तीन दोस्तों ने इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए फास्ट चार्जिंग और लंबी उम्र वाली बैटरी विकसित की

वर्ष 2020 में भोपाल की एक धूल भरी कार्यशाला में तीन दोस्त - आकाश गुप्ता, अभिनाव रॉय और अंकित जोशी - अंतिम मील डिलीवरी के लिए एक इलेक्ट्रिक ट्रक बनाने की कोशिश कर रहे थे। हालांकि, ट्रक पर काम करते समय एक समस्या सामने आई जिसने अन्य सभी पहलुओं को ढक दिया। वाणिज्यिक परिवहन तब तक आय लाता है जब तक वह चलता है; डीजल ट्रक कुछ ही मिनटों में ईंधन भर सकता है, जबकि इलेक्ट्रिक ट्रक को चार्ज होने में एक घंटा या उससे अधिक लग सकता है। इसके अलावा, रेंज, बैटरी जीवन और सुरक्षा के मुद्दे थे। ये सभी प्रश्न एक घटक पर केंद्रित थे।

आकाश याद करते हैं कि उन्होंने खुद से पूछा था: 'यदि ईंधन भरने में 10-15 मिनट लगते हैं, तो ट्रक को चार्ज होने में एक या दो घंटे क्यों लगते हैं?' शुरू में, उन्होंने अधिकांश काम स्वयं किया: अंकित ने सभी वायरिंग का ध्यान रखा, अभिनाव ने कोड लिखा, और आकाश ने पहले प्रोटोटाइप्स की वेल्डिंग की।

जब सात अन्य लोग उनसे जुड़ गए, तो वे तहखाने में चले गए और कार्यस्थल को साफ करने के लिए फर्श को रंग दिया। उस समय यह स्पष्ट हो गया कि एक व्यावहारिक ट्रक के लिए उन्हें एक ऐसी बैटरी की आवश्यकता थी जो तेजी से चार्ज हो सके, वर्षों तक चल सके और सुरक्षित रहे, बिना वाहन को बहुत महंगा बनाए। इसलिए, उन्होंने पूरे ट्रक को इकट्ठा करने के प्रयास बंद कर दिए और उस पर ध्यान केंद्रित किया जिसे वे उसके अंदर सबसे कठिन समस्या मानते थे।

शुरुआत कॉलेज में बनी रेसिंग कारों से हुई

2020 में साथ काम करने का निर्णय कई वर्षों की सोच का परिणाम था। आकाश और अभिनाव की मुलाकात 2013 में IIT-BHU में हुई थी, जहां आकाश ऑटो क्लब का नेतृत्व करता था और अभिनाव एयरोमॉडलिंग का। उनके सहपाठ्यक्रम गतिविधियों का समय रेसिंग कारों, ड्रोन और रेडियो नियंत्रित विमानों को समर्पित था।

आकाश बताते हैं: 'हम कॉलेज में कई रेसिंग कारें बनाते थे, और यहीं हमने हाथ से काम करना शुरू किया। इस तरह हम उत्पादों के निर्माण में रुचि रखने लगे और किसी तरह इसमें आसक्त हो गए।' बाद में अंकित, एक और ऑटोमोटिव उत्साही, जो इलेक्ट्रिक पावरट्रेन तकनीकों के साथ काम करने का अनुभव रखता था, उनसे जुड़ गया। हालांकि कॉलेज में उन्होंने कंपनी बनाने के बारे में सोचा था, लेकिन वे समझते थे कि हार्डवेयर व्यवसाय के लिए केवल उत्साह से अधिक की आवश्यकता होगी। पढ़ाई पूरी करने के बाद, उन्होंने अन्य जगहों पर सीखने में कई साल बिताए।

