নলাকার ব্যাটারির মেরু প্লেটের মাত্রার নকশার জন্য সাধারণ সমাধান সম্পর্ক

নলাকার ব্যাটারির মেরু প্লেটের মাত্রার নকশার জন্য সাধারণ সমাধান সম্পর্ক

লিথিয়াম ব্যাটারিগুলি তাদের প্যাকেজিং পদ্ধতি এবং আকারের উপর ভিত্তি করে বর্গাকার, নরম প্যাক এবং নলাকার ব্যাটারিতে শ্রেণীবদ্ধ করা যেতে পারে। তাদের মধ্যে, নলাকার ব্যাটারির মূল সুবিধা রয়েছে যেমন ভাল ধারাবাহিকতা, উচ্চ উত্পাদন দক্ষতা এবং কম উত্পাদন খরচ। 1991 সালে তাদের সূচনা থেকে 30 বছরেরও বেশি সময় ধরে তাদের বিকাশের ইতিহাস রয়েছে। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, টেসলার সমস্ত মেরু কানের প্রযুক্তি প্রকাশের সাথে সাথে, পাওয়ার ব্যাটারি এবং শক্তি সঞ্চয়ের ক্ষেত্রে বড় নলাকার ব্যাটারির প্রয়োগ ত্বরান্বিত হয়েছে, এটি একটি গবেষণায় পরিণত হয়েছে। প্রধান লিথিয়াম ব্যাটারি কোম্পানির জন্য হটস্পট.

চিত্র 1: বিভিন্ন আকারের লিথিয়াম ব্যাটারির একক এবং সিস্টেম স্তরে কর্মক্ষমতার তুলনা

নলাকার ব্যাটারি শেল একটি ইস্পাত শেল, একটি অ্যালুমিনিয়াম শেল, বা একটি নরম প্যাকেজ হতে পারে। এর সাধারণ বৈশিষ্ট্য হল উত্পাদন প্রক্রিয়াটি উইন্ডিং টেকনোলজি গ্রহণ করে, যা উইন্ডিং সুইকে কোর হিসাবে ব্যবহার করে এবং উইন্ডিং সুইকে চালিত করে লেয়ারে ঘোরাতে এবং বিচ্ছিন্নতা ফিল্ম এবং ইলেক্ট্রোড প্লেটকে একসাথে মোড়ানো, শেষ পর্যন্ত তুলনামূলকভাবে অভিন্ন নলাকার উইন্ডিং কোর গঠন করে। নীচের চিত্রে দেখানো হয়েছে, একটি সাধারণ ঘূর্ণন প্রক্রিয়া নিম্নরূপ: প্রথমত, ডায়াফ্রামের প্রি-ওয়াইন্ডিংয়ের জন্য উইন্ডিং সুই ডায়াফ্রামকে আটকে দেয়, তারপর নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের প্রি-ওয়াইন্ডিংয়ের জন্য বিচ্ছিন্ন ফিল্মের দুটি স্তরের মধ্যে নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড ঢোকানো হয়, এবং তারপর ইতিবাচক ইলেক্ট্রোড উচ্চ-গতির উইন্ডিংয়ের জন্য ঢোকানো হয়। উইন্ডিং সম্পন্ন হওয়ার পরে, কাটার প্রক্রিয়াটি ইলেক্ট্রোড এবং ডায়াফ্রামকে কেটে দেয় এবং অবশেষে, আকৃতি ঠিক করতে শেষে আঠালো টেপের একটি স্তর প্রয়োগ করা হয়।

