சக்கரங்கள் சொல்லும் கதை – 6 | பேட்டரி இதயம் சார்ஜிங் உயிர்நாடி! (EV-யின் ‘கரன்ட்’ ரகசியங்கள்!)

காலையில் கிளம்பும்போது கைப்பேசியில் 8% சார்ஜ்—பதற்றத்தில் சார்ஜரைத் தேடுகிறோம். அதே பயம் EV-க்கும் உண்டா? பேட்டரி தீர்ந்தால் நடுவழியில் நிற்குமா? வேகச் சார்ஜிங் பேட்டரியின் ஆயுளைக் குறைக்குமா? எல்லா கனெக்டர்களும் எல்லா வாகனங்களுக்கும் பொருந்துமா? EV வாங்கும்போது விலை, மானியம், பயணத் தொலைவு ஆகியவற்றை மட்டும் பார்த்தால் போதாது. அதன் செயல்திறன், பாதுகாப்பு, ஆயுள்—மூன்றையும் தீர்மானிப்பவை பேட்டரி, சார்ஜிங் முறை, கனெக்டர் இணக்கம். பெட்ரோல் வாகனத்துக்கு எரிபொருள் அமைப்பைப் புரிந்துகொள்வது எவ்வளவு முக்கியமோ, EV-க்கு இந்த மூன்றையும் அறிவது அவ்வளவு அவசியம். அவற்றைப் புரிந்துகொண்டால் EV ஒரு தொழில்நுட்பப் புதிரல்ல — நம்பிக்கையுடன் பயணிக்கக்கூடிய நாளைய வாகனம்!

சென்னையைச் சேர்ந்த ஒருவர் தனது புதிய EV-யில் நெடுந்தூரப் பயணம் கிளம்பினார். வழியில் சார்ஜிங் நிலையம் இருப்பதைச் செயலியில் உறுதிசெய்திருந்தார். ஆனால் அங்கு காத்திருந்தது அதிர்ச்சி—கனெக்டர் அவரது காருக்குப் பொருந்தவில்லை! பேட்டரியில் மிச்சமிருந்த சொற்ப சார்ஜுடன் அடுத்த நிலையத்தை எப்படியோ அடைந்தார். அப்போதுதான் புரிந்தது: வரைபடத்தில் சார்ஜிங் நிலையம் இருந்தால் மட்டும் போதாது; அது செயல்பட வேண்டும்… உங்கள் EV-யுடன் ‘கனெக்ட்’ ஆகவும் வேண்டும்!

EV-யின் அடியில் இருப்பது சாதாரண மின்கலம் அல்ல; வாகனத்தின் ஆற்றல் மையம். அதன் அடிப்படை வீரன்தான் பேட்டரி செல். ஒவ்வொரு செல்லும் சிறிதளவு மின்சாரத்தைச் சேமிக்கும்; நூற்றுக்கணக்கான அல்லது ஆயிரக்கணக்கான செல்கள் கைகோக்கும்போதுதான் சக்கரங்களைச் சுழற்றும் சக்தி பிறக்கிறது. ஒரு செல்லின் செயல்பாடு தடுமாறினாலும், பேட்டரியின் ஒட்டுமொத்தத் திறன் பாதிக்கப்படலாம். அதனால்தான் ஒவ்வொரு செல்லும் முக்கியம்.

