लिथियम सेल संगति बैटरी पैक को कैसे प्रभावित करती है?

एक लकड़ी के बैरल में पानी की मात्रा उसकी सबसे छोटी पट्टी द्वारा निर्धारित की जाती है। इसे "बैरल सिद्धांत" के रूप में जाना जाता है।

यदि हम एक लिथियम-आयन बैटरी पैक की तुलना पानी रखने वाले बैरल से करते हैं, तो बैटरी पैक बनाने वाली व्यक्तिगत लिथियम कोशिकाएँ लकड़ी की पट्टियाँ हैं।सबसे खराब सेल का प्रदर्शन पूरे बैटरी पैक के समग्र प्रदर्शन को निर्धारित करता है।

लिथियम-आयन बैटरी पैक असेंबली (PACK) में, सेल की स्थिरता महत्वपूर्ण है। खराब सेल स्थिरता वाला एक पैक अपने प्रदर्शन को नकारात्मक रूप से प्रभावित होते हुए देखेगा - जिसमें क्षमता, चक्र जीवन, और चार्ज/डिस्चार्ज विशेषताएं शामिल हैं। जैसे-जैसे चार्ज/डिस्चार्ज चक्रों की संख्या बढ़ती है, यह प्रभाव और भी बड़ा होता जाता है। लेकिन इस "बैरल सिद्धांत" का प्रभाव कितना महत्वपूर्ण है?

लिथियम-आयन बैटरी पैक PACK "बैरल सिद्धांत" का पालन करता है

इसका एक महत्वपूर्ण कारण बैटरी प्रबंधन प्रणाली (BMS) द्वारा प्रबंधन और नियंत्रण है। एक लिथियम बैटरी पैक के BMS में व्यक्तिगत कोशिकाओं के ओवरचार्जिंग और ओवर-डिस्चार्जिंग से सुरक्षा शामिल है। यह सुनिश्चित करता है कि लिथियम-आयन कोशिकाएँ चार्ज और डिस्चार्ज के दौरान एक सुरक्षित और विश्वसनीय वोल्टेज रेंज के भीतर संचालित हों, जिससे प्रदर्शन में गिरावट, जीवनकाल में कमी, या यहां तक कि ओवरचार्जिंग या ओवर-डिस्चार्जिंग के कारण सुरक्षा खतरे भी न हों।

बैटरी पैक डिस्चार्ज के दौरान स्थिरता का प्रभाव

एक टर्नरी लिथियम (NMC/NCA) सेल को एक उदाहरण के रूप में लें। इसका सिंगल-सेल डिस्चार्ज कट-ऑफ वोल्टेज आमतौर पर 2.5V होता है, और BMS आमतौर पर सिंगल-सेल ओवर-डिस्चार्ज सुरक्षा को 2.8V पर सेट करता है। BMS सुरक्षा तर्क इस प्रकार है कि जब पैक में किसी भी सेल का वोल्टेज 2.8V तक पहुँच जाता है, तो ओवर-डिस्चार्ज सुरक्षा ट्रिगर हो जाती है। डिस्चार्ज MOSFET या रिले खुल जाते हैं, और पूरा पैक डिस्चार्ज होना बंद हो जाता है।एक 10-सीरीज़, 1-समानांतर (10S1P) टर्नरी लिथियम बैटरी पैक पर विचार करें। मान लीजिए कि 10 कोशिकाओं में से, सबसे कम क्षमता वाली सेल 2000mAh है, जबकि अन्य 9 कोशिकाओं में सभी की क्षमता 2500mAh है। जब पैक डिस्चार्ज होता है, तो सभी 10 कोशिकाएँ एक साथ डिस्चार्ज होती हैं। सेल वोल्टेज इसकी क्षमता घटने के साथ घटता जाता है। जब कम क्षमता वाली 2000mAh सेल पूरी तरह से डिस्चार्ज हो जाती है, तो इसका वोल्टेज 2.8V तक पहुँच जाएगा। इस समय, अन्य 9 कोशिकाओं (2500mAh) में अभी भी शेष क्षमता है, जिसका वोल्टेज 3.0V से ऊपर है। हालाँकि, क्योंकि BMS ने पता लगाया है कि एक सेल स्ट्रिंग का वोल्टेज 2.8V तक पहुँच गया है, यह पैक ओवर-डिस्चार्ज सुरक्षा को ट्रिगर करता है और पूरे पैक के लिए डिस्चार्ज बंद कर देता है।नतीजतन, पूरे पैक की उपयोग योग्य डिस्चार्ज क्षमता 2000mAh तक सीमित है।

