ഇലക്ട്രിക് വണ്ടി ഓടുന്നതെങ്ങനെ?

ഇലക്ട്രിക് വണ്ടി ഓടുന്നതെങ്ങനെ? 





1828ലാണ് വൈദ്യുതവാഹനത്തിന്റെ ആദ്യമോഡല്‍ രംഗത്തു വരുന്നത്. ഇപ്പോഴത്തെ വൈദ്യുതവാഹനങ്ങളുടെ ഒരു പ്രാഗ് രൂപം എന്നു വേണമെങ്കില്‍ അതിനെ വിശേഷിപ്പിക്കാം. ഇന്നത്തെ വൈദ്യുതവാഹനങ്ങളും ആ മോഡലും തമ്മിലുള്ള സാമ്യത രണ്ടിന്റെയും പ്രൊപ്പല്‍ഷന്‍ സാങ്കേതികവിദ്യയാണ്. അന്നും ഇന്നും ഉപയോഗിച്ചത് വൈദ്യുതമോട്ടോര്‍ തന്നെ! വൈദ്യുതവാഹനങ്ങളുടെ ഏറ്റവും വലിയ ലാളിത്യമെന്നത് അതിന്റെ പ്രൊപ്പല്‍ഷന്‍ ടെക്നോളജിയാണ്. ആര്‍ക്കും ലളിതമായി മനസ്സിലാക്കാവുന്ന ഒരു സാങ്കേതികവിദ്യ. ലളിതം എന്നു മാത്രം പറഞ്ഞാല്‍ ആയില്ല, വളരെയധികം ഊര്‍ജ്ജക്ഷമവും ആണ്.

നിലവിലെ ആന്തരദഹന എന്‍ജിനുകളുമായി തട്ടിച്ചുനോക്കുമ്പോഴാണ് ഊര്‍ജ്ജം ലാഭിക്കുന്ന കാര്യത്തില്‍ വൈദ്യുതമോട്ടോര്‍ ഏറെ മുന്‍പന്തിയിലാണെന്ന് ബോധ്യപ്പെടുക. പെട്രോള്‍ എന്‍ജിനോ ഡീസല്‍ എന്‍ജിനോ ഒക്കെ എടുത്താല്‍ പിസ്റ്റണ്‍, സിലിണ്ടര്‍, ഷാഫ്റ്റ്, സ്പാര്‍ക്ക് പ്ലഗ്, ഫ്യൂവല്‍ പമ്പ്, ക്ലച്ച്, ഗിയര്‍ എന്നിങ്ങനെ നിരവധി നിരവധി ഭാഗങ്ങളുണ്ട്. ഇവയെല്ലാം കാര്യക്ഷമമായി പ്രവര്‍ത്തിച്ചാലേ വണ്ടിയോടൂ. എന്നാല്‍ ഇവ ഓരോന്നും പ്രത്യേകം പ്രത്യേകം എടുത്ത് പരിശോധിച്ചാല്‍ ഓരോന്നും അവരവരുടെതായ രീതിയില്‍ ഊര്‍ജ്ജം നഷ്ടപ്പെടുത്തുന്നുണ്ട്. പെട്രോളോ ഡീസലോ കത്തിയുണ്ടാകുന്ന ഊര്‍ജ്ജത്തിന്റെ പകുതിയില്‍ താഴെ മാത്രമാണ് പ്രൊപ്പല്‍ഷന്‍ എന്ന ആവശ്യത്തിനായി നമുക്ക് ലഭിക്കുക. ഇവിടെയാണ് വൈദ്യുതമോട്ടോര്‍ നമ്മെ കൊതിപ്പിക്കുന്നത്. 90 മുതല്‍ 98 ശതമാനം വരെ എഫിഷന്‍സിയുള്ള ഒരു ഉപകരണമാണ് വൈദ്യുതമോട്ടോര്‍. വൈദ്യുതവാഹനങ്ങള്‍ ഊര്‍ജ്ജം ലാഭിക്കുന്നതും ഈ എഫിഷന്‍സിയിലൂടെയാണ്.