आकाश ने JSW ग्रुप में एक इलेक्ट्रिक वाहन परियोजना पर काम किया, जिससे उन्हें इलेक्ट्रिक वाहन व्यवसाय का अनुभव मिला। अभिनाव रोबोटिक्स और ऑटोमोटिव प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में काम करते थे। अंकित ने आगे की पढ़ाई जारी रखी, इससे पहले कि उन्होंने फैसला किया कि उत्पाद बनाना उन्हें डॉक्टरेट की पढ़ाई जारी रखने से अधिक दिलचस्प है। 2020 तक, उनके रास्ते फिर से मिले। JSW में आकाश की इलेक्ट्रिक वाहन परियोजना रोक दी गई थी, और महामारी ने अभिनाव द्वारा भाग ली जा रही अनुसंधान परियोजना के कुछ हिस्सों को बाधित कर दिया था। तीनों ने कॉलेज से लाई गई अवधारणा पर वापस लौटने का फैसला किया, लेकिन अब पूर्णकालिक आधार पर।

इन वर्षों के अनुभव ने एक कमी को भी स्पष्ट किया। आकाश समझाते हैं: 'आप एक अच्छा इंजन खरीद सकते हैं, आप एक अच्छा डैशबोर्ड खरीद सकते हैं, लेकिन आप बैटरी पैक नहीं खरीद सकते। यह एहसास 2020 में आया। हमने सोचा कि पूरा ट्रक बनाने के बजाय, आइए केवल बैटरी पर ध्यान केंद्रित करें।'

समस्या केवल सेल खोजने की नहीं थी, बल्कि उन्हें एक बैटरी पैक में इकट्ठा करने की थी जो ड्राइवर को पर्याप्त रेंज, तेज चार्जिंग, सुरक्षा प्रदान कर सके और वर्षों तक काम करता रहे। पहला लक्ष्य चार्जिंग गति था। उन्होंने लगभग 30 मिनट के लक्ष्य से शुरुआत की, उम्मीद थी कि अंततः 15 मिनट तक पहुंचा जा सके। कई महीनों के प्रयोगों के बाद, वे प्रयोगशाला में इस आंकड़े तक पहुंच गए।

आकाश कहते हैं: 'यह 15 मिनट की चार्जिंग थी, लेकिन यह प्रयोगशाला परिणाम थे। फिर इसे एक उत्पाद में बदलना होगा। यदि 15 मिनट की बैटरी भारी होगी, तो लोग इसे नहीं खरीदेंगे। रेंज, तेज चार्जिंग, सुरक्षा और लागत को एक साथ काम करना होगा।' इन चारों मापदंडों को एक साथ प्राप्त करने के प्रयास ने उन्हें एक और समस्या की ओर ले जाया: बैटरी जितनी तेजी से चार्ज होती है, उसे उतनी ही सावधानी से प्रबंधित करने की आवश्यकता होती है।

फास्ट चार्जिंग बैटरी को ठंडा कैसे रखें?

बैटरी पैक कई छोटी कोशिकाओं से बना होता है। यदि एक कोशिका बहुत अधिक गर्म हो जाती है, तो गर्मी पड़ोसी कोशिकाओं में फैल सकती है और, सबसे खराब स्थिति में, एक श्रृंखला प्रतिक्रिया को ट्रिगर कर सकती है। टीम ने इस प्रक्रिया को प्रबंधित करने के लिए इमर्शन कूलिंग विधि का चयन किया। बैटरी कोशिकाओं को एक विशेष तरल पदार्थ में रखा जाता है जो बिजली का संचालन नहीं करता है, लेकिन गर्मी को अवशोषित और दूर करने में सक्षम होता है।

अभिनाव समझाते हैं: 'यदि आपके पास एक अच्छी शीतलन प्रणाली है, तो आप पर्याप्त ठंडक बनाए रखते हुए बैटरी को तेजी से चार्ज कर सकते हैं। यह सुरक्षा में भी योगदान देता है। यदि किसी एक कोशिका में कुछ गलत होता है, तो आप चाहते हैं कि उसे जल्दी से ठंडा किया जाए ताकि समस्या स्थानीयकृत रहे, न कि अगली कोशिका में फैल जाए।'

इमर्शन कूलिंग का चुनाव केवल शुरुआत थी। आकाश बताते हैं: 'जो हम कर रहे थे वह अपरंपरागत था। हम बेहतर थर्मल प्रबंधन के लिए बैटरियों को शीतलक तरल पदार्थ से भर रहे थे। लेकिन इसकी अपनी जटिलताएं हैं: वजन बढ़ता है, लागत बढ़ती है, रिसाव बढ़ते हैं।'

