क्या एक इलेक्ट्रिक कार बैटरी और मोटर को असेंबल करने जितनी ही सरल है

समय सही है और जगह सही है, और सभी चीनी इलेक्ट्रिक वाहन कंपनियों का कब्जा है। ऐसा लगता है कि चीन दुनिया के इलेक्ट्रिक वाहन उद्योग का केंद्र बन गया है।

वास्तव में, जर्मनी में, यदि आपकी इकाई चार्जिंग पाइल्स प्रदान नहीं करती है, तो आपको स्वयं एक चार्जिंग पाइल्स खरीदने की आवश्यकता हो सकती है। दरवाजे पर. हालाँकि, हम हमेशा इस बात पर चर्चा करते रहते हैं कि इतनी सारी उत्कृष्ट जर्मन कार कंपनियाँ टेस्ला क्यों नहीं बना सकती हैं, और अब इसके कारणों का पता लगाना मुश्किल नहीं है।

2014 में, म्यूनिख के तकनीकी विश्वविद्यालय के प्रोफेसर लिएनकैंप ने एक नई पुस्तक "स्टेटस ऑफ़ इलेक्ट्रिकल मोबिलिटी 2014" प्रकाशित की, जो मुफ़्त और समाज के लिए खुली है, और कहा: "हालांकि इलेक्ट्रिक वाहनों में विभिन्न दोष हैं, मैंने कभी ऐसी कार नहीं देखी है उनके पास पहले से ही एक इलेक्ट्रिक मोबिलिटी है। कार का ड्राइवर, पारंपरिक कार को फिर से अपनाता है। यहां तक ​​कि सबसे आम इलेक्ट्रिक कार भी आपको ड्राइविंग का आनंद देती है, जो गैसोलीन कार से बेजोड़ है। ऐसी कार वास्तव में कार मालिक को पारंपरिक कारों की बाहों में वापस फेंकने के लिए नवीनीकृत नहीं कर सकती है?

जैसा कि हम सभी जानते हैं, इलेक्ट्रिक वाहन का दिल बैटरी है।

एक साधारण इलेक्ट्रिक वाहन के लिए, यूरोपीय मानक परीक्षण के तहत, प्रति 100 किलोमीटर पर ऊर्जा खपत लगभग 17kWh, यानी 17 kWh है। डॉ. थॉमस पेस ने इष्टतम विन्यास के तहत कॉम्पैक्ट वाहनों की ऊर्जा खपत का अध्ययन किया। लागत पर विचार किए बिना, मौजूदा उपलब्ध तकनीक का उपयोग करके प्रति 100 किलोमीटर पर प्राप्त इष्टतम ऊर्जा खपत 15kWh से थोड़ी अधिक है। इसका मतलब यह है कि अल्पावधि में, अतिरिक्त लागत पर विचार किए बिना भी, कार की दक्षता को अनुकूलित करके ऊर्जा खपत को कम करने की कोशिश की जाती है, ऊर्जा बचत प्रभाव अपेक्षाकृत छोटा है।

उदाहरण के तौर पर टेस्ला के 85kWh बैटरी पैक को लें। नाममात्र ड्राइविंग दूरी 500 किमी है। यदि विभिन्न प्रयासों से ऊर्जा की खपत 15kWh/100km तक कम कर दी जाए, तो ड्राइविंग दूरी 560km तक बढ़ाई जा सकती है। इसलिए, यह कहा जा सकता है कि कार की बैटरी लाइफ बैटरी पैक की क्षमता के समानुपाती होती है, और आनुपातिक गुणांक अपेक्षाकृत निश्चित होता है। इस दृष्टिकोण से, इलेक्ट्रिक वाहनों के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए उच्च ऊर्जा घनत्व वाली बैटरियों का उपयोग (दोनों ऊर्जा Wh/किग्रा प्रति यूनिट वजन और ऊर्जा Wh/L प्रति यूनिट वॉल्यूम पर विचार करने की आवश्यकता है) का बहुत महत्व है, क्योंकि इलेक्ट्रिक वाहनों में बैटरी कुल वजन का एक बड़ा हिस्सा घेरती है।