രണ്ടുതരം വൈദ്യുതമോട്ടോറുകള്‍ ഉണ്ട്. എസിയില്‍ പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നതും ഡിസിയില്‍ പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നതും. രണ്ടു രീതിയിലുള്ള വൈദ്യുതമോട്ടോറുകളും ഇലക്ട്രിക് വാഹനത്തില്‍ ഉപയോഗിക്കാവുന്നതാണ്. പൊതുവില്‍ വാഹനനിര്‍മ്മാതാക്കള്‍ക്കു പ്രിയം ഡിസി മോട്ടോര്‍ തന്നെ! ബാറ്ററിയില്‍നിന്ന് വരുന്നത് ഡിസി ആയതിനാല്‍ നേരിട്ട് മോട്ടോറിലേക്ക് കണക്ഷന്‍ നല്‍കാനാകും എന്നതാണ് ഗുണം. സാധാരണ ഇലക്ട്രിക് വാഹനങ്ങളില്‍ മിക്കതിലും ഡിസി മോട്ടോറുകളാണ് ഉപയോഗിക്കാറ്. എന്നാല്‍ വാഹനങ്ങളില്‍ ഇന്‍ഡക്ഷന്‍ മോട്ടോര്‍ ഉപയോഗിക്കാന്‍ കഴിയുന്ന സാങ്കേതികവിദ്യകള്‍ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തതോടെ ടെസ്ലപോലെയുള്ള പല കമ്പനികളും ഡിസി മോട്ടോര്‍‍ ഉപയോഗം അവസാനിപ്പിച്ചിട്ടുമുണ്ട്.

1828ലാണ് ആദ്യ വൈദ്യുതവാഹനമോഡല്‍ പുറത്തുവന്നത് എന്നു പറഞ്ഞല്ലോ. 1900ത്തിലും മറ്റും ഇലക്ട്രിക് വാഹനങ്ങള്‍ ധാരാളമായി നിരത്തിലുണ്ടായിരുന്നു. അന്ന് ഉപയോഗിച്ചിരുന്ന ഡിസി മോട്ടോറുകള്‍ നമ്മള്‍ ടേപ്പ്റെക്കോര്‍ഡറിലും മറ്റും ഉപയോഗിച്ചിരുന്ന തരത്തിലുള്ള മോട്ടോറുകളുടെ വലിയ രൂപമായിരുന്നു. സ്ഥിരകാന്തത്തിന്റെ അകത്ത് റോട്ടര്‍ കോയില്‍ കറങ്ങുന്ന രീതിയിലുള്ളത്. കോയിലിലേക്ക് വൈദ്യുതി നല്‍കാന്‍ ഗ്രാഫൈറ്റ് ബ്രഷുകളും മറ്റും ആവശ്യമായിരുന്നു ഇത്തരം മോട്ടോറുകള്‍ക്ക്. ഉപയോഗം കൂടും തോറും ഈ ബ്രഷുകള്‍ക്ക് തേയ്മാനം വരും എന്നതായിരുന്നു പ്രധാന ന്യൂനത. വളരെ എളുപ്പം നിര്‍മ്മിക്കാമായിരുന്നു എന്നതൊഴിച്ചാല്‍ ഇത്തരം മോട്ടോറുകള്‍ക്ക് വലിയ മേന്മയൊന്നും അവകാശപ്പെടാന്‍ ഉണ്ടായിരുന്നില്ല. ഇത്തരം മോട്ടറുകളുടെ പരിഷ്കരിച്ച രൂപം റയില്‍വേ എന്‍ജിനിലും മറ്റും ഉപയോഗിച്ചിരുന്നു.

