बॅटरी आणि मोटर असेंबल करण्याइतकीच ही इलेक्ट्रिक कार आहे

वेळ योग्य आहे आणि जागा योग्य आहे आणि सर्व चीनी इलेक्ट्रिक वाहन कंपन्यांनी व्यापलेले आहे. चीन हे जगातील इलेक्ट्रिक वाहन उद्योगाचे केंद्र बनलेले दिसते.

खरं तर, जर्मनीमध्ये, जर तुमचे युनिट चार्जिंग पाईल्स देत नसेल, तर तुम्हाला ते स्वतः विकत घ्यावे लागेल. दारात तथापि, आम्ही नेहमी चर्चा करतो की बऱ्याच उत्कृष्ट जर्मन कार कंपन्या टेस्ला का बनवू शकत नाहीत आणि आता कारणे शोधणे कठीण नाही.

2014 मध्ये, टेक्निकल युनिव्हर्सिटी ऑफ म्युनिकचे प्रोफेसर लीनकॅम्प यांनी "स्टेटस ऑफ इलेक्ट्रिकल मोबिलिटी 2014" हे नवीन पुस्तक प्रकाशित केले, जे समाजासाठी विनामूल्य आणि खुले आहे, आणि म्हणाले: "जरी इलेक्ट्रिक वाहनांमध्ये विविध दोष आहेत, मी कधीही अशी कार पाहिली नाही की आधीपासून इलेक्ट्रिक मोबिलिटीची मालकी आहे. कारचा चालक, पारंपारिक कारच्या मिठीत पुन्हा प्रवेश करा. अगदी सामान्य इलेक्ट्रिक कार देखील तुम्हाला ड्रायव्हिंगचा आनंद देते, जो पेट्रोल कारमध्ये अतुलनीय आहे.” अशी कार खरोखरच कार मालकास नूतनीकरण करू शकत नाही पारंपारिक कारच्या बाहूमध्ये परत फेकणे?

आपल्या सर्वांना माहीत आहे की, इलेक्ट्रिक वाहनाचे हृदय बॅटरी असते.

सामान्य इलेक्ट्रिक वाहनासाठी, युरोपियन मानक चाचणी अंतर्गत, प्रति 100 किलोमीटर उर्जेचा वापर सुमारे 17kWh आहे, म्हणजेच 17 kWh. डॉ. थॉमस पेसे यांनी इष्टतम कॉन्फिगरेशन अंतर्गत कॉम्पॅक्ट वाहनांच्या ऊर्जेच्या वापराचा अभ्यास केला. खर्चाचा विचार न करता, सध्याच्या उपलब्ध तंत्रज्ञानाचा वापर करून मिळविलेला प्रति 100 किलोमीटरचा इष्टतम ऊर्जा वापर हा 15kWh पेक्षा किंचित जास्त आहे. याचा अर्थ असा की अल्पावधीत, अतिरिक्त खर्चाचा विचार न करताही, कारची कार्यक्षमता अनुकूल करून ऊर्जेचा वापर कमी करण्याचा प्रयत्न केल्याने, ऊर्जा बचतीचा परिणाम तुलनेने कमी आहे.

उदाहरण म्हणून टेस्लाचा 85kWh बॅटरी पॅक घ्या. नाममात्र ड्रायव्हिंग अंतर 500 किमी आहे. विविध प्रयत्नांद्वारे उर्जेचा वापर 15kWh/100km पर्यंत कमी केल्यास, ड्रायव्हिंग अंतर 560km पर्यंत वाढवता येईल. म्हणून, असे म्हटले जाऊ शकते की कारचे बॅटरी आयुष्य बॅटरी पॅकच्या क्षमतेच्या प्रमाणात आहे आणि आनुपातिक गुणांक तुलनेने निश्चित आहे. या दृष्टिकोनातून, इलेक्ट्रिक वाहनांची कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी उच्च उर्जा घनता असलेल्या बॅटरीचा वापर (ऊर्जा Wh/kg प्रति युनिट वजन आणि ऊर्जा Wh/L प्रति युनिट व्हॉल्यूम दोन्ही विचारात घेणे आवश्यक आहे) खूप महत्त्वाचा आहे, कारण इलेक्ट्रिक वाहने, बॅटरी एकूण वजनाचा मोठा भाग व्यापते.

