خودروهای برقی طی سال های اخیر به یکی از مهم ترین روندهای صنعت خودروسازی تبدیل شده اند. دغدغه ی اصلی کاربران در انتخاب یک خودروی برقی، علاوه بر مسافت قابل پیمایش، مسئله ی مدت زمان شارژ خودروی برقی است. برخلاف خودروهای بنزینی یا دیزلی که ظرف چند دقیقه سوخت گیری می شوند، شارژ خودروی الکتریکی بسته به شرایط مختلف می تواند از چند ده دقیقه تا چندین ساعت طول بکشد. همین تفاوت باعث می شود بسیاری از خریداران هنگام تصمیم گیری به دنبال اطلاعات دقیق و قابل اعتماد درباره ی نحوه محاسبه ی زمان شارژ باتری باشند.

مدت زمان شارژ نه تنها بر تجربه ی رانندگی تأثیر می گذارد، بلکه بر برنامه ریزی سفر، هزینه های انرژی، و حتی انتخاب مدل خودرو یا ایستگاه شارژ نیز اثرگذار است. به همین دلیل لازم است پارامترهایی مانند ظرفیت باتری، توان شارژر، نوع باتری، ظرفیت خالص و ناخالص و شرایط محیطی به دقت بررسی شوند. در این مقاله، با رویکردی تخصصی و جامع، به بررسی همه ی این عوامل می پردازیم و روش محاسبه ی مدت زمان شارژ را به طور شفاف توضیح می دهیم.

پارامترهای مؤثر بر زمان شارژ

پیش از آنکه وارد بحث جزئی تر شویم، باید بدانیم چه عواملی تعیین کننده ی اصلی در مدت زمان شارژ خودروی برقی هستند. برخلاف تصور عمومی که گمان می کند همه ی خودروهای الکتریکی یکسان شارژ می شوند، واقعیت این است که زمان شارژ تحت تأثیر مجموعه ای از متغیرهای فنی و محیطی قرار دارد.

از مهم ترین این عوامل می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ظرفیت کل باتری خودرو
• ظرفیت قابل استفاده (Net) در مقایسه با ظرفیت ناخالص (Gross)
• توان خروجی ایستگاه شارژ یا شارژر خانگی
• نوع جریان AC یا DC
• تکنولوژی مدیریت انرژی در خودرو
• شرایط دما و سلامت باتری

این پارامترها در کنار یکدیگر تعیین می کنند که شارژ باتری از سطح مشخصی تا پر شدن کامل چه مدت به طول انجامد. به همین دلیل، یک خودروی برقی ممکن است در ایستگاه شارژ سریع تنها در ۳۰ دقیقه به ۸۰٪ برسد، در حالی که همان خودرو در شارژر خانگی شبانه بیش از ۸ ساعت زمان نیاز داشته باشد.

پارامترهای خطی مدت زمان شارژ خودروی برقی

وقتی صحبت از مدت زمان شارژ خودروی برقی می شود، در واقع با یک رابطه ی ساده ی ریاضی مواجهیم:

مدت زمان شارژ = ظرفیت باتری ÷ توان شارژر

البته این فرمول در ساده ترین حالت خود بیان شده و در عمل پارامترهای دیگری مانند راندمان شارژ و محدودیت های سیستم مدیریت باتری (BMS) نیز دخالت دارند. اما برای محاسبات پایه، این رابطه بهترین نقطه ی شروع است.

برای مثال، اگر خودرویی باتری با ظرفیت ۶۰ کیلووات ساعت داشته باشد و از شارژری با توان ۷.۴ کیلووات استفاده کند، مدت زمان شارژ آن حدود ۸ ساعت خواهد بود. اما اگر همین خودرو به یک شارژر ۱۰۰ کیلوواتی متصل شود، زمان شارژ به کمتر از یک ساعت کاهش پیدا می کند.

این تفاوت نشان می دهد که محاسبه ی مدت زمان شارژ باید همیشه با توجه به ظرفیت واقعی باتری و توان شارژر انجام شود. در ادامه، جزئیات بیشتری درباره ی ظرفیت ناخالص و خالص باتری و نحوه ی اثرگذاری آن ها بر زمان شارژ بررسی خواهیم کرد.

ظرفیت باتری

ظرفیت باتری یکی از اصلی ترین شاخص ها در تعیین زمان شارژ است. باتری خودروهای برقی معمولاً با واحد کیلووات ساعت (kWh) معرفی می شوند. این عدد نشان می دهد که باتری چه میزان انرژی الکتریکی را می تواند ذخیره کند.

