কিভাবে ব্যাটারি স্রাব বক্ররেখা পড়া

কিভাবে ব্যাটারি স্রাব বক্ররেখা পড়া

ব্যাটারি জটিল ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল এবং থার্মোডাইনামিক সিস্টেম, এবং একাধিক কারণ তাদের কর্মক্ষমতা প্রভাবিত করে। অবশ্যই, ব্যাটারি রসায়ন সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ ফ্যাক্টর। যাইহোক, একটি নির্দিষ্ট অ্যাপ্লিকেশনের জন্য কোন ধরনের ব্যাটারি সবচেয়ে উপযুক্ত তা বোঝার সময়, চার্জ নিষ্কাশনের হার, অপারেটিং তাপমাত্রা, স্টোরেজ অবস্থা এবং শারীরিক গঠনের বিবরণের মতো বিষয়গুলিও বিবেচনা করা প্রয়োজন৷ প্রথমত, বেশ কয়েকটি পদ সংজ্ঞায়িত করা প্রয়োজন:

★ ওপেন সার্কিট ভোল্টেজ (Voc) হল ব্যাটারি টার্মিনালের মধ্যে ভোল্টেজ যখন ব্যাটারিতে কোন লোড থাকে না।

★ টার্মিনাল ভোল্টেজ (Vt) হল ব্যাটারি টার্মিনালের মধ্যে ভোল্টেজ যখন ব্যাটারিতে লোড প্রয়োগ করা হয়; সাধারণত Voc থেকে কম।

কাট-অফ ভোল্টেজ (Vco) হল সেই ভোল্টেজ যেখানে ব্যাটারি সম্পূর্ণভাবে ডিসচার্জ হয়, যেমন নির্দিষ্ট করা হয়েছে। যদিও সাধারণত ব্যাটারির শক্তি অবশিষ্ট থাকে, Vco-এর নিচে ভোল্টেজে কাজ করলে ব্যাটারির ক্ষতি হতে পারে।

★ ক্যাপাসিটি মোট অ্যাম্পিয়ার ঘন্টা (AH) পরিমাপ করে যা একটি ব্যাটারি সম্পূর্ণ চার্জ করার সময় প্রদান করতে পারে, যতক্ষণ না Vt Vco এ পৌঁছায়।

চার্জ ডিসচার্জ রেট (সি-রেট) হল সেই হার যে হারে একটি ব্যাটারি চার্জ করা বা ডিসচার্জ করা হয় তার রেট করা ক্ষমতার সাপেক্ষে। উদাহরণস্বরূপ, 1C হারে 1 ঘন্টার মধ্যে ব্যাটারি সম্পূর্ণ চার্জ বা ডিসচার্জ হবে। 0.5C ডিসচার্জ হারে, ব্যাটারিটি 2 ঘন্টার মধ্যে সম্পূর্ণরূপে ডিসচার্জ হবে। উচ্চতর সি-রেট ব্যবহার করলে সাধারণত উপলব্ধ ব্যাটারির ক্ষমতা কমে যায় এবং ব্যাটারির ক্ষতি হতে পারে।

★ ব্যাটারি চার্জিং স্টেট (SoC) সর্বোচ্চ ক্ষমতার শতাংশ হিসাবে অবশিষ্ট ব্যাটারির ক্ষমতা পরিমাপ করে। যখন SoC শূন্যে পৌঁছায় এবং Vt Vco-এ পৌঁছায়, তখনও ব্যাটারিতে অবশিষ্ট ব্যাটারির শক্তি থাকতে পারে, কিন্তু ব্যাটারির ক্ষতি না করে এবং ভবিষ্যতের ক্ষমতাকে প্রভাবিত না করে, ব্যাটারিটি আর ডিসচার্জ করা যাবে না।

★ ডিসচার্জ ডেপথ (DoD) হল SoC-এর একটি পরিপূরক, যা ব্যাটারির ক্ষমতার শতাংশ পরিমাপ করে যা ডিসচার্জ হয়েছে; DoD=100- SoC.

