सेल बैलेंसिंग LifePo4 बैटरी पैक का जीवन कैसे बढ़ाता है?

जब डिवाइस को लंबे समय तक चलने वाले, उच्च प्रदर्शन की आवश्यकता होती हैलाइफपो4 बैटरी पैक, उन्हें प्रत्येक कोशिका को संतुलित करने की आवश्यकता है। LifePo4 बैटरी पैक को बैटरी संतुलन की आवश्यकता क्यों है? LifePo4 बैटरियाँ कई विशेषताओं के अधीन होती हैं जैसे ओवरवोल्टेज, अंडरवोल्टेज, ओवरचार्ज और डिस्चार्ज करंट, थर्मल रनवे और बैटरी वोल्टेज असंतुलन। सबसे महत्वपूर्ण कारकों में से एक सेल असंतुलन है, जो समय के साथ पैक में प्रत्येक सेल के वोल्टेज को बदलता है, जिससे बैटरी की क्षमता तेजी से कम होती है। जब LifePo4 बैटरी पैक को श्रृंखला में कई सेल का उपयोग करने के लिए डिज़ाइन किया जाता है, तो सेल वोल्टेज को लगातार संतुलित करने के लिए विद्युत विशेषताओं को डिज़ाइन करना महत्वपूर्ण होता है। यह न केवल बैटरी पैक के प्रदर्शन के लिए है, बल्कि जीवन चक्र को अनुकूलित करने के लिए भी है। सिद्धांत की आवश्यकता यह है कि बैटरी संतुलन बैटरी के निर्माण से पहले और बाद में होता है और बैटरी के इष्टतम प्रदर्शन को बनाए रखने के लिए बैटरी के पूरे जीवन चक्र में किया जाना चाहिए! बैटरी संतुलन का उपयोग हमें अनुप्रयोगों के लिए उच्च क्षमता वाली बैटरी डिजाइन करने की अनुमति देता है क्योंकि संतुलन बैटरी को उच्च चार्ज अवस्था (SOC) प्राप्त करने की अनुमति देता है। आप कई LifePo4 सेल इकाइयों को श्रृंखला में जोड़ने की कल्पना कर सकते हैं जैसे कि आप कई स्लेज कुत्तों के साथ एक स्लेज खींच रहे थे। स्लेज को अधिकतम दक्षता के साथ तभी खींचा जा सकता है जब सभी स्लेज कुत्ते एक ही गति से चल रहे हों। चार स्लेज कुत्तों के साथ, यदि एक स्लेज कुत्ता धीरे चलता है, तो अन्य तीन स्लेज कुत्तों को भी अपनी गति कम करनी चाहिए, जिससे दक्षता कम हो जाती है, और यदि एक स्लेज कुत्ता तेज चलता है, तो वह अन्य तीन स्लेज कुत्तों का भार खींच लेगा और खुद को चोट पहुँचाएगा। इसलिए, जब कई LifePo4 सेल श्रृंखला में जुड़े होते हैं, तो अधिक कुशल LifePo4 बैटरी पैक प्राप्त करने के लिए सभी कोशिकाओं के वोल्टेज मान समान होने चाहिए। नाममात्र LifePo4 बैटरी केवल 3.2V पर रेट की गई है, लेकिनघरेलू ऊर्जा भंडारण प्रणालियाँपोर्टेबल बिजली आपूर्ति, औद्योगिक, दूरसंचार, इलेक्ट्रिक वाहन और माइक्रोग्रिड अनुप्रयोगों के लिए, हमें नाममात्र वोल्टेज से बहुत अधिक की आवश्यकता होती है। हाल के वर्षों में, रिचार्जेबल LifePo4 बैटरियों ने अपने हल्के वजन, उच्च ऊर्जा घनत्व, लंबे जीवन, उच्च क्षमता, तेज़ चार्जिंग, कम स्व-निर्वहन स्तर और पर्यावरण मित्रता के कारण पावर बैटरी और ऊर्जा भंडारण प्रणालियों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है। सेल बैलेंसिंग यह सुनिश्चित करता है कि प्रत्येक LifePo4 सेल का वोल्टेज और क्षमता एक ही स्तर पर हो, अन्यथा, LiFePo4 बैटरी पैक की सीमा और जीवनकाल