برای درک بهتر، می توان ظرفیت باتری را مشابه با حجم باک سوخت در خودروهای بنزینی دانست. هرچه ظرفیت بیشتر باشد، خودرو مسافت طولانی تری طی می کند، اما شارژ آن نیز زمان بیشتری نیاز خواهد داشت.

به عنوان مثال:

• باتری ۴۰ کیلووات ساعت:

این نوع باتری در مدت زمان بسیار کوتاه تری شارژ شده و برای رانندگی شهری بسیار مناسب است.

• باتری ۷۵ کیلووات ساعت:

این مدل از باتری ها مدت شارژ بیشتری داشته و برای پیمایش طولانی تر در سفرهای بین شهری نیز قابل استفاده است.

در جدول زیر نمونه ای از ارتباط بین ظرفیت باتری و زمان تقریبی شارژ در شارژر خانگی ۷ کیلووات آورده شده است:

همان طور که مشخص است، افزایش ظرفیت باتری مستقیماً زمان شارژ را طولانی تر می کند. البته این موضوع زمانی اهمیت بیشتری می یابد که ظرفیت ناخالص و خالص را نیز در نظر بگیریم.

ظرفیت «ناخالص» (Gross) باتری

ظرفیت ناخالص باتری به معنای کل انرژی ذخیره سازی است که سازنده برای باتری در نظر گرفته است. به بیان ساده، این همان عددی است که معمولاً در مشخصات فنی خودرو ذکر می شود.

اما نکته ی مهم اینجاست که خودروهای برقی به دلایل ایمنی و افزایش طول عمر باتری، هیچ گاه از کل ظرفیت ناخالص استفاده نمی کنند. بخشی از باتری همیشه خالی یا ذخیره نگه داشته می شود تا مانع از فرسودگی زودرس یا آسیب به سلول ها گردد.

برای مثال، ممکن است یک خودرو باتری با ظرفیت ناخالص ۷۷ کیلووات ساعت داشته باشد، اما تنها ۷۲ کیلووات ساعت آن در اختیار راننده قرار بگیرد. این تفاوت ظریف در محاسبه ی زمان شارژ تأثیرگذار است و اگر فقط ظرفیت ناخالص را مبنا بگیریم، زمان واقعی شارژ کمی کوتاه تر خواهد بود.

ظرفیت «خالص» (Net) باتری

ظرفیت خالص همان مقداری است که کاربر واقعاً می تواند برای رانندگی از آن استفاده کند. این مقدار همان چیزی است که باید در محاسبات دقیق تر مورد استفاده قرار گیرد.

وقتی از مدت زمان شارژ خودروی برقی صحبت می کنیم، باید ظرفیت خالص را در نظر بگیریم، زیرا این مقدار بیانگر انرژی قابل استفاده توسط راننده است. اگر محاسبات را بر اساس ظرفیت ناخالص انجام دهیم، نتیجه ی به دست آمده دقیق نخواهد بود.

مثالی ساده:

• ظرفیت ناخالص: ۷۷ kWh
• ظرفیت خالص: ۷۲ kWh
• توان شارژر: ۱۱ kW

محاسبه با ظرفیت ناخالص: ۷۷ ÷ ۱۱ = ۷ ساعت
محاسبه با ظرفیت خالص: ۷۲ ÷ ۱۱ = ۶.۵ ساعت

این نیم ساعت اختلاف شاید در نگاه اول کوچک به نظر برسد، اما در شرایط واقعی و به ویژه در سفرهای طولانی می تواند اهمیت زیادی پیدا کند.

توان شارژر

عامل مهم دیگر، توان شارژر است که مشخص می کند انرژی با چه سرعتی وارد باتری می شود. توان شارژرها معمولاً بر حسب کیلووات (kW) بیان می شود و بسته به نوع شارژر و محل نصب می تواند تفاوت زیادی داشته باشد.

انواع متداول شارژرها عبارتند از:

• شارژر خانگی AC ۳.۷ تا ۷.۴ کیلووات:

این مدل از شارزر ها برای شارژ شبانه مناسب است.

• شارژر AC عمومی (۱۱ تا ۲۲ کیلووات):

زمان شارژ این نوع شارژر متوسط بوده و  معمولاً در پارکینگ ها و مراکز خرید مورد استفاده قرار می گیرد.