চিত্র 2: উইন্ডিং প্রক্রিয়ার পরিকল্পিত চিত্র

উইন্ডিংয়ের পরে মূল ব্যাসের নিয়ন্ত্রণ অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। ব্যাস খুব বড় হলে, এটি একত্রিত করা যাবে না, এবং যদি ব্যাস খুব ছোট হয়, স্থানের অপচয় হয়। অতএব, মূল ব্যাসের সঠিক নকশা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। সৌভাগ্যবশত, নলাকার ব্যাটারিগুলি তুলনামূলকভাবে নিয়মিত জ্যামিতি, এবং ইলেক্ট্রোড এবং ডায়াফ্রামের প্রতিটি স্তরের পরিধি একটি বৃত্তের আনুমানিক দ্বারা গণনা করা যেতে পারে। অবশেষে, ক্ষমতা নকশা প্রাপ্ত করার জন্য ইলেক্ট্রোডের মোট দৈর্ঘ্য জমা করা যেতে পারে। সূচের ব্যাস, ইলেক্ট্রোড স্তর সংখ্যা এবং মধ্যচ্ছদা স্তর সংখ্যার সঞ্চিত মানগুলি ক্ষত কোরের ব্যাস। এটি লক্ষ করা উচিত যে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি ডিজাইনের মূল উপাদানগুলি হল ক্ষমতা নকশা এবং আকারের নকশা। এছাড়াও, তাত্ত্বিক গণনার মাধ্যমে, আমরা মাথা, লেজ বা কেন্দ্রের মধ্যে সীমাবদ্ধ নয়, কয়েল কোরের যে কোনও অবস্থানে মেরু কানের নকশাও করতে পারি এবং নলাকার ব্যাটারির জন্য মাল্টি পোল ইয়ার এবং সমস্ত মেরু কানের নকশা পদ্ধতিও আবরণ করতে পারি। .

ইলেক্ট্রোডের দৈর্ঘ্য এবং মূল ব্যাসের বিষয়গুলি অন্বেষণ করার জন্য, আমাদের প্রথমে তিনটি প্রক্রিয়া অধ্যয়ন করতে হবে: বিচ্ছিন্ন ফিল্মের অসীম প্রি-ওয়াইন্ডিং, নেগেটিভ ইলেক্ট্রোডের অসীম প্রি-ওয়াইন্ডিং এবং পজিটিভ ইলেক্ট্রোডের অসীম উইন্ডিং। কয়েলের সূঁচের ব্যাস ধরে নিলাম, বিচ্ছিন্ন ফিল্মের পুরুত্ব হল s, ঋণাত্মক ইলেক্ট্রোডের পুরুত্ব হল a, এবং ধনাত্মক ইলেক্ট্রোডের পুরুত্ব হল c, সবই মিলিমিটারে।

• বিচ্ছিন্ন ঝিল্লির অসীম প্রি-ওয়াইন্ডিং প্রক্রিয়া

ডায়াফ্রামের প্রি-ওয়াইন্ডিং প্রক্রিয়ার সময়, ডায়াফ্রামের দুটি স্তর একই সাথে ক্ষতবিক্ষত হয়, তাই উইন্ডিং প্রক্রিয়ার সময় বাইরের ডায়াফ্রামের ব্যাস সবসময় ভিতরের মধ্যচ্ছদা থেকে ডায়াফ্রামের পুরুত্বের (+1s) আরও একটি স্তর থাকে। অভ্যন্তরীণ ডায়াফ্রাম ওয়াইন্ডিং এর প্রাথমিক ব্যাস হল পূর্ববর্তী ওয়াইন্ডিং এর শেষ ব্যাস, এবং ডায়াফ্রামের প্রতিটি প্রি-ওয়াইন্ডিং এর জন্য মূল ব্যাস ডায়াফ্রাম বেধের চারটি স্তর (+4s) দ্বারা বৃদ্ধি পায়।