चार्जिंग के दौरान स्थिरता का प्रभाव डिस्चार्ज परिदृश्य के समान है।एक टर्नरी लिथियम सेल 4.2V पर पूरी तरह से चार्ज होता है। BMS आमतौर पर सिंगल-सेल ओवरचार्ज सुरक्षा को 4.25V पर सेट करता है। जैसे-जैसे कोशिकाएँ चार्ज होती हैं, उनकी क्षमता बढ़ने के साथ उनका वोल्टेज बढ़ता जाता है। जब कम क्षमता वाली 2000mAh सेल पूरी तरह से चार्ज हो जाती है और उसका वोल्टेज 4.25V तक पहुँच जाता है, तो अन्य 9 कोशिकाएँ अभी तक पूरी तरह से चार्ज नहीं हुई हैं (संभवतः 4.1V से नीचे)। फिर भी, BMS एक सेल स्ट्रिंग को 4.25V से अधिक होने का पता लगाता है और पैक ओवरचार्ज सुरक्षा को ट्रिगर करता है, जिससे पूरे पैक के लिए चार्जिंग बंद हो जाती है।

इसके परिणामस्वरूप, पैक केवल 2000mAh का चार्ज स्वीकार करता है।

यह है कि "बैरल प्रभाव" कैसे प्रकट होता है: सबसे कम क्षमता वाला सेल पूरे बैटरी पैक की चार्ज और डिस्चार्ज क्षमता दोनों को निर्धारित करता है।पैक के चक्र जीवन और चार्ज/डिस्चार्ज विशेषताओं पर स्थिरता का प्रभाव भी "बैरल सिद्धांत" का पालन करता है।

समग्र पैक प्रदर्शन सबसे खराब चक्र जीवन और चार्ज/डिस्चार्ज विशेषताओं वाले एकल सेल द्वारा निर्धारित किया जाता है।

बैटरी पैक स्थिरता को कैसे नियंत्रित किया जा सकता है?बैटरी पैक स्थिरता में ओपन-सर्किट वोल्टेज, क्षमता और आंतरिक प्रतिरोध जैसे पैरामीटर शामिल हैं। एक गहरे स्तर पर, इसमें K-मान (स्व-डिस्चार्ज दर), चक्र जीवन, और चार्ज/डिस्चार्ज वक्र विशेषताएं जैसे कारक भी शामिल हैं।

PACK असेंबली से पहले, कोशिकाओं को छाँटा और मिलान किया जाता है। सामान्य मिलान मानदंड हैं:

क्षमता विचलन: 1% के भीतर नियंत्रित

वोल्टेज अंतर: 3mV के भीतर

• आंतरिक प्रतिरोध (IR) अंतर: 2mΩ के भीतर

• K-मान, चक्र जीवन, और चार्ज/डिस्चार्ज विशेषताओं जैसे कारकों के लिए, सेल निर्माण स्रोत पर स्थिरता को नियंत्रित करने की आवश्यकता है। इसमें शामिल है:

• एक ही उत्पादन बैच के भीतर कोशिकाओं के लिए समान सामग्री प्रणालियों का उपयोग करना।

बड़े पैमाने पर उत्पादन में दोष दर को नियंत्रित करना।

• कोशिकाओं के लिए बड़े पैमाने पर उत्पादन प्रक्रिया को मानकीकृत और स्वचालित करना।

• संक्षेप में:

• लिथियम बैटरी पैक के भीतर कोशिकाओं की स्थिरता को सख्ती से नियंत्रित करके, हम "बैरल सिद्धांत" के शासी प्रभाव के तहत भी, पैक के प्रदर्शन को उसकी पूरी क्षमता तक अनुकूलित कर सकते हैं।