பேட்டரி செல்கள் உருளை (Cylindrical), செவ்வகம் (Prismatic), மென்பை (Pouch) என மூன்று முக்கிய வடிவங்களில் தயாரிக்கப்படுகின்றன. உருளை செல்கள் உறுதியானவை; செவ்வக செல்கள் இடத்தைச் சிக்கனமாகப் பயன்படுத்தும்; மென்பை செல்கள் எடை குறைவானவை. இவை செல்லின் வெளிப்புற வடிவங்கள் மட்டுமே. செல்லுக்குள் மின்சாரம் சேமிக்கப் பயன்படுத்தப்படும் வேதியியல்தான் பேட்டரியின் இன்னொரு முக்கிய அடையாளம். EV-களில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் LFP (LiFePO₄) பேட்டரிகள் வெப்பநிலைத்தன்மை மற்றும் நீண்ட சுழற்சி ஆயுளுக்குப் பெயர் பெற்றவை. NMC (LiNiMnCoO₂) பேட்டரிகள் குறைந்த இடத்திலும் எடையிலும் அதிக ஆற்றலைச் சேமிக்க உதவுவதால், அதிக ரேஞ்ச் தேவைப்படும் வாகனங்களுக்கு ஏற்றதாக இருக்கலாம். சில வாகனங்களில் NCA (LiNiCoAlO₂) பயன்படுத்தப்படுகிறது. விரைவான சார்ஜிங் மற்றும் நீண்ட சுழற்சி ஆயுள் தேவைப்படும் குறிப்பிட்ட பயன்பாடுகளில் LTO (Li₄Ti₅O₁₂) இடம்பிடிக்கிறது. Sodium-ion (SIB) போன்ற மாற்று பேட்டரிகளும் வளர்ந்து வருகின்றன. ஆனால் ஒரே வகை எல்லா EV-களுக்கும் சிறந்தது அல்ல; பாதுகாப்பு, ரேஞ்ச், விலை, காலநிலை, சார்ஜிங் தேவை மற்றும் வாகனப் பயன்பாடுதான் சரியான தேர்வை முடிவுசெய்யும்.

பாரம்பரிய Cell–Module–Pack முறையில், செல்கள் முதலில் மாட்யூல்களாகவும் பின்னர் முழுமையான பேட்டரி பேக்காகவும் இணைக்கப்படுகின்றன. Cell-to-Pack முறையில் மாட்யூல் அடுக்கு நீக்கப்பட்டு, செல்கள் நேரடியாக பேக்கில் பொருத்தப்படுகின்றன. இன்னும் நவீனமான Cell-to-Body/Chassis முறையில் பேட்டரியே வாகனக் கட்டமைப்பின் ஒரு பகுதியாகிறது. புதிய முறைகள் இடத்தையும் எடையையும் குறைக்க உதவலாம்; ஆனால் விபத்துக்குப் பிந்தைய பழுதுபார்ப்பும் பேட்டரி மாற்றமும் சிக்கலாகலாம். பேட்டரி பேக்கிற்குள் செல்கள் மட்டும் இல்லை—வெப்ப மேலாண்மை, பாதுகாப்பு உருகிகள், மின்னழுத்தம் மற்றும் வெப்பநிலை உணரிகள், மின்சார இணைப்புகள், வலுவான பாதுகாப்புக் கவசம் என ஒரு முழுமையான ‘பாதுகாப்புப் படையே’ இருக்கிறது.

பேட்டரி EV-யின் இதயம் என்றால், Battery Management System—BMS அதன் மூளையும் காவலரும்தான்! சார்ஜிங் தொடங்கியதிலிருந்து சக்கரம் சுழல்வது வரை, பேட்டரியின் ஒவ்வொரு துடிப்பையும் இது கண்காணிக்கிறது. அதாவது ஒவ்வொரு செல்லின் மின்னழுத்தம், வெப்பநிலை, மின்னோட்டம், சார்ஜ் நிலை ஆகியவற்றை இது தொடர்ந்து கண்காணிக்கிறது. செல்களுக்கு இடையிலான சிறிய சார்ஜ் வேறுபாடுகளைச் சமப்படுத்தும் பணிதான் செல் சமநிலை(Cell Balancing). இந்தச் சமநிலை குலைந்தால், பேட்டரியின் முழுத் திறனைப் பயன்படுத்த முடியாது; ஆயுளும் குறையலாம்.

BMS காட்டும் இரண்டு முக்கிய அளவுகள் State of Charge (SoC), State of Health (SoH). “SoC” என்பது எவ்வளவு சார்ஜ் மீதுள்ளது என்ற மதிப்பீடு; “SoH” என்பது புதிய பேட்டரியுடன் ஒப்பிடும்போது அதன் தற்போதைய உடல்நிலையும் திறனும் எப்படி இருக்கிறது என்பதைக் காட்டும் மதிப்பீடு. அதிகச் சார்ஜ், அதிக வெப்பம், குறுகிய மின்சுற்று போன்ற அபாயம் தெரிந்தால் BMS மின்னோட்டத்தைக் கட்டுப்படுத்தலாம், எச்சரிக்கலாம், தேவைப்பட்டால் மின் இணைப்பையே துண்டிக்கலாம். ஆனால் BMS இருப்பதால் அபாயமே வராது என்று நினைக்காதீர்கள். தரமான வடிவமைப்பு, திறமையான வெப்ப மேலாண்மை, முறையான பராமரிப்பு, பாதுகாப்பான சார்ஜிங் பழக்கம் — இவை அனைத்தும் அவசியம்.

