابل‌کشی بی‌نیاز می‌کند.

بیشتر بخوانید: آشنایی با خودروهای خودران، از رویا تا واقعیت!

2. ایمنی و دوام

ایمنی در هر فرآیندی که با برق سر و کار دارد، اهمیت بالایی دارد. شارژرهای سنتی که به وسیله کابل کار می‌کنند، کانکتورها و کابل‌ها را در معرض عواملی مثل آب و هوا، خرابی‌های احتمالی و حتی خرابکاری قرار می‌دهند. این آسیب‌ها می‌توانند خطراتی مثل برق‌گرفتگی یا خرابی سیستم را به همراه داشته باشند. در مقابل، شارژر بی‌سیم خودرو برقی این مشکلات را برطرف می‌کند. از آنجا که هیچ کابل یا کانکتوری در معرض خطر نیست، ریسک‌های ناشی از آسیب‌های فیزیکی و برق‌گرفتگی به حداقل می‌رسد. پد شارژ این سیستم به‌گونه‌ای طراحی شده است که بتواند شرایط جوی سخت و فشارهای سنگین را تحمل کند. این ساختار مستحکم و بادوام تضمین می‌کند که زیرساخت‌های شارژ شما در برابر گذر زمان و شرایط محیطی مقاوم باقی بمانند.

بیشتر بخوانید: با سطوح مختلف خودروهای خودران آشنا شوید

3. کاهش سایش

در شارژهای سنتی، رانندگان باید هر روز چندین بار کابل‌ها را به پورت شارژ متصل و جدا کنند. این کار مداوم، در طول زمان به کابل‌ها و پورت شارژ خودرو آسیب می‌رساند. نتیجه این استهلاک، کاهش راندمان شارژ و افزایش هزینه‌های تعمیر و نگهداری است.

اما با استفاده از شارژر بی‌سیم خودرو برقی، دیگر نیازی به اتصال فیزیکی نیست. این یعنی سایش و پارگی کابل‌ها و پورت‌های شارژ به‌کلی حذف می‌شود. این مزیت به طور مستقیم باعث افزایش عمر مفید اجزای شارژ و کاهش هزینه‌های نگهداری برای دارندگان خودروهای برقی و مدیران ناوگان می‌شود. برخی از مزایای شارژ بی‌سیم خودرو برقی این است که باران، برف و دمای بسیار گرم یا سرد بر انتقال انرژی تاثیر نمی‌گذارند. در بیشتر موارد، هزینه‌های عملیاتی شارژ بی‌سیم خودرو برقی کمتر از شارژ سیمی است. هزینه‌های تغییر به بی‌سیم حدود 50 درصد در سال کاهش می یابد و هزینه کل مالکیت معمولاً 30 درصد کمتر است.

راندمان و کارایی شارژر بی‌سیم خودرو برقی؛ بیشتر از آنچه که فکر می‌کنید!

شاید شنیده باشید که شارژر بی‌سیم خودرو برقی به اندازه شارژهای متصل کارآمد نیست، اما این روزها، فناوری شارژ بی‌سیم آنقدر پیشرفته شده که دیگر چنین تصوری درست نیست. در واقع، با وجود پیشرفت‌های اخیر، شارژرهای بی‌سیم به‌طور چشمگیری در انتقال انرژی بهینه عمل می‌کنند و عملکردی مشابه یا حتی بهتر از شارژرهای سنتی دارند.

بیشتر بخوانید: موقعیت‌یابی در خودروهای خودران؛ رانندگی با دقت بی‌نهایت!