• شارژر سریع DC ۵۰ تا ۱۵۰ کیلووات:

با استفاده از این شارژر می توان شاهد کاهش چشمگیر زمان شارژ بود. این شارژر مناسب برای سفرهای بین شهری می باشد.

• فوق سریع DC ۳۵۰ کیلووات و بیشتر:

فناوری های جدید که می توانند در کمتر از ۲۰ دقیقه باتری را تا ۸۰٪ شارژ کنند.

جدول زیر نمونه ای از تأثیر توان شارژر بر مدت زمان شارژ خودروی برقی با باتری ۶۰ کیلووات ساعت را نشان می دهد:

همان طور که مشاهده می شود، افزایش توان شارژر رابطه ای معکوس با زمان شارژ دارد.

حداکثر توان ورودی خودرو

وقتی درباره ی مدت زمان شارژ خودروی برقی صحبت می کنیم، تنها توان شارژر عامل محدودکننده نیست. خود خودرو نیز محدودیتی به نام «حداکثر توان ورودی» دارد. این عدد نشان می دهد که سیستم مدیریت انرژی خودرو (BMS) و سخت افزار آن تا چه مقدار توان الکتریکی را می توانند دریافت و مدیریت کنند.

برای مثال، اگر خودرویی تنها توانایی پذیرش ۱۰۰ کیلووات را داشته باشد، حتی اگر آن را به شارژر ۳۵۰ کیلووات متصل کنید، توان دریافتی از ۱۰۰ کیلووات فراتر نخواهد رفت. این موضوع یکی از دلایل اصلی اختلاف میان تبلیغات شارژرهای فوق سریع و تجربه ی واقعی کاربران است.

برخی خودروها با فناوری های پیشرفته تر امکان دریافت توان بالاتری دارند. به همین دلیل، هنگام خرید خودرو برقی باید علاوه بر توان شارژرهای در دسترس، به حداکثر توان ورودی خودرو نیز توجه کرد. این عامل مستقیماً بر مدت زمان شارژ تأثیر می گذارد و گاهی باعث می شود خودروهای مختلف با باتری های مشابه، زمان شارژ متفاوتی داشته باشند.

درصد شروع و پایان شارژ

نکته ی مهم دیگر در محاسبه ی مدت زمان شارژ، درصدی است که فرآیند از آن شروع می شود و جایی که به پایان می رسد. در بسیاری از موارد، راننده نیازی ندارد باتری را از صفر تا صد درصد شارژ کند. بلکه شارژ از سطحی مثل ۲۰٪ شروع شده و تا حدود ۸۰٪ ادامه می یابد.

علت این موضوع آن است که فرآیند شارژ در بخش های پایانی (۸۰ تا ۱۰۰٪) کندتر می شود. سیستم مدیریت باتری برای جلوگیری از آسیب و افزایش ایمنی، در این محدوده سرعت شارژ را کاهش می دهد. بنابراین شارژ از ۸۰ تا ۱۰۰٪ می تواند تقریباً به اندازه ی شارژ از ۲۰ تا ۸۰٪ زمان ببرد.

به همین دلیل در بسیاری از تبلیغات شارژ سریع، زمان مورد نیاز برای رساندن باتری از ۱۰ یا ۲۰٪ به ۸۰٪ اعلام می شود، نه شارژ کامل. این روش هم در عمل کاربردی تر است و هم برای سلامت باتری مفیدتر خواهد بود.

بازده شارژ

هیچ فرآیند انتقال انرژی در جهان صددرصد بازده ندارد و شارژ خودروهای برقی نیز از این قاعده مستثنی نیست. هنگام شارژ، بخشی از انرژی به صورت گرما هدر می رود یا در مسیر شارژر تا باتری از دست می رود. این موضوع باعث می شود که بازده شارژ در حدود ۸۵ تا ۹۵ درصد باشد.

برای محاسبه ی دقیق مدت زمان شارژ خودروی برقی باید این عامل را در نظر گرفت. برای مثال اگر شارژری با توان ۱۱ کیلووات دارید و بازده سیستم ۹۰٪ باشد، توان واقعی مؤثر تنها ۹.۹ کیلووات خواهد بود. در نتیجه زمان شارژ کمی بیشتر از حالت ایده آل خواهد شد.