सभी प्रकार की लिथियम-आयन बैटरियां सबसे अधिक प्रत्याशित और सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली बैटरियां हैं। ऑटोमोबाइल में उपयोग की जाने वाली लिथियम बैटरियों में मुख्य रूप से निकल कोबाल्ट लिथियम मैंगनेट टर्नरी बैटरी (एनसीएम), निकल कोबाल्ट लिथियम एल्यूमिनेट बैटरी (एनसीए) और लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी (एलपीएफ) शामिल हैं।

1. निकेल-कोबाल्ट लिथियम मैंगनेट टर्नरी बैटरी एनसीएमइसकी कम ताप उत्पादन दर, अपेक्षाकृत अच्छी स्थिरता, लंबे जीवन और 150-220Wh/kg की ऊर्जा घनत्व के कारण विदेशों में कई इलेक्ट्रिक वाहनों द्वारा इसका उपयोग किया जाता है।

2. एनसीए निकल-कोबाल्ट एल्यूमिनेट लिथियम बैटरी

टेस्ला इस बैटरी का उपयोग करता है। ऊर्जा घनत्व 200-260Wh/kg पर उच्च है, और जल्द ही 300Wh/kg तक पहुंचने की उम्मीद है। मुख्य समस्या यह है कि वर्तमान में केवल पैनासोनिक ही इस बैटरी का उत्पादन कर सकता है, कीमत अधिक है, और तीन लिथियम बैटरियों में सुरक्षा सबसे खराब है, जिसके लिए उच्च-प्रदर्शन गर्मी लंपटता और बैटरी प्रबंधन प्रणाली की आवश्यकता होती है।

3. एलपीएफ लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी अंत में, आइए घरेलू इलेक्ट्रिक वाहनों में सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली एलपीएफ बैटरी पर नजर डालें। इस प्रकार की बैटरी का सबसे बड़ा नुकसान यह है कि ऊर्जा घनत्व बहुत कम है, जो केवल 100-120Wh/kg तक ही पहुंच सकता है। इसके अलावा, एलपीएफ में स्व-निर्वहन दर भी उच्च है। ईवी निर्माता इनमें से कुछ भी नहीं चाहते हैं। चीन में एलपीएफ को व्यापक रूप से अपनाना महंगी बैटरी प्रबंधन और शीतलन प्रणालियों के लिए घरेलू निर्माताओं द्वारा किए गए समझौते की तरह है - एलपीएफ बैटरियों में बहुत अधिक स्थिरता और सुरक्षा होती है, और खराब बैटरी प्रबंधन प्रणालियों और लंबी बैटरी जीवन के साथ भी स्थिर संचालन सुनिश्चित कर सकती है। इस सुविधा द्वारा लाया गया एक और लाभ यह है कि कुछ एलपीएफ बैटरियों में अत्यधिक उच्च डिस्चार्ज पावर घनत्व होता है, जो वाहन के गतिशील प्रदर्शन में सुधार कर सकता है। इसके अलावा, एलपीएफ बैटरियों की कीमत अपेक्षाकृत कम है, इसलिए यह घरेलू इलेक्ट्रिक वाहनों की मौजूदा कम-अंत और कम कीमत की रणनीति के लिए उपयुक्त है। लेकिन क्या इसे भविष्य की बैटरी तकनीक के रूप में सख्ती से विकसित किया जाएगा, इस पर अभी भी सवालिया निशान बना हुआ है।

एक औसत इलेक्ट्रिक कार की बैटरी कितनी बड़ी होनी चाहिए? क्या यह श्रृंखला और समानांतर में हजारों टेस्ला बैटरियों वाला बैटरी पैक है, या BYD की कुछ बड़ी बैटरियों से निर्मित बैटरी पैक है? यह एक शोधाधीन प्रश्न है, और फिलहाल इसका कोई निश्चित उत्तर नहीं है। यहां केवल बड़ी कोशिकाओं और छोटी कोशिकाओं से बने बैटरी पैक की विशेषताओं का परिचय दिया गया है।