सर्व प्रकारच्या लिथियम-आयन बॅटरी या सर्वात अपेक्षित आणि सर्वाधिक वापरल्या जाणाऱ्या बॅटरी आहेत. ऑटोमोबाईल्समध्ये वापरल्या जाणाऱ्या लिथियम बॅटरीमध्ये प्रामुख्याने निकेल कोबाल्ट लिथियम मँगनेट टर्नरी बॅटरी (NCM), निकेल कोबाल्ट लिथियम अल्युमिनेट बॅटरी (NCA) आणि लिथियम आयर्न फॉस्फेट बॅटरी (LPF) यांचा समावेश होतो.

1. निकेल-कोबाल्ट लिथियम मँगनेट टर्नरी बॅटरी NCMकमी उष्णता उत्पादन दर, तुलनेने चांगली स्थिरता, दीर्घ आयुष्य आणि 150-220Wh/kg ऊर्जेची घनता यामुळे परदेशातील अनेक इलेक्ट्रिक वाहने वापरतात.

2. NCA निकेल-कोबाल्ट अल्युमिनेट लिथियम बॅटरी

टेस्ला ही बॅटरी वापरते. ऊर्जेची घनता जास्त आहे, 200-260Wh/kg, आणि लवकरच 300Wh/kg पर्यंत पोहोचण्याची अपेक्षा आहे. मुख्य अडचण अशी आहे की सध्या फक्त Panasonic ही बॅटरी तयार करू शकते, किंमत जास्त आहे आणि तीन लिथियम बॅटरीपैकी सुरक्षितता सर्वात वाईट आहे, ज्यासाठी उच्च-कार्यक्षमता उष्णता नष्ट करणे आणि बॅटरी व्यवस्थापन प्रणाली आवश्यक आहे.

3. LPF लिथियम आयर्न फॉस्फेट बॅटरी शेवटी, घरगुती इलेक्ट्रिक वाहनांमध्ये सर्वात जास्त वापरल्या जाणाऱ्या LPF बॅटरी पाहू. या प्रकारच्या बॅटरीचा सर्वात मोठा तोटा म्हणजे ऊर्जा घनता खूपच कमी आहे, जी केवळ 100-120Wh/kg पर्यंत पोहोचू शकते. याव्यतिरिक्त, LPF मध्ये उच्च स्व-डिस्चार्ज दर देखील आहे. यापैकी काहीही ईव्ही निर्मात्यांना नको आहे. चीनमध्ये LPF चा व्यापक अवलंब करणे हे महागड्या बॅटरी व्यवस्थापन आणि कूलिंग सिस्टीमसाठी घरगुती उत्पादकांनी केलेल्या तडजोडीसारखे आहे - LPF बॅटरीमध्ये खूप उच्च स्थिरता आणि सुरक्षितता असते आणि खराब बॅटरी व्यवस्थापन प्रणाली आणि दीर्घ बॅटरी आयुष्य असतानाही ते स्थिर ऑपरेशन सुनिश्चित करू शकतात. या वैशिष्ट्याने आणलेला आणखी एक फायदा म्हणजे काही LPF बॅटऱ्यांमध्ये अत्यंत उच्च डिस्चार्ज पॉवर डेन्सिटी असते, ज्यामुळे वाहनांच्या डायनॅमिक कामगिरीत सुधारणा होऊ शकते. याव्यतिरिक्त, LPF बॅटरीची किंमत तुलनेने कमी आहे, म्हणून ती घरगुती इलेक्ट्रिक वाहनांच्या सध्याच्या कमी-अंत आणि कमी-किंमत धोरणासाठी योग्य आहे. पण भविष्यातील बॅटरी तंत्रज्ञान म्हणून ते जोमाने विकसित होईल की नाही, यावर अद्याप प्रश्नचिन्ह आहे.

सरासरी इलेक्ट्रिक कारची बॅटरी किती मोठी असावी? हा एक बॅटरी पॅक आहे ज्यामध्ये हजारो टेस्ला बॅटरी मालिका आणि समांतर आहेत किंवा BYD मधील काही मोठ्या बॅटरीसह तयार केलेला बॅटरी पॅक आहे? हा एक संशोधनाखालील प्रश्न आहे आणि सध्या कोणतेही निश्चित उत्तर नाही. मोठ्या पेशी आणि लहान पेशींनी बनलेल्या बॅटरी पॅकची फक्त वैशिष्ट्ये येथे सादर केली आहेत.