इस तरल पदार्थ को वर्षों तक बैटरी के अंदर रहना था, भले ही तार और विद्युत कनेक्शन अभी भी केसिंग से गुजरने चाहिए थे। अभिनाव बताते हैं कि टीम को इन कनेक्शनों को बाहर निकालने के लिए कस्टम कनेक्टर विकसित करने पड़े, जबकि बैटरी की सील अखंडता बनाए रखी।

पांच या दस प्रोटोटाइप बनाना एक काम था। उत्पादन लाइन से निकलने वाले प्रत्येक ब्लॉक को समान रूप से विश्वसनीय बनाना कहीं अधिक कठिन था। अभिनाव कहते हैं: 'सील की स्थिरता सुनिश्चित करना एक समस्या थी। प्रयोगशाला में इंजीनियर स्वयं सीलिंग करते हैं। फिर इस प्रक्रिया को उत्पादन लाइन पर स्थानांतरित करने की आवश्यकता है, जहां कोई और सील बंद ब्लॉक बना सके।'

शीतलन पर्याप्त नहीं था। बैटरी के अंदर अलग-अलग कोशिकाएं थोड़ा अलग व्यवहार कर सकती हैं। एक तेजी से गर्म हो सकती है, थोड़ी कम ऊर्जा संग्रहीत कर सकती है या दूसरी की तुलना में अलग तरह से बूढ़ी हो सकती है। यदि ये अंतर समय के साथ जमा होते हैं, तो एक कमजोर कोशिका समग्र ब्लॉक के प्रदर्शन को प्रभावित करना शुरू कर सकती है। क्लीन इलेक्ट्रिक ने इसलिए कोशिकाओं का अधिक सावधानीपूर्वक चयन और मिलान करना शुरू कर दिया, और अंदर हो रही चीजों को ट्रैक करने के लिए अपना स्वयं का बैटरी प्रबंधन प्रणाली विकसित किया।

कंपनी की 0Kelvin तकनीक इमर्शन कूलिंग को सॉफ्टवेयर के साथ जोड़ती है जो उपयोग या बैटरी चार्जिंग के दौरान तापमान, वोल्टेज और करंट जैसे डेटा का विश्लेषण करता है। सिस्टम बैटरी के बहुत गर्म होने का इंतजार करने के बजाय बदलती परिस्थितियों के अनुसार चार्जिंग दर को समायोजित कर सकता है। क्लीन इलेक्ट्रिक इसे इंटेलिजेंट थर्मल मॉड्यूलेशन कहती है।

कंपनी ने Hive नामक एक प्लेटफॉर्म भी बनाया है जो फील्ड में संचालित बैटरियों से डेटा एकत्र करता है। इस जानकारी का उपयोग बैटरी की स्थिति की निगरानी करने, समस्याओं का निदान करने और यह समझने के लिए किया जाता है कि ब्लॉक समय के साथ कैसे काम करते हैं। इसकी SONIC चार्जिंग प्रणाली इसी दृष्टिकोण का पालन करती है: बैटरी और चार्जर को एक साथ काम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, न कि चार्जिंग को एक अलग चरण के रूप में देखने के लिए।

इस प्रकार, कार्य केवल प्रयोगशाला में 15 मिनट प्राप्त करने तक सीमित नहीं रहा। बैटरी को विभिन्न वाहनों, जलवायु परिस्थितियों और कई वर्षों के संचालन के दौरान सुरक्षित रूप से इस प्रदर्शन को दोहराना था। सड़क ने टीम को जल्दी ही दिखाया कि यह कितना मुश्किल हो सकता है।

उदाहरण के लिए, ठंडे क्षेत्रों में पानी कभी-कभी शीतलक तरल पदार्थ से अलग हो जाता था और ब्लॉक के अंदर इलेक्ट्रॉनिक्स में बाधा डालता था। अभिनाव बताते हैं: 'यह एक आवधिक समस्या थी। यह कभी-कभी होती थी और कभी-कभी नहीं होती थी। इसलिए पहले समस्या को पुन: प्रस्तुत करना, मूल कारण का पता लगाना और फिर यह समझना आवश्यक है कि इसे कैसे हल किया जाए।'

क्या बैटरी एक ऑटो-रिक्शा के कामकाजी दिन का सामना कर सकती है?

