सेल बैलेंसिंग कैसे LifePo4 बैटरी पैक का जीवन बढ़ाती है？

जब उपकरणों को लंबे समय तक चलने वाले, उच्च प्रदर्शन की आवश्यकता होती हैLifePo4 बैटरी पैक, उन्हें प्रत्येक कोशिका को संतुलित करने की आवश्यकता है। LifePo4 बैटरी पैक को बैटरी संतुलन की आवश्यकता क्यों है? LifePo4 बैटरियां कई विशेषताओं जैसे ओवरवॉल्टेज, अंडरवोल्टेज, ओवरचार्ज और डिस्चार्ज करंट, थर्मल रनवे और बैटरी वोल्टेज असंतुलन के अधीन हैं। 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 हो जाती है। जब LifePo4 बैटरी पैक को श्रृंखला में कई कोशिकाओं का उपयोग करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, तो सेल वोल्टेज को लगातार संतुलित करने के लिए विद्युत विशेषताओं को डिज़ाइन करना महत्वपूर्ण 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 इष्टतम बैटरी प्रदर्शन को बनाए रखने के लिए इसे बैटरी के जीवन चक्र के दौरान 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 स्थिति (एसओसी) प्राप्त करने की अनुमति देता है। आप श्रृंखला में कई LifePo4 सेल इकाइयों को जोड़ने की कल्पना कर सकते हैं जैसे कि आप कई स्लेज कुत्तों के साथ स्लेज खींच रहे हों। 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-धीरे दौड़ता है, तो अन्य तीन स्लेज कुत्तों को भी अपनी गति कम करनी होगी, जिससे दक्षता कम हो जाएगी, और यदि एक स्लेज कुत्ता तेजी से दौड़ता है, तो वह अन्य तीन स्लेज कुत्तों का भार खींच लेगा और खुद को चोट पहुंचाना. इसलिए, जब कई LifePo4 सेल श्रृंखला में जुड़े होते हैं, तो अधिक कुशल LifePo4 बैटरी पैक प्राप्त करने के लिए सभी सेल का वोल्टेज मान बराबर होना चाहिए। नाममात्र LifePo4 बैटरी को केवल 3.2V पर रेट किया गया है, लेकिन इसमेंघरेलू ऊर्जा भंडारण प्रणालियाँ, पोर्टेबल बिजली आपूर्ति, औद्योगिक, दूरसंचार, इलेक्ट्रिक वाहन और माइक्रोग्रिड अनुप्रयोगों के लिए, हमें नाममात्र वोल्टेज से कहीं अधिक की आवश्यकता होती है। हाल के वर्षों में, रिचार्जेबल LifePo4 बैटरियों ने अपने हल्के वजन, उच्च ऊर्जा घनत्व, लंबे जीवन, उच्च क्षमता, तेज चार्जिंग, कम स्व-निर्वहन स्तर और पर्यावरण मित्रता के कारण पावर बैटरी और ऊर्जा भंडारण प्रणालियों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है। सेल संतुलन यह सुनिश्चित करता है कि प्रत्येक LifePo4 सेल का वोल्टेज और क्षमता समान स्तर पर है, 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 संतुलन सबसे महत्वपूर्ण कारकों में से एक है। ऑपरेशन के दौरान, थोड़ा वोल्टेज गैप आएगा, लेकिन हम सेल संतुलन के माध्यम से इसे स्वीकार्य सीमा के भीतर रख सकते हैं। संतुलन के दौरान, उच्च क्षमता वाली कोशिकाएं पूर्ण चार्ज/डिस्चार्ज चक्र से गुजरती हैं। सेल संतुलन के बिना, सबसे धीमी क्षमता वाला सेल एक कमजोर बिंदु है। तापमान की निगरानी, ​​चार्जिंग और अन्य कार्यों के साथ-साथ सेल संतुलन बीएमएस के मुख्य कार्यों में से एक है जो पैक जीवन को अधिकतम करने में मदद करता है। बैटरी संतुलन के अन्य कारण： LifePo4 बैटरी पीसीएके अपूर्ण ऊर्जा उपयोग जितनी बैटरी के लिए डिज़ाइन किया गया है उससे अधिक करंट अवशोषित करने