ഇപ്പോഴത്തെ വൈദ്യുതവാഹനങ്ങളില്‍ പക്ഷേ ഡിസി സീരീസ് ഇനത്തില്‍പ്പെട്ട മോട്ടോറുകള്‍ ഉപയോഗിക്കുന്നില്ല. പകരം ബ്രഷ്‍ലെസ് ഡിസി മോട്ടോറുകളാണ് ആ സ്ഥാനം കൈക്കലാക്കിയിരിക്കുന്നത്. ഇതില്‍ കോയില്‍ കറങ്ങുന്ന ഭാഗമല്ല. മറിച്ച് കാന്തമാണ് കറങ്ങുക. വലിയ സ്ഥിരകാന്തങ്ങളാണ് ഇതിനായി ഉപയോഗിക്കുന്നത്. കോയിലിലേക്ക് നല്‍കുന്ന വൈദ്യുതിയെ ഇലക്ട്രോണിക് സര്‍ക്യൂട്ടുകള്‍ ഉപയോഗിച്ച് നിയന്ത്രിച്ചാണ് കാന്തത്തിനെ കറക്കുന്നത്. ബ്രഷ് എന്ന സംവിധാനമേ ഇവിടെ ആവശ്യമില്ല. ഏതാണ്ട് മെയിന്റനന്‍സ് ഫ്രീ ആണ് ഇത്തരം മോട്ടോറുകള്‍. മാത്രമല്ല വളരെ ഉയര്‍ന്ന എഫിഷന്‍സിയും ഇത്തരം മോട്ടോറുകള്‍ക്കുണ്ട്.
ഇന്ന് നമ്മുടെ നാട്ടില്‍ ലഭ്യമായ ഒരു വിധം എല്ലാ ഇലക്ട്രിക് സ്കൂട്ടറുകളിലും ബ്രഷ്‍ലെസ് ഡിസി മോട്ടോറുകള്‍(BLDC Motor) ആണ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്. പിന്‍ചക്രത്തില്‍ നേരിട്ടാണ് ഈ മോട്ടോര്‍ ഘടിപ്പിക്കുക. ഹബ് മോട്ടോര്‍ എന്നു വിളിക്കും. (Out-runner type BLDC Motor എന്നാണ് ഇതിനെ വിളിക്കുക. റോട്ടര്‍ അഥവാ കറങ്ങുന്ന ഭാഗം പുറത്താണ് എന്നതിനാലാണ് ഇങ്ങനെ വിളിക്കുന്നത്. നമ്മുടെ സീലിങ് ഫാനുകളുടെയും മറ്റും രീതി! )



ഹബ് മോട്ടോര്‍



ഗിയര്‍സിസ്റ്റവും ബെല്‍റ്റുകളും മറ്റും ഒഴിവാകുന്നതിനാല്‍ വളരെ ഉയര്‍ന്ന എഫിഷന്‍സി നല്‍കാന്‍ ഈ രീതി ഉപകരിക്കുന്നു. 95% മുതല്‍ 98% വരെയാണ് BLDC മോട്ടോറുകളുടെ എഫിഷന്‍സി!