BMS கண்காணிக்கும்; பாதுகாப்பாகப் பயன்படுத்துவது நம் பொறுப்பு!

தண்ணீர்த் தொட்டியின் கொள்ளளவைப் போல, பேட்டரி சேமிக்கும் ஆற்றலின் கொள்ளளவு kWh—கிலோவாட்-மணி என அளவிடப்படுகிறது. kW என்பது மின்சாரம் வழங்கப்படும் அல்லது பயன்படுத்தப்படும் வேகம்—குழாயில் தண்ணீர் பாயும் வேகத்தைப் போல. பெரிய பேட்டரி இருந்தாலே நீண்ட ரேஞ்ச் உறுதி அல்ல. வாகன எடை, வேகம், சாலை ஏற்றம், ஏசி பயன்பாடு, ஓட்டும் பாணி, பயணிகள், வெளிப்புற வெப்பநிலை அனைத்தும் கணக்கை மாற்றும். அதேபோல் அதிக திறன் கொண்ட சார்ஜரில் இணைத்தாலும், வாகனம் ஏற்கும் திறனே உண்மையான சார்ஜிங் வேகத்தைத் தீர்மானிக்கும்.

வீட்டில் இரவு முழுவதும் நிற்கும் பெரும்பாலான EV-களுக்கு Single-phase AC சார்ஜிங் பொதுவாகப் போதுமானது. அலுவலகம் அல்லது வணிக வளாகங்களில் Three-phase AC சார்ஜிங் கூடுதல் வேகம் தரலாம். இரண்டிலும் வாகனத்தின் On-Board Charger, AC மின்சாரத்தை பேட்டரிக்குத் தேவையான DC-ஆக மாற்றுகிறது. நெடுஞ்சாலை, டாக்சி, வணிக வாகனம், பேருந்து—நேரம் முக்கியமான இடங்களில் DC Fast Charging களமிறங்குகிறது. இங்கு மின்மாற்றம் நிலையத்திலேயே நடந்து, DC நேரடியாக பேட்டரிக்குச் செல்கிறது. அதிக சக்தியுடன் வெப்பமும் உயரும்; அதனால் வலுவான மின்கட்டமைப்பு, திறமையான வெப்ப மேலாண்மை, சில உயர் திறன் சார்ஜர்களில் திரவக் குளிர்விப்புக் கேபிள்களும் தேவைப்படும்.

வேகம் என்றாலே விவேகம் அல்ல! தினசரி தேவைக்கு AC; நெடுந்தூரப் பயணம் அல்லது அவசரத்துக்கு DC—இந்தக் கலவையே புத்திசாலித்தனம். பல EV-களில் பேட்டரி 80 சதவீதத்தை நெருங்கியதும் செல்களைப் பாதுகாக்க BMS வேகத்தைக் குறைக்கும்; அதனால் கடைசி 20% மெதுவாக ஏறும். EV-யிலிருந்து வீடு அல்லது மின்கட்டமைப்புக்கு மின்சாரத்தைத் திருப்பித்தரும் Bidirectional Charging, கேபிளின்றிச் சார்ஜ் செய்யும் Wireless Charging ஆகியவை அடுத்தகட்டத் தொழில்நுட்பங்கள். ஆனால் வாகனம், சார்ஜர், தரநிலை, மின்கட்டமைப்பு அனைத்தும் இணக்கமாக இருந்தால்தான் அவை செயல்படும்