यह प्रश्न और भी महत्वपूर्ण हो गया जब बैटरियों को वाणिज्यिक तीन पहिया वाहनों में स्थापित किया जाने लगा। भारत में इलेक्ट्रिक ऑटो-रिक्शा अक्सर दैनिक आय का स्रोत होते हैं। उनकी बैटरी को निजी कार की बैटरी की तुलना में कहीं अधिक मांग वाले मोड का सामना करना पड़ सकता है।

अभिनाव कहते हैं: 'भारत में, विशेष रूप से तीन पहिया वाहन खंड में, ये वाहन प्रतिदिन लगभग 200 किलोमीटर चल सकते हैं। रेंज भी आमतौर पर लगभग 200 किलोमीटर होती है, इसलिए वे प्रतिदिन एक पूर्ण चार्ज का उपयोग कर सकते हैं। हम उत्पाद को किफायती रखने के लिए कम बैटरी भी लगाते हैं।'

इसका मतलब है कि एक ही बैटरी को पूरे कामकाजी दिन चार्ज किया जा सकता है, उपयोग किया जा सकता है और फिर से चार्ज किया जा सकता है, दिन दर दिन। चालक के लिए बैटरी का जीवनकाल और चार्जिंग समय ब्रोशर में विशेषताओं से कहीं अधिक है। शुरुआती प्रतिस्थापन एक बड़ा खर्च है। चार्जिंग में बिताया गया एक घंटा वह समय है जब वाहन यात्रियों को ले जाने या पैसा कमाने में असमर्थ होता है।

दैनिक उपयोग के वर्षों ने टीम को वह जानकारी दी जो संक्षिप्त प्रयोगशाला परीक्षण कभी नहीं दे सकते थे। अभिनाव बताते हैं कि कुछ शुरुआती वाहनों ने लगभग 70,000 - 80,000 किमी की दूरी तय की है, और उनकी बैटरियों में लगभग चार प्रतिशत का क्षरण हुआ है। वह जोड़ते हैं: 'क्षरण के आंकड़े हमारी अपेक्षा से थोड़े बेहतर थे।'

सुरक्षा को बहुत कम नियंत्रित परिस्थितियों में परखा गया। अभिनाव एक ऐसे मामले को याद करते हैं जब ऑटो-रिक्शा को जैसा कि उन्होंने वर्णित किया है, एक अस्थायी वायरिंग योजना का उपयोग करके चार्ज किया जा रहा था। उनके अनुसार, खराबी बैटरी में नहीं शुरू हुई: चार्जर जल उठा, और आग अंततः वाहन में फैल गई। 'पूरी कार जल गई। बैटरी बरकरार रही। कनेक्टर पिघल गए, लेकिन बैटरी स्वयं अक्षुण्ण रही। कुछ प्लास्टिक भागों को बदला जा सकता था और बैटरी का पुन: उपयोग किया जा सकता था।'

घटना ने ब्लॉक के आसपास के घटकों को नुकसान पहुंचाया, लेकिन विफलता बैटरी कोशिकाओं तक नहीं फैली। अभिनाव के लिए यह महत्वपूर्ण था क्योंकि इसने प्रदर्शित किया कि बैटरी वास्तव में ऐसे अनियंत्रित स्थिति में कैसा व्यवहार करती है जिसे प्रयोगशाला में पूरी तरह से दोहराना मुश्किल है। वह निष्कर्ष निकालते हैं: 'यह इस बात का एक अच्छा प्रमाण था कि जो हमने बनाया है, वह वास्तव में वास्तविक दुनिया के भार का सामना करता है।'