عوامل متعددی می توانند بر بازده شارژ اثر بگذارند:

• کیفیت کابل و تجهیزات شارژ
• دمای محیط (سرمای شدید یا گرمای زیاد)
• سلامت باتری و سلول های داخلی
• طراحی سیستم مدیریت حرارتی خودرو

در نتیجه، بازده بالا علاوه بر صرفه جویی در انرژی، نقش مهمی در کوتاه تر شدن مدت زمان شارژ ایفا می کند.

فرسودگی باتری

یکی از چالش های بلندمدت خودروهای برقی، پدیده ی فرسودگی یا کاهش ظرفیت باتری در گذر زمان است. با افزایش سن خودرو و تعداد دفعات شارژ و دشارژ، بخشی از ظرفیت اولیه ی باتری از دست می رود. این کاهش ظرفیت به طور مستقیم بر زمان شارژ و مسافت پیمایش اثر می گذارد.

وقتی باتری جدید است، ظرفیت خالص آن نزدیک به ظرفیت اسمی خواهد بود و مدت زمان شارژ بر اساس محاسبات اولیه به دست می آید. اما پس از چند سال، ممکن است ظرفیت قابل استفاده ۱۰ تا ۲۰ درصد کمتر شود. در این حالت:

• از یک سو مدت زمان شارژ کاهش می یابد (چون انرژی کمتری باید ذخیره شود).
• از سوی دیگر مسافت پیمایش خودرو نیز کاهش خواهد یافت.

این کاهش ظرفیت به معنای آن است که خودرو سریع تر شارژ می شود، اما در عوض زودتر نیاز به شارژ مجدد پیدا می کند. از دید کاربران، این موضوع می تواند تجربه ی رانندگی را تغییر دهد و اهمیت ایستگاه های شارژ در دسترس را بیشتر کند.

برای کاهش سرعت فرسودگی باتری، رعایت نکاتی مانند جلوگیری از شارژ مکرر تا ۱۰۰٪، پرهیز از تخلیه کامل باتری و پرهیز از استفاده ی بیش از حد از شارژ سریع توصیه می شود. این اقدامات کمک می کنند تا خودرو مدت بیشتری ظرفیت واقعی خود را حفظ کند و تجربه ی شارژ بهینه تر باقی بماند.

پارامترهای غیرخطی مدت زمان شارژ خودروی برقی

تا اینجا درباره پارامترهای خطی مانند ظرفیت باتری و توان شارژر صحبت کردیم. اما واقعیت این است که مدت زمان شارژ خودروی برقی همیشه یک رابطه ی خطی ساده نیست. عوامل غیرخطی می توانند سرعت شارژ را در مراحل مختلف تغییر دهند.

برای مثال، حتی اگر توان شارژر ثابت بماند، خودرو در تمام طول شارژ انرژی را با یک نرخ ثابت دریافت نمی کند. سیستم مدیریت باتری برای حفظ ایمنی و افزایش عمر سلول ها، جریان ورودی را در شرایط خاص کاهش می دهد. این رفتار غیرخطی یکی از دلایلی است که محاسبات تئوری همیشه با تجربه ی واقعی متفاوت است.

دما

دما یکی از مهم ترین عوامل غیرخطی در شارژ باتری های لیتیوم یون است. باتری ها در بازه ی دمایی بهینه (معمولاً بین ۲۰ تا ۳۰ درجه سانتی گراد) بهترین عملکرد را دارند.

اگر دما بیش از حد پایین باشد:

• واکنش های شیمیایی کند می شوند.
• مقاومت داخلی باتری افزایش می یابد.
• جریان شارژ کاهش پیدا می کند.

اگر دما بیش از حد بالا باشد:

• احتمال آسیب به سلول ها افزایش می یابد.
• سیستم مدیریت حرارتی خودرو برای جلوگیری از داغ شدن، سرعت شارژ را محدود می کند.

به همین دلیل در روزهای خیلی سرد یا خیلی گرم، شارژ خودرو ممکن است زمان بیشتری طول بکشد. برخی خودروها به فناوری «پیش گرمایش یا پیش خنک سازی باتری» مجهز هستند تا این مشکل کاهش یابد.

منحنی شارژ باتری

یکی از مفاهیم کلیدی درک مدت زمان شارژ، «منحنی شارژ» است. این منحنی نشان می دهد که نرخ شارژ در طول فرآیند یکسان نیست.

به طور کلی:

• از ۰ تا ۲۰٪: شارژ به تدریج افزایش پیدا می کند.
• از ۲۰ تا ۸۰٪: بیشترین سرعت شارژ اتفاق می افتد.
• از ۸۰ تا ۱۰۰٪: نرخ شارژ کاهش می یابد.

