ब्याट्री डिस्चार्ज वक्र कसरी पढ्ने

ब्याट्री डिस्चार्ज वक्र कसरी पढ्ने

ब्याट्रीहरू जटिल इलेक्ट्रोकेमिकल र थर्मोडायनामिक प्रणालीहरू हुन्, र धेरै कारकहरूले तिनीहरूको प्रदर्शनलाई असर गर्छ। निस्सन्देह, ब्याट्री रसायन विज्ञान सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण कारक हो। यद्यपि, कुन प्रकारको ब्याट्री एक विशेष अनुप्रयोगको लागि सबैभन्दा उपयुक्त छ भन्ने बुझ्दा, चार्ज डिस्चार्ज दर, सञ्चालन तापमान, भण्डारण अवस्था, र भौतिक संरचना विवरणहरू जस्ता कारकहरू विचार गर्न आवश्यक छ। पहिले, धेरै सर्तहरू परिभाषित गर्न आवश्यक छ:

★ ओपन सर्किट भोल्टेज (Voc) ब्याट्रीमा लोड नभएको बेला ब्याट्री टर्मिनलहरू बीचको भोल्टेज हो।

★ टर्मिनल भोल्टेज (Vt) ब्याट्रीमा लोड लागू हुँदा ब्याट्री टर्मिनलहरू बीचको भोल्टेज हो; सामान्यतया Voc भन्दा कम।

कट-अफ भोल्टेज (Vco) निर्दिष्ट गरिए अनुसार ब्याट्री पूर्ण रूपमा डिस्चार्ज हुने भोल्टेज हो। यद्यपि त्यहाँ सामान्यतया ब्याट्री पावर बाँकी छ, Vco भन्दा कम भोल्टेजमा सञ्चालन गर्दा ब्याट्रीलाई हानि हुन सक्छ।

★ क्षमताले कुल एम्पीयर घण्टा (AH) मापन गर्दछ जुन ब्याट्रीले पूर्ण रूपमा चार्ज गर्दा प्रदान गर्न सक्छ, Vt Vco नपुगेसम्म।

चार्ज डिस्चार्ज रेट (C-रेट) भनेको ब्याट्रीको मूल्याङ्कन क्षमताको तुलनामा चार्ज वा डिस्चार्ज हुने दर हो। उदाहरणका लागि, 1C को दरले 1 घण्टा भित्र ब्याट्री पूर्ण रूपमा चार्ज वा डिस्चार्ज हुनेछ। 0.5C को डिस्चार्ज दरमा, ब्याट्री 2 घण्टा भित्र पूर्ण रूपमा डिस्चार्ज हुनेछ। उच्च सी-दर प्रयोग गर्दा सामान्यतया उपलब्ध ब्याट्री क्षमता कम हुन्छ र ब्याट्रीलाई नोक्सान हुन सक्छ।

★ ब्याट्री चार्जिङ स्टेट (SoC) ले बाँकी ब्याट्री क्षमतालाई अधिकतम क्षमताको प्रतिशतको रूपमा परिमाण गर्छ। जब SoC शून्यमा पुग्छ र Vt Vco मा पुग्छ, ब्याट्रीमा अझै पनि ब्याट्रीको पावर बाँकी हुन सक्छ, तर ब्याट्रीलाई हानी नगरी र भविष्यको क्षमतालाई असर नगरी ब्याट्रीलाई थप डिस्चार्ज गर्न सकिँदैन।

★ डिस्चार्ज डेप्थ (DoD) SoC को पूरक हो, जसले डिस्चार्ज भएको ब्याट्री क्षमताको प्रतिशत मापन गर्छ। DoD=100- SoC।

① चक्र जीवन भनेको ब्याट्रीको सेवा जीवनको अन्त्यमा पुग्नु अघि उपलब्ध चक्रहरूको संख्या हो।

ब्याट्री जीवनको अन्त्य (EoL) ले ब्याट्रीको पूर्वनिर्धारित न्यूनतम विनिर्देशहरू अनुसार सञ्चालन गर्न असक्षमतालाई जनाउँछ। EoL विभिन्न तरिकामा परिमाणित गर्न सकिन्छ:

