लिथियम चार्ज और डिस्चार्ज का सिद्धांत और बिजली गणना पद्धति का डिजाइन (1)

1. लिथियम-आयन बैटरी का परिचय

1.1 प्रभार की स्थिति (एसओसी)

चार्ज की स्थिति को बैटरी में उपलब्ध विद्युत ऊर्जा की स्थिति के रूप में परिभाषित किया जा सकता है, जिसे आमतौर पर प्रतिशत के रूप में व्यक्त किया जाता है।क्योंकि उपलब्ध विद्युत ऊर्जा चार्जिंग और डिस्चार्जिंग करंट, तापमान और उम्र बढ़ने की घटना के साथ भिन्न होती है, आवेश की स्थिति की परिभाषा को भी दो प्रकारों में विभाजित किया जाता है: निरपेक्ष स्टेट-ऑफ-चार्ज (ASOC) और रिलेटिव स्टेट-ऑफ-चार्ज (RSOC) .

आम तौर पर, चार्ज की सापेक्ष स्थिति की सीमा 0% - 100% होती है, जबकि बैटरी के पूरी तरह चार्ज होने पर यह 100% और पूरी तरह से डिस्चार्ज होने पर 0% होती है।आवेश की पूर्ण स्थिति एक संदर्भ मान है जिसकी गणना बैटरी के निर्मित होने पर डिज़ाइन की गई निश्चित क्षमता मान के अनुसार की जाती है।एक नई पूरी तरह चार्ज बैटरी की पूर्ण स्थिति 100% है;भले ही उम्र बढ़ने वाली बैटरी पूरी तरह से चार्ज हो, यह विभिन्न चार्जिंग और डिस्चार्जिंग स्थितियों के तहत 100% तक नहीं पहुंच सकती है।

निम्नलिखित आंकड़ा अलग-अलग निर्वहन दरों पर वोल्टेज और बैटरी क्षमता के बीच संबंध दिखाता है।डिस्चार्ज दर जितनी अधिक होगी, बैटरी की क्षमता उतनी ही कम होगी।तापमान कम होने पर बैटरी की क्षमता भी कम हो जाएगी।

चित्रा 1. विभिन्न निर्वहन दरों और तापमान के तहत वोल्टेज और क्षमता के बीच संबंध

1.2 मैक्स चार्जिंग वोल्टेज

अधिकतम चार्जिंग वोल्टेज बैटरी की रासायनिक संरचना और विशेषताओं से संबंधित है।लिथियम बैटरी का चार्जिंग वोल्टेज आमतौर पर 4.2V और 4.35V होता है, और कैथोड और एनोड सामग्री के वोल्टेज मान अलग-अलग होंगे।

1.3 पूरी तरह से चार्ज

जब बैटरी वोल्टेज और अधिकतम चार्जिंग वोल्टेज के बीच का अंतर 100mV से कम होता है और चार्जिंग करंट C/10 तक कम हो जाता है, तो बैटरी को पूरी तरह से चार्ज माना जा सकता है।पूर्ण चार्जिंग की स्थिति बैटरी की विशेषताओं के साथ भिन्न होती है।

नीचे दिया गया आंकड़ा एक विशिष्ट लिथियम बैटरी चार्जिंग विशेषता वक्र दिखाता है।जब बैटरी वोल्टेज अधिकतम चार्जिंग वोल्टेज के बराबर होता है और चार्जिंग करंट को घटाकर C/10 कर दिया जाता है, तो बैटरी को पूरी तरह से चार्ज माना जाता है

चित्रा 2. लिथियम बैटरी चार्ज विशेषता वक्र

1.4 न्यूनतम निर्वहन वोल्टेज

न्यूनतम डिस्चार्ज वोल्टेज को कट-ऑफ डिस्चार्ज वोल्टेज द्वारा परिभाषित किया जा सकता है, जो आमतौर पर वोल्टेज होता है जब चार्ज की स्थिति 0% होती है।यह वोल्टेज मान एक निश्चित मान नहीं है, बल्कि भार, तापमान, उम्र बढ़ने की डिग्री या अन्य कारकों के साथ बदलता है।

1.5 पूर्ण निर्वहन

जब बैटरी वोल्टेज न्यूनतम डिस्चार्ज वोल्टेज से कम या उसके बराबर होता है, तो इसे पूर्ण निर्वहन कहा जा सकता है।

1.6 चार्ज और डिस्चार्ज रेट (सी-रेट)

चार्ज-डिस्चार्ज दर बैटरी क्षमता के सापेक्ष चार्ज-डिस्चार्ज करंट का प्रतिनिधित्व है।उदाहरण के लिए, यदि आप एक घंटे के लिए डिस्चार्ज करने के लिए 1C का उपयोग करते हैं, तो आदर्श रूप से, बैटरी पूरी तरह से डिस्चार्ज हो जाएगी।अलग-अलग चार्ज-डिस्चार्ज दरों के परिणामस्वरूप अलग-अलग उपयोग करने योग्य क्षमता होगी।आम तौर पर, चार्ज-डिस्चार्ज दर जितनी अधिक होगी, उपलब्ध क्षमता उतनी ही कम होगी।

1.7 चक्र जीवन

चक्रों की संख्या एक बैटरी के पूर्ण चार्ज और डिस्चार्ज की संख्या को संदर्भित करती है, जिसका अनुमान वास्तविक डिस्चार्ज क्षमता और डिजाइन क्षमता से लगाया जा सकता है।जब संचित निर्वहन क्षमता डिजाइन क्षमता के बराबर होती है, तो चक्रों की संख्या एक होगी।आम तौर पर, 500 चार्ज-डिस्चार्ज चक्रों के बाद, पूरी तरह चार्ज बैटरी की क्षमता 10% ~ 20% कम हो जाएगी।

चित्र 3. चक्र समय और बैटरी क्षमता के बीच संबंध

1.8 स्व-निर्वहन

तापमान बढ़ने के साथ सभी बैटरियों का स्व-निर्वहन बढ़ जाएगा।स्व-निर्वहन मूल रूप से निर्माण दोष नहीं है, बल्कि बैटरी की विशेषताएं हैं।हालांकि, निर्माण प्रक्रिया में अनुचित उपचार भी स्व-निर्वहन में वृद्धि का कारण होगा।आम तौर पर, जब बैटरी का तापमान 10 डिग्री सेल्सियस बढ़ जाता है, तो स्व-निर्वहन दर दोगुनी हो जाएगी। लिथियम-आयन बैटरी की स्व-निर्वहन क्षमता लगभग 1-2% प्रति माह है, जबकि विभिन्न निकल-आधारित बैटरी की 10- 15% प्रति माह।

चित्रा 4. विभिन्न तापमानों पर लिथियम बैटरी की स्व-निर्वहन दर का प्रदर्शन