পরিশিষ্ট 1: বিচ্ছিন্ন ঝিল্লির অসীম প্রি-ওয়াইন্ডিং প্রক্রিয়ার ব্যাস প্রকরণ আইন

• ঋণাত্মক ইলেক্ট্রোডের অসীম প্রি-ওয়াইন্ডিং প্রক্রিয়া

নেগেটিভ ইলেক্ট্রোডের প্রি-ওয়াইন্ডিং প্রক্রিয়া চলাকালীন, নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের একটি স্তর যুক্ত হওয়ার কারণে, ঘূর্ণন প্রক্রিয়া চলাকালীন বাইরের মধ্যচ্ছদাটির ব্যাস সর্বদা অভ্যন্তরীণ ডায়াফ্রামের পুরুত্বের চেয়ে এক স্তর বেশি এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের এক স্তর ( +1s+1a), এবং ভিতরের ডায়াফ্রাম উইন্ডিং এর প্রাথমিক ব্যাস সর্বদা পূর্ববর্তী বৃত্তের শেষ ব্যাসের সমান। এই সময়ে, নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের প্রতিটি প্রি-ওয়াইন্ডিংয়ের জন্য, মূল ব্যাস ডায়াফ্রামের চারটি স্তর এবং ঋণাত্মক ইলেক্ট্রোড পুরুত্বের দুটি স্তর (+4s+2a) দ্বারা বৃদ্ধি পায়।

পরিশিষ্ট 2: ঋণাত্মক ইলেক্ট্রোড প্লেটের অসীম প্রি-ওয়াইন্ডিং প্রক্রিয়ার ব্যাস প্রকরণ আইন

ধনাত্মক ইলেক্ট্রোড প্লেটের অসীম উইন্ডিং প্রক্রিয়া

পজিটিভ ইলেক্ট্রোডের ওয়াইন্ডিং প্রক্রিয়া চলাকালীন, ধনাত্মক ইলেক্ট্রোডের একটি নতুন স্তর যুক্ত হওয়ার কারণে, ধনাত্মক ইলেক্ট্রোডের প্রাথমিক ব্যাস সর্বদা পূর্ববর্তী বৃত্তের শেষ ব্যাসের সমান হয়, যখন অভ্যন্তরীণ মধ্যচ্ছদা ওয়াইন্ডিংয়ের প্রাথমিক ব্যাস হয়ে যায় পূর্ববর্তী বৃত্তের শেষ ব্যাস এবং পজিটিভ ইলেক্ট্রোডের এক স্তরের পুরুত্ব (+1c)। যাইহোক, বাইরের ডায়াফ্রামের ঘূর্ণন প্রক্রিয়ার সময়, ব্যাস সর্বদা অভ্যন্তরীণ মধ্যচ্ছদা এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের এক স্তরের (+1s+1a) পুরুত্বের চেয়ে শুধুমাত্র একটি স্তর বেশি থাকে। এই সময়ে, নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডটি প্রতিটি বৃত্তের জন্য প্রাক ক্ষত হয়, কয়েল কোরের ব্যাস ডায়াফ্রামের 4 স্তর, ঋণাত্মক ইলেক্ট্রোডের 2টি স্তর এবং ধনাত্মক ইলেক্ট্রোডের পুরুত্বের 2 স্তর (+4s+2s+2a) দ্বারা বৃদ্ধি পায়।

পরিশিষ্ট 3: অসীম ঘূর্ণন প্রক্রিয়া চলাকালীন ধনাত্মক ইলেক্ট্রোডের ব্যাস প্রকরণ আইন

উপরে, ডায়াফ্রাম এবং ইলেক্ট্রোড প্লেটের অসীম ঘূর্ণন প্রক্রিয়ার বিশ্লেষণের মাধ্যমে, আমরা মূল ব্যাস এবং ইলেক্ট্রোড প্লেটের দৈর্ঘ্যের পরিবর্তনের প্যাটার্ন পেয়েছি। এই স্তর দ্বারা স্তর বিশ্লেষণাত্মক গণনা পদ্ধতিটি ইলেক্ট্রোড কানের অবস্থান (একক মেরু কান, মাল্টিপোল কান এবং পূর্ণ মেরু কান সহ) সঠিকভাবে সাজানোর জন্য উপযোগী, তবে ঘুরানোর প্রক্রিয়া এখনও শেষ হয়নি। এই সময়ে, পজিটিভ ইলেক্ট্রোড প্লেট, নেগেটিভ ইলেক্ট্রোড প্লেট এবং আইসোলেশন ফিল্ম ফ্লাশ অবস্থায় থাকে। ব্যাটারি ডিজাইনের মূল নীতি হল নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড প্লেটকে সম্পূর্ণরূপে আবৃত করার জন্য বিচ্ছিন্ন ফিল্মের প্রয়োজন এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডটি সম্পূর্ণরূপে পজিটিভ ইলেক্ট্রোডকে ঢেকে রাখতে হবে।