जेव्हा बॅटरी लहान असते, तेव्हा बॅटरीचे एकूण उष्णतेचे अपव्यय क्षेत्र तुलनेने मोठे असेल आणि संपूर्ण बॅटरी पॅकचे तापमान वाजवी उष्णता अपव्यय डिझाइनद्वारे प्रभावीपणे नियंत्रित केले जाऊ शकते जेणेकरुन उच्च तापमानाचा वेग वाढू नये आणि कमी होऊ नये. बॅटरीचे आयुष्य. साधारणपणे, लहान सिंगल क्षमतेच्या बॅटरीची उर्जा आणि घनता जास्त असेल. शेवटी, आणि अधिक महत्त्वाचे म्हणजे, सर्वसाधारणपणे, एका बॅटरीमध्ये जितकी कमी ऊर्जा असेल तितकी संपूर्ण वाहनाची सुरक्षितता जास्त असते. मोठ्या संख्येने लहान पेशींनी बनलेला एक बॅटरी पॅक, जरी एक सेल अयशस्वी झाला तरी, त्यामुळे जास्त समस्या उद्भवणार नाहीत. परंतु मोठ्या क्षमतेच्या बॅटरीमध्ये समस्या असल्यास, सुरक्षिततेचा धोका जास्त असतो. म्हणून, मोठ्या पेशींना अधिक संरक्षण उपकरणांची आवश्यकता असते, ज्यामुळे मोठ्या पेशींनी बनलेल्या बॅटरी पॅकची ऊर्जा घनता कमी होते.

तथापि, टेस्लाच्या समाधानासह, तोटे देखील स्पष्ट आहेत. हजारो बॅटरींना अत्यंत जटिल बॅटरी व्यवस्थापन प्रणालीची आवश्यकता असते आणि अतिरिक्त खर्च कमी लेखता येणार नाही. फोक्सवॅगन ई-गोल्फवर वापरल्या जाणाऱ्या BMS (बॅटरी मॅनेजमेंट सिस्टीम) 12 बॅटरी व्यवस्थापित करण्यास सक्षम असलेले उप-मॉड्युल, किंमत $17 आहे. टेस्लाने वापरलेल्या बॅटरीच्या संख्येच्या अंदाजानुसार, जरी स्वयं-विकसित बीएमएसची किंमत कमी असली तरी, टेस्लाच्या बीएमएसमधील गुंतवणुकीची किंमत 5,000 यूएस डॉलर्सपेक्षा जास्त आहे, ज्याचा खर्च 5% पेक्षा जास्त आहे. संपूर्ण वाहन. या दृष्टिकोनातून, असे म्हणता येणार नाही की मोठी बॅटरी चांगली नाही. BMS ची किंमत लक्षणीयरीत्या कमी झाली नसल्याच्या बाबतीत, कारच्या स्थितीनुसार बॅटरी पॅकचा आकार निश्चित केला पाहिजे.

इलेक्ट्रिक वाहनांमधील आणखी एक मुख्य तंत्रज्ञान म्हणून, मोटार अनेकदा चर्चेचा केंद्रबिंदू बनते, विशेषत: स्पोर्ट्स कारच्या कामगिरीसह टेस्लाची टरबूज-आकाराची मोटर, जी आणखी आश्चर्यकारक आहे (मॉडेल एस मोटरची सर्वोच्च शक्ती 300kW पेक्षा जास्त पोहोचू शकते, जास्तीत जास्त टॉर्क 600Nm आहे आणि पीक पॉवर एका हाय-स्पीड EMU च्या एका मोटरच्या पॉवरच्या जवळ आहे). जर्मन ऑटोमोटिव्ह उद्योगातील काही संशोधकांनी खालीलप्रमाणे टिप्पणी दिली:

टेस्ला पारंपारिक घटकांशिवाय जवळजवळ काहीही वापरत नाही (ॲल्युमिनियम बॉडी,प्रोपल्शनसाठी असिंक्रोनस मोटर, हवेसह पारंपारिक चेसिस तंत्रज्ञानसस्पेंशन, ईएसपी आणि इलेक्ट्रिकल व्हॅक्यूम पंप, लॅपटॉप सेल इत्यादींसह पारंपारिक ब्रेक सिस्टम.)