این الگو باعث می شود که رساندن باتری از ۸۰ به ۱۰۰ درصد زمان بیشتری نسبت به تصور اولیه طول بکشد. به همین دلیل بسیاری از خودروسازان و ایستگاه های شارژ سریع، شارژ به ۸۰٪ را به عنوان نقطه ی مرجع معرفی می کنند.

برای رانندگان، درک این منحنی بسیار مهم است. به جای صرف زمان طولانی برای شارژ کامل، اغلب بهتر است پس از رسیدن به ۸۰٪ حرکت کرده و در مسیر دوباره شارژ را تکمیل کنند. این کار هم در وقت صرفه جویی می کند و هم به سلامت باتری کمک می کند.

محاسبه مدت زمان شارژ خودروی برقی

محاسبه ی دقیق مدت زمان شارژ نیازمند ترکیب تمام عوامل خطی و غیرخطی است. در ساده ترین حالت، فرمول زیر استفاده می شود:

مدت زمان شارژ ≈ (ظرفیت خالص باتری ÷ توان شارژر × ۱/بازده)

اما برای رسیدن به تخمین واقعی، باید موارد زیر را نیز در نظر گرفت:

• حداکثر توان ورودی خودرو
• درصد شارژ اولیه و نهایی
• تأثیر منحنی شارژ (کند شدن شارژ در نزدیکی ۱۰۰٪)
• دما و شرایط محیطی

برای نمونه:
خودرویی با ظرفیت خالص ۶۰ kWh و توان ورودی ۱۱ kW، اگر از ۲۰ تا ۸۰٪ شارژ شود و بازده ۹۰٪ داشته باشد:

ظرفیت مورد نیاز = ۶۰ × (۸۰-۲۰) ÷ ۱۰۰ = ۳۶ kWh
زمان ≈ ۳۶ ÷ (۱۱ × ۰.۹) = ۳.۶ ساعت

این مثال نشان می دهد که محاسبه ی علمی می تواند تصویر روشن تری نسبت به اعداد کلی ارائه شده توسط سازندگان به ما بدهد.

نتیجه گیری

موضوع مدت زمان شارژ خودروی برقی یکی از کلیدی ترین پرسش ها در ذهن خریداران و کاربران این فناوری است. همان طور که دیدیم، این زمان تحت تأثیر مجموعه ای از عوامل خطی (مانند ظرفیت باتری و توان شارژر) و غیرخطی (مانند دما و منحنی شارژ) قرار دارد.

مهم ترین نکات را می توان چنین خلاصه کرد:

• ظرفیت خالص باتری شاخص اصلی در محاسبه است.
• توان شارژر تنها در محدوده ی توان ورودی خودرو مؤثر خواهد بود.
• شارژ سریع تا ۸۰٪ کارآمدتر و بهینه تر از شارژ کامل است.
• دما و شرایط محیطی می توانند سرعت شارژ را تغییر دهند.
• فرسودگی باتری در بلندمدت باعث تغییر تجربه ی شارژ می شود.

با شناخت دقیق این پارامترها، رانندگان می توانند برنامه ریزی بهتری برای استفاده از خودروهای برقی داشته باشند و از زمان خود حداکثر بهره وری را ببرند.

سوالات متداول

۱. آیا همیشه بهتر است باتری خودرو برقی را تا ۱۰۰٪ شارژ کنیم؟
خیر. شارژ کامل تنها در مواقعی که مسافت طولانی در پیش دارید توصیه می شود. در استفاده ی روزانه، شارژ بین ۲۰ تا ۸۰٪ بهترین تعادل را بین زمان و سلامت باتری ایجاد می کند.

۲. چرا مدت زمان شارژ در زمستان بیشتر می شود؟
زیرا در دماهای پایین واکنش های شیمیایی داخل سلول ها کندتر می شوند و سیستم مدیریت انرژی برای محافظت از باتری، سرعت شارژ را کاهش می دهد.

۳. آیا محاسبه مدت زمان شارژ دقیقاً قابل پیش بینی است؟
خیر. هرچند فرمول های ریاضی می توانند تخمینی مناسب بدهند، اما عوامل غیرخطی مانند دما، منحنی شارژ و سلامت باتری باعث می شوند زمان واقعی کمی متفاوت از محاسبات تئوری باشد.