बहुत कम हो जाएगा, और बैटरी का प्रदर्शन ख़राब हो जाएगा! इसलिए, बैटरी की गुणवत्ता निर्धारित करने में LifePo4 सेल बैलेंस सबसे महत्वपूर्ण कारकों में से एक है। ऑपरेशन के दौरान, थोड़ा वोल्टेज गैप होगा, लेकिन हम इसे सेल बैलेंसिंग के माध्यम से स्वीकार्य सीमा के भीतर रख सकते हैं। संतुलन के दौरान, उच्च क्षमता वाले सेल पूर्ण चार्ज/डिस्चार्ज चक्र से गुजरते हैं। सेल संतुलन के बिना, सबसे धीमी क्षमता वाला सेल एक कमज़ोर बिंदु है। सेल संतुलन BMS के मुख्य कार्यों में से एक है, साथ ही तापमान निगरानी, ​​चार्जिंग और अन्य कार्य जो पैक जीवन को अधिकतम करने में मदद करते हैं। बैटरी संतुलन के अन्य कारण: LifePo4 बैटरी pcak अपूर्ण ऊर्जा उपयोग बैटरी के लिए डिज़ाइन की गई सीमा से ज़्यादा करंट को अवशोषित करना या बैटरी को शॉर्ट करना समय से पहले बैटरी के खराब होने का सबसे ज़्यादा कारण है। जब LifePo4 बैटरी पैक डिस्चार्ज हो रहा होता है, तो कमज़ोर सेल स्वस्थ सेल की तुलना में तेज़ी से डिस्चार्ज होंगे, और वे अन्य सेल की तुलना में न्यूनतम वोल्टेज तक तेज़ी से पहुँचेंगे। जब कोई सेल न्यूनतम वोल्टेज पर पहुँचता है, तो पूरा बैटरी पैक भी लोड से डिस्कनेक्ट हो जाता है। इसके परिणामस्वरूप बैटरी पैक ऊर्जा की अप्रयुक्त क्षमता होती है। कोशिका क्षरण जब LifePo4 सेल को उसके सुझाए गए मूल्य से थोड़ा भी ज़्यादा चार्ज किया जाता है, तो सेल की प्रभावशीलता और जीवन प्रक्रिया कम हो जाती है। उदाहरण के लिए, चार्जिंग वोल्टेज में 3.2V से 3.25V तक की मामूली वृद्धि बैटरी को 30% तेज़ी से ख़राब कर देगी। इसलिए अगर सेल बैलेंसिंग सही नहीं है, तो मामूली ओवरचार्जिंग भी बैटरी के जीवन काल को कम कर देगी। सेल पैक का अपूर्ण चार्जिंग लाइफपो4 बैटरियों को 0.5 और 1.0 की दर के बीच निरंतर करंट पर चार्ज किया जाता है। लाइफपो4 बैटरी वोल्टेज चार्जिंग के दौरान बढ़ जाती है और पूरी तरह चार्ज होने के बाद गिर जाती है। 85 Ah, 86 Ah और 87 Ah और 100 प्रतिशत SoC वाले तीन सेल के बारे में सोचें, और उसके बाद सभी सेल रिलीज़ हो जाते हैं और उनका SoC भी कम हो जाता है। आप जल्दी से पता लगा सकते हैं कि सेल 1 सबसे पहले ऊर्जा से बाहर निकलता है क्योंकि इसकी क्षमता सबसे कम है। जब सेल पैक पर बिजली डाली जाती है और वही बिजली सेल के माध्यम से प्रवाहित होती है, तो एक बार फिर, सेल 1 चार्जिंग के दौरान पीछे रह जाता है और इसे पूरी तरह से चार्ज माना जा सकता है क्योंकि अन्य दो सेल पूरी तरह से चार्ज हो जाते हैं। इसका मतलब यह है कि सेल 1 में सेल के स्व-हीटिंग के कारण कम कोलोमेट्रिक प्रभावशीलता (CE) होती है जिसके परिणामस्वरूप सेल असमानता होती है। बेलगाम उष्म वायु प्रवाह सबसे भयानक बात जो घटित हो सकती है वह है थर्मल रनअवे। जैसा कि हम समझते हैंलिथियम सेलओवरचार्जिंग और ओवर डिस्चार्जिंग के प्रति बहुत संवेदनशील हैं। 