① क्षमता क्षय निर्दिष्ट परिस्थितिहरूमा मूल्याङ्कन गरिएको क्षमताको तुलनामा ब्याट्री क्षमतामा दिइएको प्रतिशत कमीमा आधारित छ।

② पावर क्षीणन निर्दिष्ट अवस्थाहरूमा मूल्याङ्कन गरिएको शक्तिको तुलनामा दिइएको प्रतिशतमा ब्याट्रीको अधिकतम शक्तिमा आधारित हुन्छ।

③ ऊर्जा थ्रुपुटले ब्याट्रीले आफ्नो जीवनकालमा प्रशोधन गर्न अपेक्षा गरिएको ऊर्जाको कुल मात्रालाई परिमाण गर्छ, जस्तै 30MWh, विशिष्ट सञ्चालन अवस्थाहरूमा आधारित।

★ ब्याट्रीको स्वास्थ्य स्थिति (SoH) ले EoL पुग्नु अघि बाँकी रहेको उपयोगी जीवनको प्रतिशत नाप्छ।

ध्रुवीकरण वक्र

ब्याट्री डिस्चार्ज कर्भ डिस्चार्ज प्रक्रियाको क्रममा हुने ब्याट्रीको ध्रुवीकरण प्रभावमा आधारित हुन्छ। ब्याट्रीले विभिन्न अपरेटिङ अवस्थाहरूमा प्रदान गर्न सक्ने ऊर्जाको मात्रा, जस्तै C-दर र अपरेटिङ तापमान, डिस्चार्ज कर्भ अन्तर्गतको क्षेत्रसँग नजिकको सम्बन्ध छ। डिस्चार्ज प्रक्रियाको क्रममा, ब्याट्रीको Vt घट्नेछ। Vt मा कमी धेरै मुख्य कारकहरूसँग सम्बन्धित छ:

✔ IR ड्रप - ब्याट्री को आन्तरिक प्रतिरोध को माध्यम बाट वर्तमान पारित को कारण ब्याट्री भोल्टेज मा कमी। यो कारक एक स्थिर तापमान संग, अपेक्षाकृत उच्च निर्वहन दर मा रैखिक बढ्छ।

✔ सक्रियता ध्रुवीकरण - इलेक्ट्रोड र इलेक्ट्रोलाइटहरू बीचको जंक्शनमा आयनहरूले पार गर्नुपर्ने कार्य प्रकार्य जस्ता इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाहरूको गतिविज्ञानसँग सम्बन्धित विभिन्न ढिलाइ कारकहरूलाई जनाउँछ।

✔ एकाग्रता ध्रुवीकरण - यो कारकले एक इलेक्ट्रोडबाट अर्को इलेक्ट्रोडमा मास ट्रान्सफर (डिफ्यूजन) को समयमा आयनहरूले सामना गरेको प्रतिरोधलाई ध्यानमा राख्छ। लिथियम-आयन ब्याट्रीहरू पूर्ण रूपमा डिस्चार्ज हुँदा यो कारक हावी हुन्छ, र कर्भको ढलान धेरै ठाडो हुन्छ।

ब्याट्रीको ध्रुवीकरण वक्र (डिस्चार्ज कर्भ) ले Vt (ब्याट्री क्षमता) मा IR घट्ने, सक्रियता ध्रुवीकरण, र एकाग्रता ध्रुवीकरणको संचयी प्रभावहरू देखाउँछ। (छवि: Biologic)

डिस्चार्ज वक्र विचारहरू

ब्याट्रीहरू अनुप्रयोगहरूको विस्तृत दायराको लागि डिजाइन गरिएको छ र विभिन्न प्रदर्शन विशेषताहरू प्रदान गर्दछ। उदाहरणका लागि, त्यहाँ कम्तिमा छवटा आधारभूत लिथियम आयन रासायनिक प्रणालीहरू छन्, प्रत्येकको आफ्नै अद्वितीय विशेषता सेटको साथ। डिस्चार्ज वक्र सामान्यतया Y-अक्षमा Vt सँग प्लट गरिएको छ, जबकि SoC (वा DoD) X-अक्षमा प्लट गरिएको छ। ब्याट्रीको कार्यसम्पादन र C-दर र अपरेटिङ तापक्रम जस्ता विभिन्न मापदण्डहरू बीचको सम्बन्धको कारणले गर्दा, प्रत्येक ब्याट्री रासायनिक प्रणालीमा विशिष्ट अपरेटिङ प्यारामिटर संयोजनहरूमा आधारित डिस्चार्ज कर्भहरूको श्रृंखला हुन्छ। उदाहरणका लागि, निम्न चित्रले कोठाको तापक्रम र 0.2C डिस्चार्ज दरमा दुईवटा सामान्य लिथियम-आयन रासायनिक प्रणाली र लीड-एसिड ब्याट्रीहरूको डिस्चार्ज कार्यसम्पादनलाई तुलना गर्छ। डिस्चार्ज वक्र को आकार डिजाइनरहरु को लागी ठूलो महत्व छ।