जब बैटरी छोटी होती है, तो बैटरी का कुल ताप अपव्यय क्षेत्र अपेक्षाकृत बड़ा होगा, और पूरे बैटरी पैक के तापमान को उचित ताप अपव्यय डिजाइन के माध्यम से प्रभावी ढंग से नियंत्रित किया जा सकता है ताकि उच्च तापमान को तेज होने और गर्मी से अलग होने से रोका जा सके। बैटरी का जीवन. आम तौर पर, छोटी एकल क्षमता वाली बैटरियों की शक्ति और ऊर्जा घनत्व अधिक होगा। अंत में, और अधिक महत्वपूर्ण बात, आम तौर पर कहें तो, एक बैटरी में जितनी कम ऊर्जा होगी, पूरे वाहन की सुरक्षा उतनी ही अधिक होगी। बड़ी संख्या में छोटी-छोटी सेलों से बना बैटरी पैक, अगर एक भी सेल ख़राब हो जाए, तो बहुत अधिक समस्या नहीं होगी। लेकिन अगर बड़ी क्षमता वाली बैटरी के अंदर कोई समस्या है, तो सुरक्षा खतरा बहुत अधिक है। इसलिए, बड़ी कोशिकाओं को अधिक सुरक्षा उपकरणों की आवश्यकता होती है, जो बड़ी कोशिकाओं से बने बैटरी पैक की ऊर्जा घनत्व को और कम कर देती है।

हालाँकि, टेस्ला के समाधान के साथ, नुकसान भी स्पष्ट हैं। हजारों बैटरियों के लिए अत्यंत जटिल बैटरी प्रबंधन प्रणाली की आवश्यकता होती है, और अतिरिक्त लागत को कम करके नहीं आंका जा सकता। वोक्सवैगन ई-गोल्फ पर प्रयुक्त बीएमएस (बैटरी प्रबंधन प्रणाली), एक उप-मॉड्यूल जो 12 बैटरियों को प्रबंधित करने में सक्षम है, की कीमत $17 है। टेस्ला द्वारा उपयोग की जाने वाली बैटरियों की संख्या के अनुमान के अनुसार, भले ही स्व-विकसित बीएमएस की लागत कम हो, बीएमएस में टेस्ला के निवेश की लागत 5,000 अमेरिकी डॉलर से अधिक है, जो कि लागत का 5% से अधिक है। संपूर्ण वाहन. इस लिहाज से यह नहीं कहा जा सकता कि बड़ी बैटरी अच्छी नहीं है। इस मामले में कि बीएमएस की कीमत में उल्लेखनीय कमी नहीं की गई है, बैटरी पैक का आकार कार की स्थिति के अनुसार निर्धारित किया जाना चाहिए।

इलेक्ट्रिक वाहनों में एक और मुख्य तकनीक के रूप में, मोटर अक्सर चर्चा का केंद्र बन जाती है, विशेष रूप से स्पोर्ट्स कार प्रदर्शन के साथ टेस्ला की तरबूज के आकार की मोटर, जो और भी आश्चर्यजनक है (मॉडल एस मोटर की चरम शक्ति 300 किलोवाट से अधिक तक पहुंच सकती है, अधिकतम) टॉर्क 600Nm है, और अधिकतम शक्ति एक हाई-स्पीड ईएमयू की एकल मोटर की शक्ति के करीब है)। जर्मन ऑटोमोटिव उद्योग के कुछ शोधकर्ताओं ने इस प्रकार टिप्पणी की:

टेस्ला पारंपरिक घटकों (एल्यूमीनियम बॉडी,) के अलावा लगभग कुछ भी उपयोग नहीं करता हैप्रणोदन के लिए अतुल्यकालिक मोटर, हवा के साथ पारंपरिक चेसिस प्रौद्योगिकीसस्पेंशन, ईएसपी और इलेक्ट्रिकल वैक्यूम पंप, लैपटॉप सेल आदि के साथ एक पारंपरिक ब्रेक सिस्टम)