চিত্র 3: নলাকার ব্যাটারি কয়েল গঠন এবং বন্ধ প্রক্রিয়ার পরিকল্পিত চিত্র

অতএব, মূল নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড এবং বিচ্ছিন্ন ফিল্ম ঘুরানোর বিষয়টি আরও অন্বেষণ করা প্রয়োজন। স্পষ্টতই, যেহেতু ধনাত্মক ইলেক্ট্রোড ইতিমধ্যে ক্ষত হয়ে গেছে, এবং এর আগে, পজিটিভ ইলেক্ট্রোডের প্রাথমিক ব্যাস সর্বদা পূর্ববর্তী বৃত্তের শেষ ব্যাসের সমান, তাই ভিতরের স্তর ডায়াফ্রামের প্রাথমিক ব্যাস পূর্ববর্তী বৃত্তের শেষ ব্যাসকে প্রতিস্থাপন করে। . এই ভিত্তিতে, ঋণাত্মক ইলেক্ট্রোডের প্রাথমিক ব্যাস ডায়াফ্রামের একটি স্তরের পুরুত্ব (+1s) বৃদ্ধি করে, বাইরের মধ্যচ্ছদাটির প্রাথমিক ব্যাসকে নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড পুরুত্বের আরও একটি স্তর (+1s+1a) দ্বারা বৃদ্ধি করে।

পরিশিষ্ট 4: নলাকার ব্যাটারির ঘুরানোর প্রক্রিয়ার সময় ইলেক্ট্রোড এবং ডায়াফ্রামের ব্যাস এবং দৈর্ঘ্যের তারতম্য

এখন পর্যন্ত, আমরা যেকোন সংখ্যক উইন্ডিং চক্রের অধীনে পজিটিভ প্লেট, নেগেটিভ প্লেট এবং আইসোলেশন ফিল্মের দৈর্ঘ্যের গাণিতিক অভিব্যক্তি পেয়েছি। মনে করুন যে ডায়াফ্রামটি m+1 চক্রের পূর্বের ক্ষত, ঋণাত্মক প্লেটটি n+1 চক্রের পূর্বে, ধনাত্মক প্লেটটি ক্ষত x+1 চক্র, এবং ঋণাত্মক প্লেটের কেন্দ্রীয় কোণ হল θ °, বিচ্ছিন্নতার কেন্দ্রীয় কোণ ফিল্ম উইন্ডিং β °, তারপর নিম্নলিখিত সম্পর্ক আছে:

ইলেক্ট্রোড এবং ডায়াফ্রাম স্তরের সংখ্যা নির্ধারণ শুধুমাত্র ইলেক্ট্রোড এবং ডায়াফ্রামের দৈর্ঘ্য নির্ধারণ করে না, যা ঘুরেফিরে ক্ষমতা নকশাকে প্রভাবিত করে, কিন্তু কয়েল কোরের চূড়ান্ত ব্যাসও নির্ধারণ করে, কয়েল কোরের সমাবেশের ঝুঁকিকে ব্যাপকভাবে হ্রাস করে। যদিও আমরা উইন্ডিংয়ের পরে কোরের ব্যাস পেয়েছি, আমরা মেরু কানের বেধ এবং শেষ আঠালো কাগজ বিবেচনা করিনি। ধরে নিই যে ধনাত্মক কানের পুরুত্ব tabb, ঋণাত্মক কানের পুরুত্ব হল Taba, এবং শেষ আঠালো 1 বৃত্ত এবং ওভারল্যাপিং এলাকাটি মেরু কানের অবস্থানকে এড়িয়ে চলে, যার পুরুত্ব g। অতএব, কোরের চূড়ান্ত ব্যাস হল:

উপরের সূত্রটি নলাকার ব্যাটারি ইলেক্ট্রোড প্লেটের নকশার জন্য সাধারণ সমাধান সম্পর্ক। এটি ইলেক্ট্রোড প্লেটের দৈর্ঘ্য, ডায়াফ্রামের দৈর্ঘ্য এবং কয়েলের মূল ব্যাসের সমস্যা নির্ধারণ করে এবং পরিমাণগতভাবে তাদের মধ্যে সম্পর্ক বর্ণনা করে, ডিজাইনের সঠিকতাকে ব্যাপকভাবে উন্নত করে এবং দুর্দান্ত ব্যবহারিক প্রয়োগের মান রয়েছে।

অবশেষে, আমাদের যা সমাধান করতে হবে তা হল মেরু কানের ব্যবস্থা করার সমস্যা। সাধারণত, একটি মেরু টুকরাতে এক বা দুটি মেরু কান বা এমনকি তিনটি মেরু কান থাকে, যা অল্প সংখ্যক মেরু কান। ট্যাব সীসা মেরু টুকরা পৃষ্ঠ ঢালাই করা হয়. যদিও এটি কিছু পরিমাণে (ব্যাসকে প্রভাবিত না করে) পোল পিস দৈর্ঘ্যের নকশার নির্ভুলতাকে প্রভাবিত করতে পারে, তবে ট্যাব লিড সাধারণত সংকীর্ণ এবং সামান্য প্রভাব ফেলে, তাই, এই নিবন্ধে প্রস্তাবিত নলাকার ব্যাটারির আকার নকশার জন্য সাধারণ সমাধান সূত্র এই সমস্যাটি উপেক্ষা করে।

চিত্র 4: ইতিবাচক এবং নেতিবাচক কানের অবস্থানের বিন্যাস

উপরের ডায়াগ্রামটি পোল লগের স্থাপনের একটি পরিকল্পিত চিত্র। মেরু টুকরা আকারের পূর্বে প্রস্তাবিত সাধারণ সম্পর্কের উপর ভিত্তি করে, আমরা উইন্ডিং প্রক্রিয়া চলাকালীন মেরু টুকরাগুলির প্রতিটি স্তরের দৈর্ঘ্য এবং ব্যাসের পরিবর্তনগুলি পরিষ্কারভাবে বুঝতে পারি। অতএব, পোল লগগুলি সাজানোর সময়, একটি একক পোল লগের ক্ষেত্রে পোল পিসের লক্ষ্য অবস্থানে ইতিবাচক এবং নেতিবাচক লগগুলি সঠিকভাবে সাজানো যেতে পারে, যখন একাধিক বা পূর্ণ মেরু লগের ক্ষেত্রে এটি সাধারণত সারিবদ্ধ করা প্রয়োজন। পোল লগের একাধিক স্তর, এই ভিত্তিতে, আমাদের কেবল প্রতিটা লেয়ারের স্থির কোণ থেকে বিচ্যুত হতে হবে, যাতে প্রতিটা লেয়ারের বিন্যাসের অবস্থান পাওয়া যায়। উইন্ডিং প্রক্রিয়া চলাকালীন উইন্ডিং কোরের ব্যাস ধীরে ধীরে বাড়তে থাকায়, সহনশীলতা হিসাবে π (4s+2a+2c) সহ গাণিতিক অগ্রগতির মাধ্যমে লগের সামগ্রিক বিন্যাস দূরত্ব প্রায় পরিবর্তিত হয়।