1. کارایی بهبود یافته و سرعت شارژ

قبلاً شاید این نگرانی وجود داشت که شارژر بی‌سیم خودرو برقی به دلیل مقاومت کابل و اتصالات ناقص، بازدهی کمتری داشته باشد. این مشکلات می‌توانستند باعث هدررفت انرژی و افزایش زمان شارژ شوند. اما با پیشرفت‌های اخیر در فناوری شارژ القایی، این سیستم‌ها اکنون قادرند انرژی را به‌طور بسیار کارآمد و بدون هیچ تماسی منتقل کنند. امروزه، شارژرهای بی‌سیم بازدهی حدود 90 درصدی دارند که برابر با شارژرهای متصل است. همچنین، این سیستم‌ها به‌طور هوشمند توان خروجی را بر اساس وضعیت شارژ باتری تنظیم می‌کنند. به این معنا که هر چقدر باتری خودروی شما پرتر باشد، شارژ با دقت و سرعت بیشتری تنظیم می‌شود و در نتیجه زمان کلی شارژ کاهش می‌یابد. در نهایت، شارژر بی‌سیم خودرو برقی دیگر از نظر سرعت و کارایی هیچ چیزی از شارژرهای سیمی کم ندارد.

بیشتر بخوانید: تاریخچه‌ای مختصر از وسایل نقلیه برقی

3. استانداردهای جهانی و همکاری تسلا

یکی از مسائل مهم در گذشته برای شارژر بی‌سیم خودرو برقی، نبود استانداردهای مشخص بود. رانندگان اغلب با ناسازگاری‌های سخت‌افزاری، کابل‌ها، و نرم‌افزارها روبه‌رو می‌شدند که فرایند شارژ را پیچیده می‌کرد. اما حالا با همگرایی استانداردهای جهانی و همکاری شرکت‌های بزرگی مثل تسلا، این چالش‌ها برطرف شده‌اند.

استاندارد SAE J2954 توسط سازمان SAE International تصویب شده و تمام الزامات سیستم‌های شارژ بی‌سیم را مشخص می‌کند. این استاندارد جهانی، به همراه تایید رسمی تسلا برای کار بر روی یک شارژر بی‌سیم خودرو برقی خانگی، نشان‌دهنده رشد تقاضا و پذیرش گسترده این فناوری است. اکنون دیگر نیازی به نگرانی درباره ناسازگاری‌ها یا مشکلات شارژ نخواهید داشت.

بیشتر بخوانید: رانندگی با خودروهای متصل، تجربه‌ای ایمن و نوین

شارژ بی‌سیم خودرو برقی، یک تغییر متفاوت!

شارژ بی‌سیم خودرو برقی نشان دهنده یک پارادایم جدید در دنیای خودروهای برقی است. مزایای متعدد آن، از جمله راحتی، ایمنی، کاهش سایش و پارگی، افزایش راندمان، و پتانسیل شارژ خودکار و ...  آن را به جایگزینی برتر برای شارژ سنتی برقی تبدیل کرده است. همانطور که فناوری همچنان در حال تکامل است، شارژ بی‌‍سیم خودرو برقی آماده است تا به استانداردی برای سوخت‌گیری خودروهای برقی تبدیل شود و ما را به سمت آینده ای سوق دهد که در آن شارژ وسیله نقلیه الکتریکی شما مانند پارک کردن آن آسان باشد.

شارژر بی‌سیم خودرو برقی در هر نوع شرایط آب و هوایی و نیز با مزایای اقتصادی بهتر کار می‌کند.

بیشتر بخوانید: کاربرد یادگیری عمیق در خودروهای متصل

سوالات متداول

1. شارژر بی‌سیم خودرو برقی چیست؟

شارژر بی‌سیم خودرو برقی، بدون کابل، خودروها را با استفاده از فناوری القایی شارژ می‌کند.

2. مزایای شارژر بی‌سیم خودرو برقی چیست؟

شارژر بی‌سیم خودرو برقی ساده، راحت و ایمن است، نیاز به کابل‌کشی و اتصال فیزیکی ندارد.

3. شارژر بی‌سیم خودرو برقی چگونه کار می‌کند؟

شارژر بی‌سیم خودرو برقی با القای الکتریسیته از طریق سیم‌پیچ‌های القایی، باتری خودرو را شارژ می‌کند.

بیشتر بخوانید: معرفی زیرساخت‌های به کار رفته در خودرو متصل

[1] https://www.energysage.com/ev-charging/wireless-ev-charging/

[2] https://www.energysage.com/ev-charging/wireless-ev-charging/

[3] https://www.inductev.com/blog/why-wireless-ev-charging-is-superior-to-plugged-ev-charging-rmf44