சார்ஜிங் போர்ட், பேட்டரி, இன்வெர்டர், மோட்டார் ஆகியவற்றை இணைக்கும் High-Voltage Wiring Harness, வாகனத்திற்குள் மின்சாரம் பயணிக்கும் பாதுகாப்புப் பாதை. தடித்த கடத்திகள், காப்பு உறைகள், பாதுகாப்புப் பூட்டுகள், கண்காணிப்பு இணைப்புகளுடன் அது வடிவமைக்கப்படுகிறது. தளர்வு, சேதம் அல்லது தவறான மாற்றம் வெப்பம், மின்கசிவு, பாதுகாப்பு அபாயத்தை ஏற்படுத்தலாம். உயர் திறன் DC சார்ஜிங்கில் கேபிள் சூடாகும்போது, சில நிலையங்களில் Liquid-cooled Charging Cable பயன்படுத்தப்படுகிறது. கேபிளுக்குள் சுழலும் குளிர்விப்புத் திரவம் வெப்பத்தை வெளியேற்ற உதவும். இது எல்லா சார்ஜர்களுக்கும் தேவையில்லை; சக்தி அதிகரித்தால் அதற்கேற்ற குளிர்விப்பும் பாதுகாப்பும் தேவை.

பெட்ரோல் பங்கின் நிரப்பு முனை பெரும்பாலும் ஒரே மாதிரியாகத் தெரியும்; EV உலகம் அப்படியல்ல. வாகன வகை, AC/DC சார்ஜிங் முறை, சந்தைத் தரநிலை ஆகியவற்றுக்கு ஏற்ப கனெக்டர் மாறும். இந்தியாவில் பல மின்சாரக் கார்களுக்கு AC சார்ஜிங்கில் Type 2, DC வேகச் சார்ஜிங்கில் CCS2 பரவலாகப் பயன்படுகின்றன. பழைய அல்லது பிற சந்தை வாகனங்களில் CHAdeMO, GB/T, NACS போன்றவை இருக்கலாம்; இவை ஒன்றுக்கொன்று நேரடியாகப் பொருந்தாது. IS 17017 தரநிலைத் தொடர் இந்திய EV சார்ஜிங் அமைப்புகளுக்கான தொழில்நுட்ப அடித்தளத்தை வழங்குகிறது. இரு, மூன்று சக்கர EV-களில் இணைப்புகள் இன்னும் பல வடிவங்களில் உள்ளன. ஆகவே நிலைய எண்ணிக்கையை மட்டும் கேட்காதீர்கள்: வாகனம் எந்த கனெக்டரை ஏற்கிறது? எவ்வளவு திறனை ஏற்கும்? இணக்கமான நிலையம் செயல்படுகிறதா? மாற்று நிலையம் எங்கே?—இந்த நான்கு கேள்விகளே தடையில்லா பயணத்தின் ‘கரன்ட்’ மந்திரம்!

சாதாரண வீட்டுச் சாக்கெட்டில் தரமற்ற நீட்டிப்பு பெட்டி மூலம் EV-யைச் சார்ஜ் செய்வது வசதி அல்ல—ஆபத்து! தனி மின்சுற்று, முறையான எர்த்திங், மின்கசிவு மற்றும் அதிக மின்னோட்டப் பாதுகாப்பு அவசியம். வீட்டுச் சார்ஜரைத் தகுதிபெற்ற மின்பொறியாளர் மூலமே நிறுவுங்கள். கேபிளைச் சுருட்டியபடி பயன்படுத்தாதீர்கள்; அதன் மீது வாகனத்தை ஏற்றாதீர்கள்; கனெக்டர் பின்களைத் தொடாதீர்கள். தளர்ந்த சாக்கெட், சேதமடைந்த கேபிள், கருகிய தடம், விசித்திரமான வாசனை, அதிக வெப்பம்—எதுவும் ‘சின்ன விஷயம்’ அல்ல. வெள்ளத்தில் சிக்கிய, விபத்தில் சேதமடைந்த அல்லது அடிப்பகுதியில் கடுமையாக மோதிய EV-யை ஆய்வின்றிச் சார்ஜ் செய்யாதீர்கள். புகை, சீறும் சத்தம் அல்லது அதிக வெப்பம் தெரிந்தால் பாதுகாப்பான தூரம் விலகி அவசர உதவியை அழையுங்கள். சார்ஜிங் என்பது பிளக்கைச் செருகுவது மட்டுமல்ல; பாதுகாப்பையும் இணைப்பது!

மின்சாரப் பேருந்துப் பணிமனையின் சவால் “எத்தனை சார்ஜர்கள்?” என்பதல்ல; “எப்போது, எந்தப் பேருந்தை, எவ்வளவு சார்ஜ் செய்வது?” என்பதுதான். எல்லாப் பேருந்துகளையும் ஒரே நேரத்தில் இணைத்தால் உச்சநேர மின்தேவையும் இயக்கச் செலவும் உயரலாம்.