কয়েল কোরের ব্যাস এবং দৈর্ঘ্যের উপর ইলেক্ট্রোড প্লেট এবং ডায়াফ্রামের পুরুত্বের ওঠানামার প্রভাব আরও তদন্ত করার জন্য, উদাহরণ হিসাবে 4680 বৃহৎ নলাকার পূর্ণ ইলেক্ট্রোড ইয়ার সেলকে উদাহরণ হিসাবে গ্রহণ করে, ধরে নেওয়া হয় যে কয়েলের সূঁচের ব্যাস 1 মিমি, এর পুরুত্ব ক্লোজিং টেপ হল 16um, আইসোলেশন ফিল্মের বেধ 10um, পজিটিভ ইলেক্ট্রোড প্লেটের কোল্ড প্রেসিং বেধ 171um, উইন্ডিং এর সময় বেধ 174um, নেগেটিভ ইলেক্ট্রোড প্লেটের কোল্ড প্রেসিং বেধ 249um, উইন্ডিং এর সময় বেধ 255um হয়, এবং ডায়াফ্রাম এবং ঋণাত্মক ইলেক্ট্রোড প্লেট দুটিই 2টি বাঁকের জন্য পূর্বে ঘূর্ণিত হয়। গণনা দেখায় যে ধনাত্মক ইলেক্ট্রোড প্লেটটি 47 টার্নের জন্য ক্ষতবিক্ষত হয়, যার দৈর্ঘ্য 3371.6 মিমি, নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডটি 49.5 বার ক্ষত হয়, যার দৈর্ঘ্য 3449.7 মিমি এবং 44.69 মিমি ব্যাস হয়।

চিত্র 5: মূল ব্যাস এবং মেরু দৈর্ঘ্যের উপর মেরু এবং ডায়াফ্রামের পুরুত্বের ওঠানামার প্রভাব

উপরের চিত্র থেকে, এটি স্বজ্ঞাতভাবে দেখা যায় যে মেরু অংশ এবং মধ্যচ্ছদা এর পুরুত্বের ওঠানামা কয়েল কোরের ব্যাস এবং দৈর্ঘ্যের উপর একটি নির্দিষ্ট প্রভাব ফেলে। যখন মেরু অংশের পুরুত্ব 1um দ্বারা বিচ্যুত হয়, তখন কয়েল কোরের ব্যাস এবং দৈর্ঘ্য প্রায় 0.2% বৃদ্ধি পায়, যখন ডায়াফ্রামের পুরুত্ব 1um দ্বারা বিচ্যুত হয়, তখন কয়েল কোরের ব্যাস এবং দৈর্ঘ্য প্রায় 0.5% বৃদ্ধি পায়। অতএব, কয়েল কোরের ব্যাসের সামঞ্জস্য নিয়ন্ত্রণ করার জন্য, মেরু অংশ এবং মধ্যচ্ছদা এর ওঠানামা যতটা সম্ভব কম করা উচিত, এবং ইলেক্ট্রোড প্লেট এবং সময়ের রিবাউন্ডের মধ্যে সম্পর্ক সংগ্রহ করাও প্রয়োজন। কোল্ড প্রেসিং এবং উইন্ডিং এর মধ্যে, সেল ডিজাইন প্রক্রিয়ায় সহায়তা করার জন্য।



সারসংক্ষেপ

1. ক্যাপাসিটি ডিজাইন এবং ব্যাস ডিজাইন হল নলাকার লিথিয়াম ব্যাটারির জন্য সর্বনিম্ন স্তরের ডিজাইন লজিক৷ ক্ষমতা ডিজাইনের চাবিকাঠি ইলেক্ট্রোডের দৈর্ঘ্যের মধ্যে নিহিত, যখন ব্যাস ডিজাইনের চাবিকাঠি স্তরের সংখ্যা বিশ্লেষণের মধ্যে নিহিত।
2. মেরু কানের অবস্থানের বিন্যাসও গুরুত্বপূর্ণ। মাল্টি পোল ইয়ার বা পূর্ণ মেরু কানের কাঠামোর জন্য, মেরু কানের সারিবদ্ধকরণটি ব্যাটারি সেলের নকশা ক্ষমতা এবং প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণ ক্ষমতা মূল্যায়নের জন্য একটি মানদণ্ড হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে। স্তর দ্বারা স্তর বিশ্লেষণের পদ্ধতিটি মেরু কানের অবস্থান বিন্যাস এবং প্রান্তিককরণের প্রয়োজনীয়তাগুলি আরও ভালভাবে পূরণ করতে পারে।