① সাইকেল লাইফ হল ব্যাটারির সার্ভিস লাইফ শেষ হওয়ার আগে উপলব্ধ সাইকেলের সংখ্যা।

ব্যাটারি লাইফের সমাপ্তি (EoL) পূর্বনির্ধারিত ন্যূনতম স্পেসিফিকেশন অনুযায়ী ব্যাটারি চালানোর অক্ষমতাকে বোঝায়। EoL বিভিন্ন উপায়ে পরিমাপ করা যেতে পারে:

① ক্ষমতার ক্ষয় নির্দিষ্ট অবস্থার অধীনে রেট করা ক্ষমতার তুলনায় ব্যাটারির ক্ষমতার প্রদত্ত শতাংশ হ্রাসের উপর ভিত্তি করে।

② পাওয়ার অ্যাটেন্যুয়েশন নির্দিষ্ট অবস্থার অধীনে রেট করা পাওয়ারের তুলনায় একটি নির্দিষ্ট শতাংশে ব্যাটারির সর্বাধিক শক্তির উপর ভিত্তি করে।

③ এনার্জি থ্রুপুট নির্দিষ্ট অপারেটিং অবস্থার উপর ভিত্তি করে একটি ব্যাটারি তার জীবদ্দশায় 30MWh-এর মতো প্রত্যাশিত শক্তির মোট পরিমাণকে পরিমাপ করে।

★ ব্যাটারির স্বাস্থ্য অবস্থা (SoH) EoL পৌঁছানোর আগে অবশিষ্ট দরকারী জীবনের শতাংশ পরিমাপ করে।

মেরুকরণ বক্ররেখা

ব্যাটারি ডিসচার্জ কার্ভ ব্যাটারির মেরুকরণ প্রভাবের উপর ভিত্তি করে গঠিত হয় যা স্রাব প্রক্রিয়া চলাকালীন ঘটে। একটি ব্যাটারি বিভিন্ন অপারেটিং অবস্থার অধীনে যে পরিমাণ শক্তি সরবরাহ করতে পারে, যেমন সি-রেট এবং অপারেটিং তাপমাত্রা, স্রাব বক্ররেখার অধীনে থাকা এলাকার সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত। ডিসচার্জ প্রক্রিয়া চলাকালীন, ব্যাটারির Vt হ্রাস পাবে। Vt হ্রাস বিভিন্ন প্রধান কারণের সাথে সম্পর্কিত:

✔ IR ড্রপ - ব্যাটারির অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধের মধ্য দিয়ে কারেন্ট যাওয়ার কারণে ব্যাটারির ভোল্টেজের হ্রাস। এই ফ্যাক্টরটি একটি স্থির তাপমাত্রার সাথে তুলনামূলকভাবে উচ্চ স্রাবের হারে রৈখিকভাবে বৃদ্ধি পায়।

✔ অ্যাক্টিভেশন মেরুকরণ - ইলেক্ট্রোড এবং ইলেক্ট্রোলাইটের সংযোগস্থলে আয়নগুলিকে অবশ্যই কাটিয়ে উঠতে হবে এমন কাজের ফাংশন যেমন ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল বিক্রিয়ার গতিবিদ্যার সাথে সম্পর্কিত বিভিন্ন ক্ষয়কারী কারণকে বোঝায়।

✔ ঘনত্ব মেরুকরণ - এই ফ্যাক্টরটি একটি ইলেক্ট্রোড থেকে অন্য ইলেক্ট্রোডে ভর স্থানান্তর (প্রসারণের) সময় আয়নগুলির মুখোমুখি প্রতিরোধকে বিবেচনা করে। লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি সম্পূর্ণরূপে নিঃসৃত হলে এই ফ্যাক্টরটি প্রাধান্য পায় এবং বক্ররেখার ঢাল খুব খাড়া হয়ে যায়।

ব্যাটারির মেরুকরণ বক্ররেখা (ডিসচার্জ কার্ভ) IR হ্রাস, সক্রিয়করণ মেরুকরণ, এবং Vt (ব্যাটারি সম্ভাব্য) উপর ঘনত্ব মেরুকরণের ক্রমবর্ধমান প্রভাব দেখায়। (ছবি: বায়োলজিক)