4 सेल के पैक में यदि एक सेल 3.5 V है जबकि अन्य 3.2 V हैं तो चार्ज निश्चित रूप से सभी सेल को एक साथ चार्ज करेगा क्योंकि वे श्रृंखला में हैं और यह 3.5 V सेल को अनुशंसित वोल्टेज से अधिक चार्ज करेगा क्योंकि अन्य बैटरियों को अभी भी चार्ज करने की आवश्यकता है। यह थर्मल रनवे की ओर जाता है जब आंतरिक गर्मी उत्पादन की दर उस दर से अधिक हो जाती है जिस पर गर्मी जारी की जा सकती है। यह LifePo4 बैटरी पैक को थर्मल रूप से अनियंत्रित होने का कारण बनता है। बैटरी पैक में सेल असंतुलन का क्या कारण है? अब हम समझ गए हैं कि बैटरी पैक में सभी सेल को संतुलित रखना क्यों ज़रूरी है। फिर भी समस्या का उचित समाधान करने के लिए हमें पहले यह जानना चाहिए कि सेल असंतुलित क्यों होते हैं। जैसा कि पहले बताया गया है कि जब सेल को श्रृंखला में रखकर बैटरी पैक बनाया जाता है तो यह सुनिश्चित किया जाता है कि सभी सेल एक ही वोल्टेज स्तर पर रहें। इसलिए एक नए बैटरी पैक में हमेशा संतुलित सेल होंगे। फिर भी जैसे ही पैक का उपयोग किया जाता है, सेल निम्नलिखित कारकों के कारण संतुलन से बाहर हो जाते हैं। एसओसी विसंगति सेल के SOC को मापना जटिल है; इसलिए बैटरी में विशिष्ट सेल के SOC को मापना बहुत जटिल है। एक इष्टतम सेल सामंजस्य विधि को बिल्कुल समान वोल्टेज (OCV) डिग्री के बजाय समान SOC के सेल का मिलान करना चाहिए। लेकिन चूंकि पैक बनाते समय सेल का केवल वोल्टेज के आधार पर मिलान करना लगभग असंभव है, इसलिए SOC में भिन्नता के परिणामस्वरूप समय के साथ OCV में संशोधन हो सकता है। आंतरिक प्रतिरोध संस्करण एक ही आंतरिक प्रतिरोध (IR) वाले सेल को ढूँढना बहुत मुश्किल है और बैटरी की उम्र बढ़ने के साथ-साथ सेल का IR भी बदल जाता है और इसलिए बैटरी पैक में सभी सेल का IR एक जैसा नहीं होगा। जैसा कि हम समझते हैं IR सेल की आंतरिक असंवेदनशीलता को बढ़ाता है जो सेल के माध्यम से प्रवाहित होने वाले करंट को निर्धारित करता है। क्योंकि IR बदलता रहता है इसलिए सेल के माध्यम से प्रवाहित करंट और उसका वोल्टेज भी अलग-अलग हो जाता है। तापमान स्तर सेल की बिलिंग और रिलीजिंग क्षमता उसके आस-पास के तापमान पर भी निर्भर करती है। ईवी या सोलर एरे जैसे बड़े बैटरी पैक में, सेल एक बेकार क्षेत्र में वितरित होते हैं और पैक के बीच तापमान का अंतर हो सकता है जिससे एक सेल बाकी सेल की तुलना में तेजी से चार्ज या डिस्चार्ज होता है जिससे असमानता पैदा होती है। उपरोक्त कारकों से यह स्पष्ट है कि हम प्रक्रिया के दौरान कोशिकाओं को असंतुलित होने से नहीं रोक सकते। इसलिए, एकमात्र उपाय एक बाहरी प्रणाली का उपयोग करना है जिसके लिए कोशिकाओं को असंतुलित होने के बाद एक बार फिर से संतुलित करने की आवश्यकता होती है। इस प्रणाली को बैटरी संतुलन प्रणाली कहा जाता है। LiFePo4 बैटरी पैक संतुलन कैसे प्राप्त करें? बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीएमएस) आम तौर पर LiFePo4 