टेस्ला सभी पारंपरिक भागों, एल्यूमीनियम बॉडी, एसिंक्रोनस मोटर्स, पारंपरिक कार संरचना, ब्रेक सिस्टम और लैपटॉप बैटरी आदि का उपयोग करता है।

एकमात्र वास्तविक नवाचार बैटरी को जोड़ने वाली तकनीक में निहित हैसेल, जो बॉन्डिंग तारों का उपयोग करता है जिसे टेस्ला ने पेटेंट कराया है, साथ ही बैटरी भीप्रबंधन प्रणाली जिसे "ओवर द एयर" फ्लैश किया जा सकता है, जिसका अर्थ है किसॉफ़्टवेयर अपडेट प्राप्त करने के लिए वाहन को अब किसी वर्कशॉप तक जाने की आवश्यकता नहीं है।

टेस्ला का एकमात्र प्रतिभाशाली आविष्कार बैटरी को संभालना है। वे एक विशेष बैटरी केबल और एक बीएमएस का उपयोग करते हैं जो सॉफ़्टवेयर को अपडेट करने के लिए फ़ैक्टरी में वापस जाने की आवश्यकता के बिना सीधे वायरलेस नेटवर्किंग को सक्षम बनाता है।

वास्तव में, टेस्ला की उच्च शक्ति घनत्व अतुल्यकालिक मोटर बहुत नई नहीं है। टेस्ला के शुरुआती रोडस्टर मॉडल में, ताइवान के टोमिता इलेक्ट्रिक के उत्पादों का उपयोग किया जाता है, और पैरामीटर मॉडल एस द्वारा घोषित मापदंडों से बहुत अलग नहीं हैं। वर्तमान शोध में, देश और विदेश के विद्वानों के पास कम लागत, उच्च-शक्ति के लिए डिज़ाइन हैं मोटरें जिन्हें शीघ्रता से उत्पादन में लगाया जा सकता है। इसलिए इस क्षेत्र को देखते समय, पौराणिक टेस्ला से बचें - टेस्ला की मोटरें काफी अच्छी हैं, लेकिन इतनी अच्छी नहीं कि कोई और उन्हें बना न सके।

कई मोटर प्रकारों में से, आमतौर पर इलेक्ट्रिक वाहनों में उपयोग की जाने वाली मोटरें मुख्य रूप से एसिंक्रोनस मोटर्स (जिन्हें इंडक्शन मोटर्स भी कहा जाता है), बाहरी रूप से उत्तेजित सिंक्रोनस मोटर्स, स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटर्स और हाइब्रिड सिंक्रोनस मोटर्स हैं। जो लोग मानते हैं कि पहले तीन मोटरों को इलेक्ट्रिक वाहनों के बारे में कुछ ज्ञान है, उनके पास कुछ बुनियादी अवधारणाएँ होंगी। एसिंक्रोनस मोटर्स में कम लागत और उच्च विश्वसनीयता होती है, स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटर्स में उच्च शक्ति घनत्व और दक्षता, छोटे आकार लेकिन उच्च कीमत और जटिल उच्च गति अनुभाग नियंत्रण होता है। .

आपने हाइब्रिड सिंक्रोनस मोटर्स के बारे में कम सुना होगा, लेकिन हाल ही में, कई यूरोपीय मोटर आपूर्तिकर्ताओं ने ऐसी मोटरें उपलब्ध कराना शुरू कर दिया है। बिजली घनत्व और दक्षता बहुत अधिक है, और अधिभार क्षमता मजबूत है, लेकिन नियंत्रण मुश्किल नहीं है, जो इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए बहुत उपयुक्त है।