স্রাব বক্ররেখা বিবেচনা

ব্যাটারিগুলি বিস্তৃত অ্যাপ্লিকেশনের জন্য ডিজাইন করা হয়েছে এবং বিভিন্ন কর্মক্ষমতা বৈশিষ্ট্য প্রদান করে। উদাহরণস্বরূপ, কমপক্ষে ছয়টি মৌলিক লিথিয়াম আয়ন রাসায়নিক সিস্টেম রয়েছে, প্রতিটির নিজস্ব অনন্য বৈশিষ্ট্য সেট রয়েছে। ডিসচার্জ বক্ররেখা সাধারণত Y-অক্ষে Vt দিয়ে প্লট করা হয়, যখন SoC (বা DoD) X-অক্ষে প্লট করা হয়। ব্যাটারির কর্মক্ষমতা এবং সি-রেট এবং অপারেটিং তাপমাত্রার মতো বিভিন্ন পরামিতির মধ্যে পারস্পরিক সম্পর্কের কারণে, প্রতিটি ব্যাটারি রাসায়নিক সিস্টেমে নির্দিষ্ট অপারেটিং পরামিতি সমন্বয়ের উপর ভিত্তি করে ডিসচার্জ কার্ভের একটি সিরিজ রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, নিম্নলিখিত চিত্রটি ঘরের তাপমাত্রায় দুটি সাধারণ লিথিয়াম-আয়ন রাসায়নিক সিস্টেম এবং সীসা-অ্যাসিড ব্যাটারির স্রাব কর্মক্ষমতা এবং 0.2C স্রাবের হারের তুলনা করে। স্রাব বক্ররেখার আকৃতি ডিজাইনারদের কাছে অত্যন্ত তাৎপর্যপূর্ণ।

একটি সমতল স্রাব বক্ররেখা নির্দিষ্ট অ্যাপ্লিকেশন ডিজাইনকে সরল করতে পারে, কারণ পুরো স্রাব চক্র জুড়ে ব্যাটারির ভোল্টেজ তুলনামূলকভাবে স্থিতিশীল থাকে। অন্যদিকে, ঢালের বক্ররেখা অবশিষ্ট চার্জের অনুমানকে সহজ করতে পারে, কারণ ব্যাটারির ভোল্টেজ ব্যাটারির অবশিষ্ট চার্জের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত। যাইহোক, ফ্ল্যাট ডিসচার্জ কার্ভ সহ লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির জন্য, অবশিষ্ট চার্জ অনুমান করার জন্য আরও জটিল পদ্ধতির প্রয়োজন, যেমন কুলম্ব গণনা, যা ব্যাটারির স্রাব কারেন্ট পরিমাপ করে এবং অবশিষ্ট চার্জ অনুমান করতে সময়ের সাথে সাথে বর্তমানকে সংহত করে।

উপরন্তু, নিচের দিকে ঢালু স্রাব বক্ররেখা সহ ব্যাটারি সমগ্র স্রাব চক্র জুড়ে শক্তি হ্রাস অনুভব করে। একটি 'অতিরিক্ত আকার' ব্যাটারি ডিসচার্জ চক্রের শেষে উচ্চ-শক্তি অ্যাপ্লিকেশন সমর্থন করার প্রয়োজন হতে পারে. সাধারণত খাড়া স্রাব বক্ররেখা সহ ব্যাটারি ব্যবহার করে সংবেদনশীল ডিভাইস এবং সিস্টেমগুলিকে পাওয়ার জন্য একটি বুস্ট ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রক ব্যবহার করা প্রয়োজন।

নিম্নে একটি লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির ডিসচার্জ কার্ভ, যা দেখায় যে যদি ব্যাটারিটি খুব বেশি হারে (অথবা বিপরীতে, কম হারে) ডিসচার্জ করা হয় তবে কার্যকর ক্ষমতা হ্রাস পাবে (বা বৃদ্ধি পাবে)। এটাকে ক্যাপাসিটি শিফট বলা হয়, এবং এই প্রভাব বেশিরভাগ ব্যাটারি কেমিস্ট্রি সিস্টেমে সাধারণ।

লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির ভোল্টেজ এবং ক্ষমতা C হার বৃদ্ধির সাথে হ্রাস পায়। (ছবি: রিচটেক)

কাজের তাপমাত্রা একটি গুরুত্বপূর্ণ পরামিতি যা ব্যাটারির কর্মক্ষমতা প্রভাবিত করে। খুব কম তাপমাত্রায়, জল-ভিত্তিক ইলেক্ট্রোলাইট সহ ব্যাটারিগুলি হিমায়িত হতে পারে, তাদের অপারেটিং তাপমাত্রা পরিসরের নিম্ন সীমাকে সীমাবদ্ধ করে। লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারি কম তাপমাত্রায় নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড লিথিয়াম জমা অনুভব করতে পারে, স্থায়ীভাবে ক্ষমতা হ্রাস করে। উচ্চ তাপমাত্রায়, রাসায়নিকগুলি পচে যেতে পারে এবং ব্যাটারি কাজ করা বন্ধ করতে পারে। হিমায়িত এবং রাসায়নিক ক্ষতির মধ্যে, ব্যাটারির কর্মক্ষমতা সাধারণত তাপমাত্রা পরিবর্তনের সাথে উল্লেখযোগ্যভাবে পরিবর্তিত হয়।