ഹബ് മോട്ടോറുകള്‍ക്ക് ഉള്ള പ്രശ്നം വലിയ പവര്‍ നല്‍കുന്ന മോട്ടോറുകള്‍ ഇങ്ങനെ ഘടിപ്പിക്കാന്‍ കഴിയില്ല എന്നതാണ്. വാഹനത്തിന്റെ ടയറിന്റെ നടുക്കായിട്ടാണ് ഹബ് മോട്ടോര്‍ ഇരിക്കുന്നത്. ടയറിന്റെ വലിപ്പം മോട്ടോറിന്റെ വലിപ്പത്തെ പരിമിതപ്പെടുത്തും. എന്നിരുന്നാലും 2500 - 3500 വാട്സ് വരെയൊക്കെയുള്ള BLDC മോട്ടോറുകള്‍ വരെ ഇങ്ങനെ ഘടിപ്പിക്കാനാകും. ഒരു ഇരുചക്രവാഹനത്തിന് ഇത് ധാരാളമാണ്. വെറും 250വാട്സ് മാത്രം പവര്‍ ഉള്ള BLDC മോട്ടോര്‍ ഉപയോഗിക്കുന്ന ലൈസന്‍സും രജിസ്ട്രേഷനും വേണ്ടാത്ത നിരവധി സ്കൂട്ടറുകള്‍ കേരളത്തില്‍ത്തന്നെ ഓടുന്നുണ്ട് എന്നത് ഇതിനൊപ്പം കൂട്ടിവായിക്കണം.
കൂടുതല്‍ പവര്‍ വേണ്ടി വരുന്നിടത്ത് In-runner type BLDC Motor ആണ് ഉപയോഗിക്കാറ്. മോട്ടോറിന്റെ നടുക്കായിരിക്കും ഇതിലെ കറങ്ങുന്ന ഭാഗം. ബെല്‍റ്റുകളോ പല്‍ച്ചക്രങ്ങളോ ഉപയോഗിച്ച് ചക്രങ്ങളിലേക്ക് കറക്കത്തെ പകരുകയാണ് ഇവിടെ ചെയ്യുക. ഓട്ടോറിക്ഷകളിലും കാറുകളിലും മറ്റും ഇത്തരത്തിലുള്ള BLDC Motor ആണ് അഭികാമ്യം. വളരെ ഉയര്‍ന്ന പവര്‍ ആവശ്യമുള്ള സ്കൂട്ടറുകളിലും മോട്ടോര്‍സൈക്കിളുകളിലും ഇവ ഉപയോഗിക്കുന്നുണ്ട്.
സ്ഥിരകാന്തം വേണം എന്നത് ഇത്തരം മോട്ടോറുകളെ ഏറെ ചിലവുള്ളവയാക്കുന്നുണ്ട്. മാത്രമല്ല ചൂട് കൂടിയ സാഹചര്യങ്ങളില്‍ ഉപയോഗിച്ചാല്‍ സ്ഥിരകാന്തങ്ങളുടെ കാന്തികത നഷ്ടപ്പെടാന്‍ ഇടയുണ്ട്. ഉയര്‍ന്ന ലോഡും മറ്റും വഹിക്കേണ്ടിവരുന്ന സാഹചര്യത്തില്‍ മോട്ടോര്‍ കൂടുതല്‍ ചൂടാകാനും അതിലൂടെ മോട്ടോറിന്റെ പവര്‍ കുറയാനും ഇടയാകാം. എന്നിരുന്നാലും നിലവിലുള്ള അവസ്ഥയില്‍ സാധാരണ ഇലക്ട്രിക് വാഹനങ്ങള്‍ക്കെല്ലാം ഏറ്റവും അനുയോജ്യമായി കരുതുന്നത് BLDC മോട്ടോറുകള്‍ തന്നെയാണ്.