एक फ्ल्याट डिस्चार्ज वक्रले निश्चित अनुप्रयोग डिजाइनहरूलाई सरल बनाउन सक्छ, किनकि ब्याट्री भोल्टेज सम्पूर्ण डिस्चार्ज चक्रमा अपेक्षाकृत स्थिर रहन्छ। अर्कोतर्फ, स्लोप कर्भले अवशिष्ट चार्जको अनुमानलाई सरल बनाउन सक्छ, किनकि ब्याट्री भोल्टेज ब्याट्रीमा रहेको अवशिष्ट चार्जसँग नजिकको सम्बन्धमा हुन्छ। यद्यपि, फ्ल्याट डिस्चार्ज कर्भहरू भएका लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूका लागि, अवशिष्ट चार्ज अनुमान गर्न थप जटिल विधिहरू आवश्यक पर्दछ, जस्तै कुलम्ब गणना, जसले ब्याट्रीको डिस्चार्ज करन्ट मापन गर्दछ र अवशिष्ट चार्ज अनुमान गर्न समयसँगै वर्तमानलाई एकीकृत गर्दछ।

थप रूपमा, तलको ढलान डिस्चार्ज कर्भ भएका ब्याट्रीहरूले सम्पूर्ण डिस्चार्ज चक्रमा शक्तिमा कमीको अनुभव गर्दछ। डिस्चार्ज चक्रको अन्त्यमा उच्च-शक्ति अनुप्रयोगहरूलाई समर्थन गर्न एक 'अतिरिक्त आकार' ब्याट्री आवश्यक हुन सक्छ। यो सामान्यतया एक बूस्ट भोल्टेज नियामक प्रयोग गर्न आवश्यक छ शक्ति संवेदनशील यन्त्रहरू र प्रणालीहरू ठाडो डिस्चार्ज कर्भहरूसँग ब्याट्रीहरू प्रयोग गरेर।

निम्न लिथियम-आयन ब्याट्रीको डिस्चार्ज कर्भ हो, जसले ब्याट्री धेरै उच्च दरमा (वा यसको विपरीत, कम दरमा) डिस्चार्ज भएको देखाउँछ भने, प्रभावकारी क्षमता घट्नेछ (वा बढ्नेछ)। यसलाई क्षमता परिवर्तन भनिन्छ, र यो प्रभाव धेरै ब्याट्री रसायन प्रणाली मा सामान्य छ।

लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूको भोल्टेज र क्षमता सी दरको वृद्धिसँगै घट्छ। (छवि: Richtek)

कार्य तापमान एक महत्त्वपूर्ण प्यारामिटर हो जसले ब्याट्री प्रदर्शनलाई असर गर्छ। धेरै कम तापक्रममा, पानीमा आधारित इलेक्ट्रोलाइटहरू भएका ब्याट्रीहरू स्थिर हुन सक्छन्, तिनीहरूको सञ्चालन तापक्रम दायराको तल्लो सीमालाई सीमित गर्दै। लिथियम आयन ब्याट्रीहरूले कम तापमानमा नकारात्मक इलेक्ट्रोड लिथियम डिपोजिसन अनुभव गर्न सक्छन्, स्थायी रूपमा क्षमता घटाउँछ। उच्च तापक्रममा, रसायनहरू सड्न सक्छन् र ब्याट्रीले काम गर्न छोड्न सक्छ। चिसो र रासायनिक क्षति बीच, ब्याट्री कार्यसम्पादन सामान्यतया तापमान परिवर्तन संग महत्वपूर्ण फरक हुन्छ।