নিম্নলিখিত চিত্রটি লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির কর্মক্ষমতার উপর বিভিন্ন তাপমাত্রার প্রভাব দেখায়। খুব কম তাপমাত্রায়, কর্মক্ষমতা উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পেতে পারে। যাইহোক, ব্যাটারি ডিসচার্জ কার্ভ ব্যাটারি কর্মক্ষমতা শুধুমাত্র একটি দিক। উদাহরণস্বরূপ, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির অপারেটিং তাপমাত্রা এবং ঘরের তাপমাত্রার মধ্যে বিচ্যুতি যত বেশি হবে (উচ্চ বা নিম্ন তাপমাত্রায় হোক না কেন), চক্রের আয়ু তত কম। নির্দিষ্ট অ্যাপ্লিকেশনের জন্য, বিভিন্ন ব্যাটারি রাসায়নিক সিস্টেমের প্রযোজ্যতাকে প্রভাবিত করে এমন সমস্ত কারণের সম্পূর্ণ বিশ্লেষণ এই নিবন্ধের ব্যাটারি ডিসচার্জ কার্ভের সুযোগের বাইরে। বিভিন্ন ব্যাটারির কর্মক্ষমতা বিশ্লেষণের জন্য অন্যান্য পদ্ধতির একটি উদাহরণ হল Lagone প্লট।

ব্যাটারির ভোল্টেজ এবং ক্ষমতা তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে। (ছবি: রিচটেক)

লেগন প্লট

লেগুন চিত্রটি বিভিন্ন শক্তি সঞ্চয় প্রযুক্তির নির্দিষ্ট শক্তি এবং নির্দিষ্ট শক্তির তুলনা করে। উদাহরণস্বরূপ, বৈদ্যুতিক গাড়ির ব্যাটারি বিবেচনা করার সময়, নির্দিষ্ট শক্তি পরিসরের সাথে সম্পর্কিত, যখন নির্দিষ্ট শক্তি ত্বরণ কর্মক্ষমতার সাথে সম্পর্কিত।

একটি Ragone ডায়াগ্রাম নির্দিষ্ট শক্তি এবং বিভিন্ন প্রযুক্তির নির্দিষ্ট শক্তির মধ্যে সম্পর্ক তুলনা করে। (ছবি: রিসার্চগেট)

লেগুন চিত্রটি ভর শক্তির ঘনত্ব এবং শক্তি ঘনত্বের উপর ভিত্তি করে তৈরি করা হয়েছে এবং এতে ভলিউম প্যারামিটার সম্পর্কিত কোনো তথ্য অন্তর্ভুক্ত নয়। যদিও ধাতুবিদ ডেভিড ভি. ল্যাগোন বিভিন্ন ব্যাটারি রসায়নের কর্মক্ষমতা তুলনা করার জন্য এই চার্টগুলি তৈরি করেছিলেন, লেগন চার্টটি শক্তি সঞ্চয়স্থান এবং শক্তি ডিভাইসের যেকোন সেট যেমন ইঞ্জিন, গ্যাস টারবাইন এবং জ্বালানী কোষের সাথে তুলনা করার জন্যও উপযুক্ত।

Y-অক্ষের নির্দিষ্ট শক্তি এবং X-অক্ষের নির্দিষ্ট শক্তির মধ্যে অনুপাত হল ডিভাইসটি রেট করা শক্তিতে কত ঘন্টা কাজ করে। ডিভাইসের আকার এই সম্পর্ককে প্রভাবিত করে না, কারণ বড় ডিভাইসগুলির আনুপাতিকভাবে উচ্চ শক্তি এবং শক্তি ক্ষমতা থাকবে। লেগুন ডায়াগ্রামে ধ্রুবক অপারেটিং সময়ের প্রতিনিধিত্বকারী আইসোক্রোনাস বক্ররেখা একটি সরল রেখা।

সারসংক্ষেপ

একটি ব্যাটারির ডিসচার্জ বক্ররেখা এবং নির্দিষ্ট ব্যাটারি রসায়নের সাথে সম্পর্কিত ডিসচার্জ বক্ররেখা পরিবার তৈরি করে এমন বিভিন্ন পরামিতি বোঝা গুরুত্বপূর্ণ। জটিল ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল এবং থার্মোডাইনামিক সিস্টেমের কারণে, ব্যাটারির ডিসচার্জ কার্ভগুলিও জটিল, কিন্তু বিভিন্ন ব্যাটারি রসায়ন এবং কাঠামোর মধ্যে পারফরম্যান্স ট্রেড-অফ বোঝার জন্য তারা শুধুমাত্র একটি উপায়।