மறுநாள் வழித்தடத் தேவைக்கேற்ப பேருந்துகளுக்கு முன்னுரிமை வழங்குதல், சார்ஜிங்கைப் படிப்படியாகப் பகிர்தல், சார்ஜர் செயலிழந்தால் மாற்று வசதியைத் தயாராக வைத்தல், மின்தேவையை மென்பொருள் மூலம் கண்காணித்தல்—இதுவே ‘ஸ்மார்ட் டிப்போ சார்ஜிங்!’

PM E-DRIVE திட்டத்தில் பொதுச் சார்ஜிங் கட்டமைப்புக்கு ₹2,000 கோடி ஒதுக்கப்பட்டுள்ளது. ஆனால் முதலீட்டின் பயனை சார்ஜர் எண்ணிக்கை மட்டும் தீர்மானிக்காது; அதன் கிடைப்புத்தன்மை, நம்பகத்தன்மை மற்றும் திட்டமிட்ட பயன்பாடுதான் தீர்மானிக்கும்.

பேருந்து வாங்குவது முதலீடு; அதைத் தடையின்றி இயக்குவதுதான் புத்திசாலித்தனம்!

• சார்ஜரில் காட்டப்படும் அதிகபட்ச kW, வாகனம் தொடர்ந்து பெறும் வேகம் அல்ல; பேட்டரியின் சார்ஜ் நிலை மற்றும் வெப்பநிலைக்கு ஏற்ப அந்த வேகம் மாறிக்கொண்டே இருக்கும்.

• IS 17017 என்பது ஒரே விதி அல்ல; சார்ஜிங் அமைப்பு, பாதுகாப்பு, கனெக்டர் உள்ளிட்ட தேவைகளை உள்ளடக்கிய இந்தியத் தரநிலைத் தொடர்.

• PM E-DRIVE திட்டத்தின் இலக்கில் 22,100 நான்கு சக்கர வேகச் சார்ஜர்கள், 1,800 மின்சாரப் பேருந்து சார்ஜர்கள், 48,400 இரு மற்றும் மூன்று சக்கர வாகன சார்ஜர்கள் அடங்குகின்றன.

“சார்ஜர்களின் எண்ணிக்கையைவிட அவற்றின் நம்பகத்தன்மையே முக்கியம். வாகனத்துக்கு ஏற்ற கனெக்டர், செயல்படும் சார்ஜிங் நிலையம், பாதுகாப்பான மின்கட்டமைப்பு, பயிற்சிபெற்ற பராமரிப்புக் குழு—இந்தச் சங்கிலியில் ஓர் இணைப்பு துண்டிக்கப்பட்டாலும் EV பயணம் தடுமாறும்.”

• செல்லின் வடிவமும் பேட்டரியின் வேதியியலும் ஒன்றல்ல.

• BMS கண்காணிக்கும்; பாதுகாப்பாகப் பயன்படுத்துவது நம் பொறுப்பு.

• kWh என்பது ஆற்றல் கொள்ளளவு; kW என்பது மின்திறன்.

• தினசரிப் பயன்பாட்டுக்கு AC; அவசர மற்றும் நெடுந்தூரத் தேவைக்கு DC.

• சார்ஜிங் நிலையம் இருந்தால் மட்டும் போதாது; கனெக்டரும் பொருந்த வேண்டும்.

• தரமான சார்ஜர், தனி மின்சுற்று, முறையான எர்த்திங், சேதமில்லாத கேபிள்—பாதுகாப்பான சார்ஜிங்கின் அடிப்படைகள்.

• மின்சாரப் பேருந்துக்கு வாகனம் மட்டும் போதாது; முழுமையான இயக்கத் திட்டமும் தேவை.

EV-யை ஓட்டுவது எளிது; அறிந்து பயன்படுத்துவதுதான் உண்மையான ‘ஸ்மார்ட்’ பயணம்!

• பேட்டரியின் கொள்ளளவை மட்டும் பார்க்காமல், அதன் வேதியியல், குளிர்விப்பு முறை, பாதுகாப்பு அம்சங்களையும் அறியுங்கள்.