या बैटरी को छोटा करने से समय से पहले बैटरी खराब होने की संभावना सबसे अधिक होती है। जब एक LifePo4 बैटरी पैक डिस्चार्ज हो रहा होता है, तो कमजोर कोशिकाएं स्वस्थ कोशिकाओं की तुलना में तेजी से डिस्चार्ज होंगी, और वे अन्य कोशिकाओं की तुलना में तेजी से न्यूनतम वोल्टेज तक पहुंच जाएंगी। जब कोई सेल न्यूनतम वोल्टेज तक पहुँच जाता है, तो पूरा बैटरी पैक भी लोड से डिस्कनेक्ट हो जाता है। इसके परिणामस्वरूप बैटरी पैक ऊर्जा की अप्रयुक्त क्षमता उत्पन्न हो जाती है। कोशिका क्षरण जब एक LifePo4 सेल को इसके सुझाए गए मूल्य से थोड़ा भी अधिक चार्ज किया जाता है, तो सेल की प्रभावशीलता और जीवन प्रक्रिया भी कम हो जाती है। उदाहरण के तौर पर चार्जिंग वोल्टेज में 3.2V से 3.25V की मामूली वृद्धि से बैटरी 30% तेजी से खराब हो जाएगी। इसलिए यदि सेल संतुलन सटीक नहीं है तो मामूली ओवरचार्जिंग से भी बैटरी का जीवनकाल कम हो जाएगा। सेल पैक की अधूरी चार्जिंग LifePo4 बैटरियों को 0.5 और 1.0 दरों के बीच निरंतर करंट पर बिल किया जाता है। LifePo4 बैटरी वोल्टेज बढ़ जाता है क्योंकि चार्जिंग आगे बढ़ती है और जब पूरी तरह से बिल हो जाता है तो उसके परिणामस्वरूप गिर जाता है। क्रमशः 85 Ah, 86 Ah, और 87 Ah और 100 प्रतिशत SoC वाली तीन कोशिकाओं के बारे में सोचें, और उसके बाद सभी कोशिकाएँ मुक्त हो जाती हैं और उनका SoC भी कम हो जाता है। आप तेजी से पता लगा सकते हैं कि सेल 1 सबसे पहले ऊर्जा खत्म होने वाला है, जबकि इसकी क्षमता सबसे कम है। जब सेल पैक पर बिजली लगाई जाती है और वही मौजूदा सेल के माध्यम से प्रवाहित हो रही है, तो एक बार फिर, सेल 1 चार्जिंग के दौरान रुक जाता है और इसे पूरी तरह से चार्ज माना जा सकता है क्योंकि अन्य दो सेल पूरी तरह से चार्ज होते हैं। इसका मतलब यह है कि सेल के स्वयं-हीटिंग के कारण सेल 1 में कूलोमेट्रिक प्रभावशीलता (सीई) कम हो गई है जिसके परिणामस्वरूप सेल असमानता होती है। बेलगाम उष्म वायु प्रवाह सबसे भयानक घटना जो घटित हो सकती है वह है थर्मल भगोड़ा। जैसा कि हम समझते हैंलिथियम कोशिकाएंओवरचार्जिंग के साथ-साथ ओवरडिस्चार्जिंग के प्रति भी बहुत संवेदनशील हैं। 4 कोशिकाओं के एक पैक में यदि एक सेल 3.5 V है जबकि अन्य 3.2 V हैं तो चार्ज निश्चित रूप से सभी कोशिकाओं को एक साथ बिल करेगा क्योंकि वे श्रृंखला में हैं और यह 3.5 V सेल को अनुशंसित वोल्टेज से अधिक का बिल देगा क्योंकि विभिन्न अन्य बैटरियों को अभी भी चार्ज करने की आवश्यकता होती है। इससे थर्मल रनवे हो जाता है जब आंतरिक ताप उत्पादन की कीमत उस दर से अधिक हो जाती है जिस पर गर्माहट जारी की जा सकती है। इससे लाइफपीओ4 बैटरी पैक थर्मल रूप से अनियंत्रित हो जाता है। बैटरी पैक में सेल असंतुलित होने का क्या कारण है? अब हम समझ गए हैं कि बैटरी पैक में सभी सेलों को संतुलित रखना क्यों आवश्यक है। फिर भी समस्या का उचित समाधान करने के लिए हमें यह जानना चाहिए कि कोशिकाएँ असंतुलित क्यों हो जाती हैं। जैसा कि पहले बताया गया है कि जब सेलों को श्रृंखला में रखकर एक बैटरी पैक बनाया जाता है तो यह सुनिश्चित किया जाता है कि सभी सेल्स समान वोल्टेज स्तर में रहें। इसलिए एक