ഉയര്‍ന്ന നിലവാരം പുലര്‍ത്തുന്ന ഇലക്ട്രിക് വാഹനങ്ങളില്‍, പ്രത്യേകിച്ചും കാറുകളിലും ബസ്സുകളിലും Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) ആണ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്. BLDC മോട്ടോറുകളെ അപക്ഷേച്ച് വളരെ ഉയര്‍ന്ന പവര്‍ നല്‍കാന്‍ ഇത്തരം മോട്ടോറുകള്‍ക്കാവും. ടോയോട്ട, ബിഎംഡബ്ലിയൂ തുടങ്ങിയ കമ്പനികളുടെ പല ഇലക്ട്രിക് കാറുകളിലും ഇത്തരം മോട്ടോറുകളാണ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്. മോട്ടോറിന് വളരെ ഉയര്‍ന്ന വിലയാണ്എന്നു മാത്രം.

പെര്‍മനന്റ് മാഗ്നറ്റ് ഉപയോഗിക്കുന്ന മോട്ടോറുകളുടെ ഏറ്റവും വലിയ ന്യൂനതയും അതുതന്നെയാണ്. ഉയര്‍ന്ന ശേഷിയുള്ള സ്ഥിരകാന്തങ്ങളുടെ ലഭ്യത. വീട്ടിലെ ഫാനുകളിലും വെള്ളമടിക്കാന്‍ ഉപയോഗിക്കുന്ന പമ്പുകളിലും ഒക്കെ ഉപയോഗിക്കുന്നത് സ്ഥിരകാന്തം ആവശ്യമില്ലാത്ത മോട്ടോറുകളാണ്. ഇന്‍ഡക്ഷന്‍ മോട്ടോര്‍ എന്നാണ് ഇവ അറിയപ്പെടുന്നത്. ഇത്തരം മോട്ടോറുകളുടെ ന്യൂനത തുടക്കത്തില്‍ ഉയര്‍ന്ന ടോര്‍ക്ക് നല്‍കാനുള്ള കഴിവില്ലായ്മയാണ്. ഈ പരിമിതിയെ മറികടന്നാല്‍ വൈദ്യുതവാഹനങ്ങളില്‍ ഇവ ഉപയോഗിക്കാം. BLDCയുടെ അത്രയില്ലെങ്കിലും 92 മുതല്‍ 95ശതമാനം വരെ എഫിഷ്യന്‍സിയും ഇതിനുണ്ട്.
ടെസ്ലയെപ്പോലെയുള്ള കമ്പനികള്‍ പെര്‍മനന്റ് മാഗ്നറ്റ് ഉപയോഗിച്ചുള്ള മോട്ടോറുകള്‍ വേണ്ട എന്ന് തീരുമാനിച്ചിരുന്നു. തുടക്കത്തില്‍ ഉയര്‍ന്ന ടോര്‍ക്ക് നല്‍കാനുള്ള ചില നിയന്ത്രണ സാങ്കേതികവിദ്യകള്‍ കൂട്ടിച്ചേര്‍ക്കുകയാണ് അവര്‍ ചെയ്തത്. എന്നിരുന്നാലും ഇത്തരം മോട്ടോറുകളെ നിയന്ത്രിക്കാനുള്ള സാങ്കേതികവിദ്യകള്‍ വളരെ സങ്കീര്‍ണ്ണമായവ ആണ്. ഇന്ത്യയിലെ വൈദ്യുതകാര്‍ നിര്‍മ്മാതാക്കളായ മഹീന്ദ്ര രേവയും ഇന്‍ഡക്ഷന്‍ മോട്ടോര്‍ ഉപയോഗിച്ചുള്ള പ്രൊപ്പല്‍ഷന്‍ സംവിധാനം ഉപയോഗിക്കുന്നുണ്ട്.


ഊര്‍ജ്ജസംരക്ഷണത്തിനായി ചെയ്യാന്‍ കഴിയുന്നതെല്ലാം ആധുനികസാങ്കേതികവിദ്യകള്‍ ഉപയോഗിച്ച് ചെയ്യുന്നുണ്ട്. മോട്ടറിലേക്കുള്ള വൈദ്യുതി നിയന്ത്രിച്ചാല്‍ വാഹനത്തിന്റെ വേഗത നിയന്ത്രിക്കാം. വൈദ്യുതിനിയന്ത്രിക്കാനുള്ള എളുപ്പമാര്‍ഗ്ഗം റസിസ്റ്ററുകള്‍ ഉപയോഗിക്കുകയാണ്. പക്ഷേ വൈദ്യുതോര്‍ജ്ജം താപമായി നഷ്ടപ്പെടും എന്നുള്ളതാണ് പ്രശ്നം. BLDC മോട്ടോര്‍ ഉപയോഗിക്കുന്ന സ്കൂട്ടറുകളുടെയും മറ്റും കാര്യത്തില്‍ പള്‍സ് വിഡ്ത്ത് മോഡുലേഷന്‍ (PWM) എന്ന സാങ്കേതികവിദ്യയാണ് മോട്ടോറിലേക്കുള്ള വൈദ്യുതിയെ നിയന്ത്രിക്കാന്‍ ഉപയോഗിക്കുന്നത്. തുല്യ ഇടവേളകളുള്ള ചെറിയ പള്‍സുകളായി വൈദ്യുതി നല്‍കുക എന്നതാണ് സൂത്രം. പള്‍സിന്റെ ദൈര്‍ഘ്യം കൂടുന്നതിനനുസരിച്ച് വൈദ്യുതി കൂടുതല്‍ നേരം മോട്ടറില്‍ എത്തിച്ചേരും. ഇലക്ട്രോണിക്സ് സാങ്കേതികവിദ്യകള്‍ ഉപയോഗിച്ച് ഇത് എളുപ്പത്തില്‍ നിയന്ത്രിക്കാം. പരമാവധി എഫിഷ്യന്‍സിയോടെ ഊര്‍ജ്ജം കൈകാര്യം ചെയ്യാന്‍ ഇത് മൂലം സാധിക്കുന്നു.


---നവനീത്...

2019 ഒക്ടോബര്‍ ലക്കം ശാസ്ത്രഗതിയില്‍ പ്രസിദ്ധീകരിച്ചത്.




Comments

Post a Comment