बैटरी पैक स्वयं बैटरी संतुलन प्राप्त नहीं कर सकता है, इसे निम्न द्वारा प्राप्त किया जा सकता हैबैटरी प्रबंधन प्रणाली(बीएमएस)। बैटरी निर्माता इस बीएमएस बोर्ड पर बैटरी संतुलन कार्य और अन्य सुरक्षा कार्यों जैसे चार्ज ओवर वोल्टेज संरक्षण, एसओसी संकेतक, ओवर तापमान अलार्म/सुरक्षा आदि को एकीकृत करेगा। संतुलन फ़ंक्शन के साथ Li-आयन बैटरी चार्जर इसे "बैलेंस बैटरी चार्जर" के नाम से भी जाना जाता है, यह चार्जर अलग-अलग स्ट्रिंग काउंट (जैसे 1~6S) वाली अलग-अलग बैटरियों को सपोर्ट करने के लिए बैलेंस फ़ंक्शन को एकीकृत करता है। भले ही आपकी बैटरी में BMS बोर्ड न हो, आप बैलेंसिंग हासिल करने के लिए इस बैटरी चार्जर से अपनी Li-ion बैटरी चार्ज कर सकते हैं। संतुलन बोर्ड जब आप संतुलित बैटरी चार्जर का उपयोग करते हैं, तो आपको बैलेंसिंग बोर्ड से एक विशिष्ट सॉकेट का चयन करके चार्जर और अपनी बैटरी को बैलेंसिंग बोर्ड से भी जोड़ना होगा। संरक्षण सर्किट मॉड्यूल (पीसीएम) पीसीएम बोर्ड एक इलेक्ट्रॉनिक बोर्ड है जो LiFePo4 बैटरी पैक से जुड़ा होता है और इसका मुख्य कार्य बैटरी और उपयोगकर्ता को खराबी से बचाना है। सुरक्षित उपयोग सुनिश्चित करने के लिए, LiFePo4 बैटरी को बहुत सख्त वोल्टेज मापदंडों के तहत काम करना चाहिए। बैटरी निर्माता और रसायन विज्ञान के आधार पर, यह वोल्टेज पैरामीटर डिस्चार्ज बैटरी के लिए 3.2 V प्रति सेल और रिचार्जेबल बैटरी के लिए 3.65 V प्रति सेल के बीच भिन्न होता है। PCM बोर्ड इन वोल्टेज मापदंडों की निगरानी करता है और यदि वे पार हो जाते हैं तो बैटरी को लोड या चार्जर से डिस्कनेक्ट कर देता है। एकल LiFePo4 बैटरी या समानांतर में जुड़ी कई LiFePo4 बैटरियों के मामले में, यह आसानी से पूरा हो जाता है क्योंकि PCM बोर्ड अलग-अलग वोल्टेज की निगरानी करता है। हालाँकि, जब कई बैटरियाँ श्रृंखला में जुड़ी होती हैं, तो PCM बोर्ड को प्रत्येक बैटरी के वोल्टेज की निगरानी करनी चाहिए। बैटरी संतुलन के प्रकार LiFePo4 बैटरी पैक के लिए विभिन्न बैटरी संतुलन एल्गोरिदम विकसित किए गए हैं। इसे बैटरी वोल्टेज और SOC के आधार पर निष्क्रिय और सक्रिय बैटरी संतुलन विधियों में विभाजित किया गया है। निष्क्रिय बैटरी संतुलन निष्क्रिय बैटरी संतुलन तकनीक प्रतिरोधक तत्वों के माध्यम से पूरी तरह से सक्रिय LiFePo4 बैटरी से अतिरिक्त चार्ज को अलग करती है और सभी कोशिकाओं को सबसे कम LiFePo4 बैटरी चार्ज के समान चार्ज देती है। यह तकनीक अधिक विश्वसनीय है और कम घटकों का उपयोग करती है, इस प्रकार समग्र प्रणाली लागत को कम करती है। हालाँकि, यह तकनीक सिस्टम की दक्षता को कम करती है क्योंकि ऊर्जा गर्मी के रूप में नष्ट हो जाती है जिससे ऊर्जा हानि होती है। इसलिए, यह तकनीक कम बिजली अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है। सक्रिय बैटरी संतुलन सक्रिय चार्ज संतुलन LiFePo4 बैटरी से जुड़ी