ताज़ा बैटरी पैक में हमेशा संतुलित सेल होंगे। फिर भी जैसे ही पैक को उपयोग में लाया जाता है, कारकों के अनुपालन के कारण कोशिकाएँ संतुलन से बाहर हो जाती हैं। एसओसी विसंगति किसी सेल के एसओसी को मापना जटिल है; इसलिए बैटरी में विशिष्ट कोशिकाओं के एसओसी को मापना बहुत जटिल है। एक इष्टतम सेल सामंजस्य विधि को सटीक समान वोल्टेज (ओसीवी) डिग्री के बजाय समान एसओसी की कोशिकाओं से मेल खाना चाहिए। लेकिन चूंकि यह लगभग संभव नहीं है कि पैक बनाते समय कोशिकाओं का मिलान केवल वोल्टेज के आधार पर किया जाए, एसओसी में भिन्नता के परिणामस्वरूप उचित समय में ओसीवी में संशोधन हो सकता है। आंतरिक प्रतिरोध संस्करण समान आंतरिक प्रतिरोध (आईआर) की कोशिकाओं को ढूंढना बेहद मुश्किल है और जैसे-जैसे बैटरी की उम्र बढ़ती है, सेल का आईआर भी बदल जाता है और इसलिए बैटरी पैक में सभी कोशिकाओं में समान आईआर नहीं होगी। जैसा कि हम समझते हैं आईआर सेल की आंतरिक असंवेदनशीलता को बढ़ाता है जो सेल के माध्यम से वर्तमान स्ट्रीमिंग को निर्धारित करता है। क्योंकि IR सेल के माध्यम से करंट को अलग-अलग करता है और इसका वोल्टेज भी अलग-अलग हो जाता है। तापमान स्तर सेल की बिलिंग और रिलीजिंग क्षमता उसके आसपास के तापमान पर भी निर्भर करती है। ईवी या सौर सरणियों जैसे एक महत्वपूर्ण बैटरी पैक में, कोशिकाओं को एक अपशिष्ट क्षेत्र में वितरित किया जाता है और पैक के बीच तापमान में अंतर हो सकता है जिससे एक सेल शेष कोशिकाओं की तुलना में तेजी से चार्ज या डिस्चार्ज हो जाता है जिससे असमानता पैदा होती है। उपरोक्त कारकों से यह स्पष्ट है कि हम पूरी प्रक्रिया के दौरान कोशिकाओं को असंतुलित होने से नहीं रोक सकते। तो, 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 सिस्टम को बैटरी बैलेंसिंग सिस्टम कहा जाता है। LiFePo4 बैटरी पैक संतुलन कैसे प्राप्त करें? बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीएमएस) आम तौर पर LiFePo4 बैटरी पैक अकेले बैटरी संतुलन हासिल नहीं कर सकता है, इसे हासिल किया जा सकता हैबैटरी प्रबंधन प्रणाली(बीएमएस)। बैटरी निर्माता इस बीएमएस बोर्ड पर बैटरी संतुलन फ़ंक्शन और अन्य सुरक्षा कार्यों जैसे चार्ज ओवर वोल्टेज सुरक्षा, एसओसी संकेतक, ओवर तापमान अलार्म/सुरक्षा इत्यादि को एकीकृत करेगा। बैलेंसिंग फ़ंक्शन के साथ ली-आयन बैटरी चार्जर इसे "बैलेंस बैटरी चार्जर" के रूप में भी जाना जाता है, चार्जर अलग-अलग स्ट्रिंग काउंट (जैसे 1~6S) के साथ विभिन्न बैटरियों का समर्थन करने के लिए एक बैलेंस फ़ंक्शन को एकीकृत करता है। भले ही आपकी बैटरी में बीएमएस बोर्ड न हो, आप संतुलन हासिल करने के लिए इस बैटरी चार्जर से अपनी ली-आयन बैटरी को चार्ज कर सकते हैं। संतुलन बोर्ड जब आप एक 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 कनेक्ट करना होगा। सुरक्षा सर्किट मॉड्यूल (पीसीएम) PCM 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 शास्त्र के आधार पर, यह वोल्टेज पैरामीटर डिस्चार्ज बैटरी के लिए 3.2 वी प्रति सेल और रिचार्जेबल बैटरी के लिए 3.65 वी प्रति सेल के बीच भिन्न होता है। पीसीएम बोर्ड इन वोल्टेज मापदंडों की निगरानी करता