निम्न चित्रले लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूको प्रदर्शनमा विभिन्न तापमानको प्रभाव देखाउँछ। धेरै कम तापमान मा, प्रदर्शन उल्लेखनीय रूपमा कम हुन सक्छ। यद्यपि, ब्याट्री डिस्चार्ज कर्भ ब्याट्री प्रदर्शनको मात्र एक पक्ष हो। उदाहरणका लागि, लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूको सञ्चालन तापक्रम र कोठाको तापक्रम (चाहे उच्च वा कम तापक्रममा) बीचको विचलन जति धेरै हुन्छ, चक्रको आयु कम हुन्छ। विशिष्ट अनुप्रयोगहरूका लागि, विभिन्न ब्याट्री रासायनिक प्रणालीहरूको प्रयोगलाई असर गर्ने सबै कारकहरूको पूर्ण विश्लेषण यस लेखको ब्याट्री डिस्चार्ज कर्भको दायराभन्दा बाहिर छ। विभिन्न ब्याट्री को प्रदर्शन को विश्लेषण को लागी अन्य विधिहरु को एक उदाहरण Lagone प्लट छ।

ब्याट्री भोल्टेज र क्षमता तापमान मा निर्भर गर्दछ। (छवि: Richtek)

लगोन प्लटहरू

लगून रेखाचित्रले विभिन्न ऊर्जा भण्डारण प्रविधिहरूको विशिष्ट शक्ति र विशिष्ट ऊर्जाको तुलना गर्दछ। उदाहरण को लागी, बिजुली वाहन ब्याट्रीहरु लाई विचार गर्दा, विशिष्ट ऊर्जा दायरा संग सम्बन्धित छ, जबकि विशिष्ट शक्ति एक्सेलेरेशन प्रदर्शन संग मेल खान्छ।

एक Ragone रेखाचित्र विशिष्ट ऊर्जा र विभिन्न प्रविधिहरूको विशिष्ट शक्ति बीचको सम्बन्ध तुलना। (छवि: रिसर्चगेट)

लगून रेखाचित्र जन ऊर्जा घनत्व र शक्ति घनत्व मा आधारित छ, र भोल्युम प्यारामिटर सम्बन्धित कुनै पनि जानकारी समावेश गर्दैन। यद्यपि धातुविद् डेभिड वी. लागोनले विभिन्न ब्याट्री रसायनको कार्यसम्पादन तुलना गर्न यी चार्टहरू विकास गरे तापनि, लागोन चार्ट ऊर्जा भण्डारण र ऊर्जा उपकरणहरूको कुनै पनि सेट, जस्तै इन्जिन, ग्यास टर्बाइनहरू, र इन्धन कक्षहरू तुलना गर्नका लागि उपयुक्त छ।

Y-अक्षमा रहेको विशिष्ट ऊर्जा र X-अक्षमा रहेको विशिष्ट शक्ति बीचको अनुपात यन्त्रले मूल्याङ्कन गरिएको पावरमा काम गर्ने घण्टाको सङ्ख्या हो। यन्त्रको आकारले यस सम्बन्धलाई असर गर्दैन, किनकि ठूला यन्त्रहरूमा समानुपातिक रूपमा उच्च शक्ति र ऊर्जा क्षमता हुनेछ। लगून रेखाचित्रमा स्थिर सञ्चालन समय प्रतिनिधित्व गर्ने आइसोक्रोनस वक्र एक सीधा रेखा हो।

सारांश

ब्याट्रीको डिस्चार्ज कर्भ र विशिष्ट ब्याट्री रसायनसँग सम्बन्धित डिस्चार्ज कर्भ परिवार बनाउने विभिन्न प्यारामिटरहरू बुझ्न महत्त्वपूर्ण छ। जटिल इलेक्ट्रोकेमिकल र थर्मोडायनामिक प्रणालीहरूको कारण, ब्याट्रीहरूको डिस्चार्ज कर्भहरू पनि जटिल हुन्छन्, तर तिनीहरू विभिन्न ब्याट्री रसायन र संरचनाहरू बीचको प्रदर्शन ट्रेड-अफहरू बुझ्ने एक तरिका मात्र हुन्।