चुनौतियों का समाधान है। सक्रिय सेल संतुलन तकनीक उच्च ऊर्जा LiFePo4 बैटरी से चार्ज को डिस्चार्ज करती है और इसे कम ऊर्जा LiFePo4 बैटरी में स्थानांतरित करती है। निष्क्रिय सेल संतुलन तकनीक की तुलना में, यह तकनीक LiFePo4 बैटरी मॉड्यूल में ऊर्जा बचाती है, इस प्रकार सिस्टम की दक्षता में वृद्धि करती है, और LiFePo4 बैटरी पैक कोशिकाओं के बीच संतुलन के लिए कम समय की आवश्यकता होती है, जिससे उच्च चार्जिंग धाराओं की अनुमति मिलती है। जब LiFePo4 बैटरी पैक आराम पर होता है, तब भी पूरी तरह से मेल खाने वाली LiFePo4 बैटरियां अलग-अलग दरों पर चार्ज खोती हैं क्योंकि तापमान ढाल के आधार पर स्व-निर्वहन की दर भिन्न होती है: बैटरी के तापमान में 10 डिग्री सेल्सियस की वृद्धि पहले से ही स्व-निर्वहन की दर को दोगुना कर देती है। हालांकि, सक्रिय चार्ज संतुलन कोशिकाओं को संतुलन में बहाल कर सकता है, भले ही वे आराम पर हों। हालांकि, इस तकनीक में जटिल सर्किटरी है, जो समग्र सिस्टम लागत को बढ़ाती है। इसलिए, सक्रिय सेल संतुलन उच्च शक्ति अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है। ऊर्जा भंडारण घटकों, जैसे कैपेसिटर, इंडक्टर/ट्रांसफार्मर और इलेक्ट्रॉनिक कन्वर्टर्स के अनुसार वर्गीकृत विभिन्न सक्रिय संतुलन सर्किट टोपोलॉजीज हैं। कुल मिलाकर, सक्रिय बैटरी प्रबंधन प्रणाली LiFePo4 बैटरी पैक की कुल लागत को कम करती है क्योंकि इसमें LiFePo4 बैटरियों के बीच फैलाव और असमान उम्र बढ़ने की भरपाई के लिए कोशिकाओं के बड़े आकार की आवश्यकता नहीं होती है। सक्रिय बैटरी प्रबंधन तब महत्वपूर्ण हो जाता है जब पुरानी कोशिकाओं को नई कोशिकाओं से बदल दिया जाता है और LiFePo4 बैटरी पैक में महत्वपूर्ण भिन्नता होती है। चूंकि सक्रिय बैटरी प्रबंधन प्रणाली LiFePo4 बैटरी पैक में बड़े पैरामीटर भिन्नता वाले सेल स्थापित करना संभव बनाती है, इसलिए उत्पादन में वृद्धि होती है जबकि वारंटी और रखरखाव लागत कम होती है। इसलिए, सक्रिय बैटरी प्रबंधन प्रणाली बैटरी पैक के प्रदर्शन, विश्वसनीयता और सुरक्षा को लाभ पहुंचाती है, जबकि लागत कम करने में मदद करती है। संक्षेप सेल वोल्टेज बहाव के प्रभावों को कम करने के लिए, असंतुलन को उचित रूप से नियंत्रित किया जाना चाहिए। किसी भी संतुलन समाधान का लक्ष्य LiFePo4 बैटरी पैक को उसके इच्छित प्रदर्शन स्तर पर संचालित करने और उसकी उपलब्ध क्षमता को बढ़ाने की अनुमति देना है। बैटरी संतुलन न केवल प्रदर्शन में सुधार के लिए महत्वपूर्ण हैबैटरियों का जीवन चक्र, यह LiFePo4 बैटरी पैक में एक सुरक्षा कारक भी जोड़ता है। बैटरी सुरक्षा में सुधार और बैटरी जीवन को बढ़ाने के लिए उभरती हुई तकनीकों में से एक। चूंकि नई बैटरी संतुलन तकनीक व्यक्तिगत LiFePo4 कोशिकाओं के लिए आवश्यक संतुलन की मात्रा को ट्रैक करती है, यह LiFePo4 बैटरी पैक के जीवन को बढ़ाती है और समग्र बैटरी सुरक्षा को बढ़ाती है।