टेस्ला सर्व पारंपारिक भाग, ॲल्युमिनियम बॉडी, एसिंक्रोनस मोटर्स, पारंपारिक कार संरचना, ब्रेक सिस्टम आणि लॅपटॉप बॅटरी इत्यादी वापरते.

बॅटरीला जोडणाऱ्या तंत्रज्ञानामध्ये एकमेव खरा नवोपक्रम आहेसेल्स, जे टेस्लाने पेटंट केलेल्या बाँडिंग वायर्स तसेच बॅटरी वापरतातव्यवस्थापन प्रणाली जी "हवेवर" फ्लॅश केली जाऊ शकते, याचा अर्थ असा कीसॉफ्टवेअर अद्यतने प्राप्त करण्यासाठी वाहनांना यापुढे कार्यशाळेत जाण्याची आवश्यकता नाही.

टेस्लाचा एकमेव प्रतिभाशाली शोध त्यांच्या बॅटरीच्या हाताळणीत आहे. ते एक विशेष बॅटरी केबल आणि बीएमएस वापरतात जे सॉफ्टवेअर अपडेट करण्यासाठी कारखान्यात परत जाण्याची गरज न पडता थेट वायरलेस नेटवर्किंग सक्षम करते.

खरं तर, टेस्लाची उच्च पॉवर घनता असिंक्रोनस मोटर फार नवीन नाही. टेस्लाच्या सुरुवातीच्या रोडस्टर मॉडेलमध्ये, तैवानच्या टोमिटा इलेक्ट्रिकची उत्पादने वापरली जातात आणि मॉडेल एसने घोषित केलेल्या पॅरामीटर्सपेक्षा पॅरामीटर्स फारसे वेगळे नाहीत. सध्याच्या संशोधनात, देश-विदेशातील विद्वानांनी कमी किमतीच्या, उच्च-शक्तीसाठी डिझाइन केलेले आहेत. मोटर्स ज्या त्वरीत उत्पादनात ठेवल्या जाऊ शकतात. म्हणून हे क्षेत्र पाहताना, पौराणिक टेस्ला टाळा – टेस्लाच्या मोटर्स पुरेशा चांगल्या आहेत, परंतु इतर कोणीही त्या तयार करू शकत नाहीत इतक्या चांगल्या नाहीत.

मोटारच्या अनेक प्रकारांपैकी, इलेक्ट्रिक वाहनांमध्ये सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या एसिंक्रोनस मोटर्स (ज्याला इंडक्शन मोटर्स देखील म्हणतात), बाह्य उत्तेजित समकालिक मोटर्स, स्थायी चुंबक समकालिक मोटर्स आणि संकरित समकालिक मोटर्स. ज्यांना विश्वास आहे की पहिल्या तीन मोटर्सना इलेक्ट्रिक वाहनांबद्दल काही ज्ञान आहे त्यांच्या काही मूलभूत संकल्पना असतील. असिंक्रोनस मोटर्सची किंमत कमी आणि उच्च विश्वासार्हता असते, कायम चुंबक सिंक्रोनस मोटर्समध्ये उच्च उर्जा घनता आणि कार्यक्षमता असते, लहान आकाराचे परंतु उच्च किंमत असते आणि जटिल हाय-स्पीड सेक्शन कंट्रोल असते. .

तुम्ही हायब्रिड सिंक्रोनस मोटर्सबद्दल कमी ऐकले असेल, परंतु अलीकडे, अनेक युरोपियन मोटर पुरवठादारांनी अशा मोटर्स देण्यास सुरुवात केली आहे. पॉवरची घनता आणि कार्यक्षमता खूप जास्त आहे, आणि ओव्हरलोड क्षमता मजबूत आहे, परंतु नियंत्रण कठीण नाही, जे इलेक्ट्रिक वाहनांसाठी अतिशय योग्य आहे.