है और इससे अधिक होने पर 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 किया जाता है क्योंकि PCM बोर्ड व्यक्तिगत वोल्टेज की निगरानी करता है। हालाँकि, जब कई बैटरियाँ श्रृंखला में जुड़ी होती हैं, तो पीसीएम 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 एसओसी 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, जिससे समग्र सिस्टम लागत कम हो जाती है। हालाँकि, प्रौद्योगिकी प्रणाली की दक्षता को कम कर देती है क्योंकि ऊर्जा गर्मी के रूप में नष्ट हो जाती है जिससे ऊर्जा हानि उत्पन्न होती है। इसलिए, यह तकनीक कम बिजली अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है। सक्रिय बैटरी संतुलन सक्रिय चार्ज संतुलन LiFePo4 बैटरियों से जुड़ी चुनौतियों का एक समाधान है। सक्रिय सेल संतुलन तकनीक उच्च ऊर्जा LiFePo4 बैटरी से चार्ज को डिस्चार्ज करती है और इसे कम ऊर्जा वाली LiFePo4 बैटरी में स्थानांतरित करती है। निष्क्रिय सेल संतुलन तकनीक की तुलना में, यह तकनीक LiFePo4 बैटरी मॉड्यूल में ऊर्जा बचाती है, जिससे सिस्टम की दक्षता बढ़ जाती है, और LiFePo4 बैटरी पैक कोशिकाओं के बीच संतुलन बनाने के लिए कम समय की आवश्यकता होती है, जिससे उच्च चार्जिंग धाराओं की अनुमति मिलती है। यहां तक ​​​​कि जब LiFePo4 बैटरी पैक आराम पर होता है, तब भी पूरी तरह से मेल खाने वाली LiFePo4 बैटरियां अलग-अलग दरों पर चार्ज खो देती हैं क्योंकि स्व-निर्वहन की दर तापमान ढाल के आधार पर भिन्न होती है: बैटरी तापमान में 10 डिग्री सेल्सियस की वृद्धि पहले से ही स्व-निर्वहन की दर को दोगुना कर देती है। . हालाँकि, सक्रिय चार्ज संतुलन कोशिकाओं को संतुलन में बहाल कर सकता है, भले ही वे आराम पर हों। हालाँकि, 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, इंडक्टर्स/ट्रांसफॉर्मर और इलेक्ट्रॉनिक कन्वर्टर्स के अनुसार वर्गीकृत विभिन्न सक्रिय संतुलन सर्किट टोपोलॉजी हैं। कुल मिलाकर, सक्रिय बैटरी प्रबंधन प्रणाली LiFePo4 बैटरी पैक की कुल लागत को कम कर देती 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। चूँकि सक्रिय बैटरी प्रबंधन प्रणालियाँ LiFePo4 बैटरी पैक में बड़े पैरामीटर भिन्नता वाले सेल स्थापित करना संभव बनाती हैं, उत्पादन पैदावार में वृद्धि होती है जबकि वारंटी और रखरखाव लागत में कमी आती है। इसलिए, सक्रिय बैटरी प्रबंधन प्रणालियाँ लागत कम करने में मदद करते हुए बैटरी पैक के प्रदर्शन, विश्वसनीयता और सुरक्षा को लाभ पहुँचाती हैं। संक्षेप करें सेल वोल्टेज बहाव के प्रभाव को कम करने के लिए, असंतुलन को ठीक से नियंत्रित किया जाना चाहिए। किसी भी संतुलन समाधान का लक्ष्य LiFePo4 बैटरी पैक को प्रदर्शन के इच्छित स्तर पर संचालित करने और इसकी उपलब्ध क्षमता का विस्तार करने की अनुमति देना है। बैटरी संतुलन न केवल प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए महत्वपूर्ण हैबैटरियों का जीवन चक्र, यह LiFePo4बैटरी पैक में एक सुरक्षा कारक भी जोड़ता है। बैटरी सुरक्षा में सुधार और बैटरी जीवन को बढ़ाने के लिए उभरती प्रौद्योगिकियों में से एक। चूँकि 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।