3 बैटरियों से हजारों किलोमीटर तक

क्लीन इलेक्ट्रिक का प्रयोगशाला के बाहर पहला ऑर्डर काफी मामूली था। 2021 में, बाउंस इनफिनिटी ने तीन बैटरी पैक का ऑर्डर दिया। लगभग उसी समय, इलेक्ट्रिक मोटरसाइकिलों में आग लगने की खबरें भारत में इलेक्ट्रिक वाहन खरीदारों के बीच बैटरी सुरक्षा के बारे में बढ़ती चिंता का कारण बन रही थीं।

आकाश कहते हैं: 'सुरक्षा ने हमें प्रवेश बिंदु दिया। चक्र जीवन के लिए पुष्टि करने हेतु कई वर्षों के डेटा की आवश्यकता होती है, लेकिन सुरक्षा वह है जिसे बहुत पहले परखा जा सकता है।'

समय के साथ, वाहन निर्माताओं ने एक और संभावना जोड़ी। ओमेगा सेइकी मोबिलिटी ने बताया कि उसने पहली बार पुणे में अपने संयंत्र में, और फिर वाहनों में क्लीन इलेक्ट्रिक की बैटरियों का परीक्षण किया, धीरे-धीरे प्रदर्शन संतोषजनक रहने पर मात्रा बढ़ा दी। OSM का दावा है: 'बैटरी बड़ी रेंज की पेशकश करने की अनुमति देती है, सड़क पर लगभग 230-250 किमी की वास्तविक रेंज। यह उन ग्राहकों का समर्थन करता है जो लंबे निरंतर संचालन को प्राथमिकता देते हैं और दिन के दौरान बार-बार चार्ज नहीं करना चाहते हैं।'

कंपनी सुधार करना जारी रखे हुए है, जिसमें इलेक्ट्रिक आर्किटेक्चर और बैटरी प्रबंधन प्रणाली पर आगे का काम शामिल है। Baxy, एक अन्य निर्माता जो इन ब्लॉकों का उपयोग करता है, बताता है कि क्लीन इलेक्ट्रिक की बैटरियों से लैस उनके वाहनों ने ग्राहक शिकायत के बिना लगभग 30,000 - 48,000 किमी की दूरी तय की है। कंपनी जोड़ती है: 'हमने ब्लॉकों के साथ कार्यात्मक या परिचालन खतरों का अवलोकन नहीं किया है,' और क्लीन इलेक्ट्रिक से 'फील्ड में ऑपरेशनल रखरखाव, प्रशिक्षण और समर्थन' प्राप्त किया है।

यह प्रतिक्रिया उसी प्रक्रिया में लौटती है जो भोपाल में शुरू हुई थी: कुछ बनाना, देखना कि जब लोग इसका उपयोग करना शुरू करते हैं तो यह कैसा व्यवहार करता है, और इंजीनियरिंग पर वापस लौटना। अभिनाव कहते हैं: 'कुछ प्रमुख निर्णय सही होने चाहिए, क्योंकि आप उनके साथ लंबे समय तक रहेंगे। लेकिन कई छोटे निर्णय प्रतिवर्ती होते हैं। आप एक उत्तर चुन सकते हैं, उसका परीक्षण कर सकते हैं, और यदि यह गलत है, तो वापस जाकर इसे बदल सकते हैं। आप अभ्यास से सीखते हैं और पुनरावृत्ति करते रहते हैं।'

भोपाल की धूल भरी कार्यशाला अब पुणे में एक बड़े उद्यम में बदल गई है। क्लीन इलेक्ट्रिक बताती है कि उसके 6000 से अधिक बैटरियों को 100 से अधिक स्थानों पर तैनात किया गया है, और उन्होंने सामूहिक रूप से 20 मिलियन किलोमीटर से अधिक की दूरी तय की है। फिर भी, बड़ी समस्या वही बनी हुई है। एक इलेक्ट्रिक वाहन को बड़े पैमाने पर व्यावहारिक विकल्प बनने के लिए, उसकी बैटरी को तेजी से चार्ज होना चाहिए, सुरक्षा के लिए नए जोखिम पैदा किए बिना, वर्षों तक पुन: उपयोग करने योग्य होना चाहिए, पर्याप्त रेंज प्रदान करनी चाहिए और वह किफायती रहना चाहिए।