या मोटरमध्ये विशेष काही नाही. कायम चुंबकाच्या सिंक्रोनस मोटरच्या तुलनेत, कायम चुंबकांव्यतिरिक्त, रोटर पारंपारिक समकालिक मोटर प्रमाणेच एक उत्तेजना विंडिंग देखील जोडतो. अशा मोटरमध्ये कायम चुंबकाने आणलेली उच्च उर्जा घनता असतेच, परंतु उत्तेजना विंडिंगद्वारे चुंबकीय क्षेत्र देखील आवश्यकतेनुसार समायोजित करू शकते, जे प्रत्येक गती विभागात सहजपणे नियंत्रित केले जाऊ शकते. एक विशिष्ट उदाहरण म्हणजे स्वित्झर्लंडमधील BRUSA द्वारे उत्पादित HSM1 मालिका मोटर. खालील आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे HSM1-10.18.22 वैशिष्ट्यपूर्ण वक्र आहे. कमाल पॉवर 220kW आहे आणि कमाल टॉर्क 460Nm आहे, परंतु त्याची मात्रा फक्त 24L आहे (30 सेमी व्यास आणि 34 सेमी लांबी) आणि वजन सुमारे 76kg आहे. पॉवर डेन्सिटी आणि टॉर्क डेन्सिटी मूलतः टेस्लाच्या उत्पादनांशी तुलना करता येते. अर्थात, किंमत स्वस्त नाही. ही मोटर फ्रिक्वेंसी कन्व्हर्टरने सुसज्ज आहे आणि किंमत सुमारे 11,000 युरो आहे.

इलेक्ट्रिक वाहनांच्या मागणीसाठी, मोटर तंत्रज्ञानाचा संचय पुरेसा परिपक्व आहे. सध्या ज्याची कमतरता आहे ती विशेषतः इलेक्ट्रिक वाहनांसाठी डिझाइन केलेली मोटर आहे, अशी मोटर बनवण्याच्या तंत्रज्ञानाची नाही. असे मानले जाते की बाजारपेठेच्या हळूहळू परिपक्वता आणि विकासासह, उच्च पॉवर घनतेसह मोटर्स अधिकाधिक लोकप्रिय होतील आणि किंमत अधिकाधिक लोकांच्या जवळ जाईल.

इलेक्ट्रिक वाहनांच्या मागणीसाठी, सध्या विशेषत: इलेक्ट्रिक वाहनांसाठी डिझाइन केलेल्या मोटर्सचा अभाव आहे. असे मानले जाते की बाजारपेठेच्या हळूहळू परिपक्वता आणि विकासासह, उच्च पॉवर घनतेसह मोटर्स अधिकाधिक लोकप्रिय होतील आणि किंमत अधिकाधिक लोकांच्या जवळ जाईल.

इलेक्ट्रिक वाहनांवरील संशोधन साराकडे परत जाणे आवश्यक आहे. इलेक्ट्रिक वाहनांचे सार सुरक्षित आणि परवडणारी वाहतूक आहे, मोबाइल तंत्रज्ञान प्रयोगशाळा नाही आणि त्यासाठी सर्वात प्रगत आणि फॅशनेबल तंत्रज्ञान वापरण्याची गरज नाही. अंतिम विश्लेषणात, प्रदेशाच्या गरजेनुसार त्याचे नियोजन आणि डिझाइन केले पाहिजे.

टेस्लाच्या उदयाने लोकांना दाखवून दिले आहे की भविष्य इलेक्ट्रिक वाहनांचे असणे आवश्यक आहे. भविष्यात इलेक्ट्रिक वाहने कशी असतील आणि भविष्यात चीन इलेक्ट्रिक वाहन उद्योगात कोणते स्थान व्यापेल हे अद्याप अज्ञात आहे. हे देखील औद्योगिक कार्याचे आकर्षण आहे: नैसर्गिक विज्ञानाच्या विपरीत, सामाजिक विज्ञानाच्या नियमांद्वारे दर्शविलेले अपरिहार्य परिणाम देखील लोकांना कठीण शोध आणि प्रयत्नांद्वारे प्राप्त करणे आवश्यक आहे!

(लेखक: टेक्निकल युनिव्हर्सिटी ऑफ म्युनिक येथे इलेक्ट्रिक वाहन अभियांत्रिकीमध्ये पीएचडी उमेदवार)