• வாகனம் ஏற்கும் அதிகபட்ச AC மற்றும் DC சார்ஜிங் திறனைத் தனித்தனியாகச் சரிபாருங்கள்.

• கனெக்டர் தோற்றத்தை மட்டும் நம்பாதீர்கள்; வாகனத்தின் inlet, சார்ஜிங் முறை, தரநிலை ஆகியவற்றுடன் அது பொருந்துகிறதா என்பதை உறுதிசெய்யுங்கள்.

• தினமும் 100% சார்ஜ் அல்லது தொடர்ந்து DC வேகச் சார்ஜிங் தேவையா என்பதைப் பயன்பாட்டுக்கு ஏற்ப முடிவுசெய்து, தயாரிப்பாளரின் பரிந்துரையைப் பின்பற்றுங்கள்.

• சேதமடைந்த கேபிள், தளர்ந்த சாக்கெட், அதிகமாகச் சூடாகும் பிளக் அல்லது எச்சரிக்கை விளக்கை ஒருபோதும் புறக்கணிக்காதீர்கள்.

முடிவு: மின்சாரம் நிரப்புவது அல்ல—நம்பிக்கையை நிரப்புவது!

பெட்ரோல் நிலையங்களுடன் வளர்ந்த தலைமுறைக்கு EV உலகம் தொடக்கத்தில் குழப்பமாக இருக்கலாம். ஆனால் ஒவ்வொரு போக்குவரத்து மாற்றமும் புதிய அறிவையும் பழக்கத்தையும் கேட்டிருக்கிறது. நாளைய சாலைகளில் பேட்டரிகள் பெருகும்; சார்ஜர்கள் நகரங்களின் புதிய அடையாளங்களாகும். அதனால் வேகமான விரிவாக்கத்தைவிட அறிவார்ந்த விரிவாக்கமே முக்கியம்.

EV பேட்டரியில் சேமிக்கப்படுவது மின்சாரம் மட்டும் அல்ல—சுத்தமான காற்றுக்கான நம்பிக்கை, இறக்குமதி எரிபொருளைக் குறைக்கும் வாய்ப்பு, அடுத்த தலைமுறைக்கான பொறுப்பு. சரியான தொழில்நுட்பமும் பாதுகாப்பான பயன்பாடும் இணையும்போதுதான் மின்சாரப் பயணம் உண்மையில் எதிர்காலத்தை நோக்கிச் செல்லும்.

பேட்டரி சக்தியைச் சேமிக்கும்; BMS அதைக் காக்கும்; சார்ஜர் உயிரூட்டும்; கனெக்டர் பாதை திறக்கும். நான்கும் இணைந்தால்தான் EV பயணம் தடையின்றி நகரும்!

EV தேர்வில் பெரிய பேட்டரியோ வேகமான சார்ஜரோ மட்டும் பதில் அல்ல. நமது பயணத் தேவைக்கு ஏற்ற பேட்டரி, சார்ஜிங் முறை மற்றும் கனெக்டரைத் தேர்ந்தெடுப்பதே உண்மையான புத்திசாலித்தனம்!

— முனைவர் . வளவன் . அமுதன்

பொதுப் போக்குவரத்து | ஆட்டோமொபைல் | மொபிலிட்டி | மின்சார வாகனங்கள் | சாலைப் பாதுகாப்பு நிபுணர்

ஆசிரியரைப் பற்றி அறிந்துகொள்ள: Dr. V. Amudhan – Portfolio

ஹைட்ரஜன் வாகனங்கள்—எதிர்காலத்தின் எரிபொருளா?

ஹைட்ரஜன் எரிபொருள்-செல் வாகனத்தின் வெளியேற்றம் நீரும் வெப்பமும்தான்; ஆனால் ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி முதல் நிரப்பும் கட்டமைப்பு வரை சவால்கள் ஏராளம்! பேட்டரி EV-க்கு மாற்றாக அது வெல்லுமா? அடுத்த வாரம் அலசுவோம்!

இந்தக் கட்டுரையின் முந்தைய தொகுப்பைப் படிக்க: சக்கரங்கள் சொல்லும் கதை – 5 | மின்சார வாகனங்கள் — மாற்றமா.. புரட்சியா?