इस मोटर में कुछ खास नहीं है. स्थायी चुंबक तुल्यकालिक मोटर की तुलना में, स्थायी चुंबक के अलावा, रोटर पारंपरिक तुल्यकालिक मोटर के समान एक उत्तेजना वाइंडिंग भी जोड़ता है। ऐसी मोटर में न केवल स्थायी चुंबक द्वारा लाया गया उच्च शक्ति घनत्व होता है, बल्कि उत्तेजना घुमावदार के माध्यम से जरूरतों के अनुसार चुंबकीय क्षेत्र को समायोजित भी किया जा सकता है, जिसे प्रत्येक गति खंड पर आसानी से नियंत्रित किया जा सकता है। एक विशिष्ट उदाहरण स्विट्जरलैंड में BRUSA द्वारा निर्मित HSM1 श्रृंखला मोटर है। HSM1-10.18.22 विशेषता वक्र नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है। अधिकतम शक्ति 220kW है और अधिकतम टॉर्क 460Nm है, लेकिन इसकी मात्रा केवल 24L (व्यास 30 सेमी और लंबाई 34 सेमी) है और इसका वजन लगभग 76 किलोग्राम है। बिजली घनत्व और टॉर्क घनत्व मूल रूप से टेस्ला के उत्पादों के बराबर है। बेशक, कीमत सस्ती नहीं है. यह मोटर फ़्रीक्वेंसी कनवर्टर से लैस है, और कीमत लगभग 11,000 यूरो है।

इलेक्ट्रिक वाहनों की मांग के लिए, मोटर प्रौद्योगिकी का संचय काफी परिपक्व है। वर्तमान में विशेष रूप से इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए डिज़ाइन की गई मोटर की कमी है, ऐसी मोटर बनाने की तकनीक की नहीं। ऐसा माना जाता है कि बाजार की क्रमिक परिपक्वता और विकास के साथ, उच्च शक्ति घनत्व वाली मोटरें अधिक से अधिक लोकप्रिय हो जाएंगी, और कीमत लोगों के अधिक से अधिक करीब हो जाएगी।

इलेक्ट्रिक वाहनों की मांग के हिसाब से वर्तमान में इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए विशेष रूप से डिजाइन की गई मोटरों की ही कमी है। ऐसा माना जाता है कि बाजार की क्रमिक परिपक्वता और विकास के साथ, उच्च शक्ति घनत्व वाली मोटरें अधिक से अधिक लोकप्रिय हो जाएंगी, और कीमत लोगों के अधिक से अधिक करीब हो जाएगी।

इलेक्ट्रिक वाहनों पर शोध को सार पर लौटने की जरूरत है। इलेक्ट्रिक वाहनों का सार सुरक्षित और किफायती परिवहन है, न कि मोबाइल प्रौद्योगिकी प्रयोगशाला, और इसके लिए सबसे उन्नत और फैशनेबल तकनीक का उपयोग करना आवश्यक नहीं है। अंतिम विश्लेषण में, इसे क्षेत्र की आवश्यकताओं के अनुसार योजनाबद्ध और डिज़ाइन किया जाना चाहिए।

टेस्ला के उद्भव ने लोगों को दिखाया है कि भविष्य इलेक्ट्रिक वाहनों का होना चाहिए। भविष्य के इलेक्ट्रिक वाहन कैसे दिखेंगे और भविष्य में चीन इलेक्ट्रिक वाहन उद्योग में किस स्थान पर होगा यह अभी भी अज्ञात है। यह औद्योगिक कार्य का आकर्षण भी है: प्राकृतिक विज्ञान के विपरीत, यहां तक ​​कि सामाजिक विज्ञान के नियमों द्वारा इंगित अपरिहार्य परिणाम के लिए भी लोगों को कठिन अन्वेषण और प्रयास के माध्यम से इसे प्राप्त करने की आवश्यकता होती है!

(लेखक: म्यूनिख के तकनीकी विश्वविद्यालय में इलेक्ट्रिक वाहन इंजीनियरिंग में पीएचडी उम्मीदवार)