लिथियम बैटरी चार्जिंग और डिस्चार्जिंग का सिद्धांत

लिथियम बैटरी चार्जिंग और डिस्चार्जिंग का सिद्धांत

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 आधार पर भिन्न होती है, चार्ज की स्थिति की परिभाषा को भी दो प्रकारों में विभाजित किया जाता है: पूर्ण चार्ज स्टेट (एएसओसी) और रिलेटिव स्टेट ऑफ चार्ज (आरएसओसी)। चार्ज की सापेक्ष स्थिति की सीमा आमतौर पर 0% -100% होती है, जबकि बैटरी पूरी तरह चार्ज होने पर 100% और पूरी तरह से डिस्चार्ज होने पर 0% होती है। चार्ज की पूर्ण स्थिति एक संदर्भ मान है जिसकी गणना बैटरी के निर्माण के समय डिज़ाइन की गई निश्चित क्षमता मान के आधार पर की जाती है। बिल्कुल नई पूरी तरह से चार्ज की गई बैटरी की पूर्ण चार्ज स्थिति 100% है; भले ही पुरानी बैटरी पूरी तरह से चार्ज हो, लेकिन यह अलग-अलग चार्जिंग और डिस्चार्जिंग स्थितियों में 100% तक नहीं पहुंच सकती है।

निम्नलिखित आंकड़ा विभिन्न डिस्चार्ज दरों के तहत 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।

                          चित्र 1. विभिन्न डिस्चार्ज दरों और तापमानों के तहत वोल्टेज और क्षमता के बीच संबंध

1.2 अधिकतम चार्जिंग वोल्टेज

उच्चतम 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 आधार पर वोल्टेज मान भिन्न हो सकते हैं।

1.3 पूरी तरह चार्ज

जब बैटरी वोल्टेज और उच्चतम चार्जिंग वोल्टेज के बीच का अंतर 100mV से कम हो और चार्जिंग करंट C/10 तक कम हो जाए, तो बैटरी को पूरी तरह से चार्ज माना जा सकता है। बैटरियों की विशेषताएँ भिन्न-भिन्न होती हैं, और पूर्ण चार्जिंग की स्थितियाँ भी भिन्न-भिन्न होती हैं।

निम्नलिखित चित्र एक विशिष्ट लिथियम बैटरी चार्जिंग विशेषता वक्र दिखाता है। जब बैटरी वोल्टेज उच्चतम चार्जिंग वोल्टेज के बराबर होता है और चार्जिंग करंट C/10 तक कम हो जाता है, तो बैटरी को पूरी तरह चार्ज माना जाता है।

                             चित्र 2. लिथियम बैटरी चार्जिंग विशेषता वक्र

1.4 न्यूनतम डिस्चार्जिंग वोल्टेज

न्यूनतम डिस्चार्ज वोल्टेज को कट-ऑफ डिस्चार्ज वोल्टेज के रूप में परिभाषित किया जा सकता है, आमतौर पर चार्ज की 0% स्थिति पर वोल्टेज। यह वोल्टेज मान कोई निश्चित मान नहीं है, बल्कि लोड, 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 बराबर होता है, तो इसे पूर्ण डिस्चार्ज कहा जा सकता है।

1.6 चार्ज डिस्चार्ज दर (सी-रेट)

चार्ज डिस्चार्ज दर बैटरी क्षमता के सापेक्ष चार्ज डिस्चार्ज करंट का प्रतिनिधित्व है। उदाहरण के लिए, यदि 1C का उपयोग एक घंटे के लिए डिस्चार्ज करने के लिए किया जाता है, तो आदर्श रूप से, बैटरी पूरी तरह से डिस्चार्ज हो जाएगी। अलग-अलग चार्जिंग और डिस्चार्जिंग दरों के परिणामस्वरूप अलग-अलग उपलब्ध क्षमताएं होंगी। आमतौर पर, चार्ज डिस्चार्ज दर जितनी अधिक होगी, उपलब्ध क्षमता उतनी ही कम होगी।

1.7 चक्र जीवन

चक्रों की संख्या वह संख्या है जितनी बार बैटरी पूरी तरह से चार्ज और डिस्चार्ज हुई है, जिसका अनुमान वास्तविक डिस्चार्ज क्षमता और डिज़ाइन क्षमता से लगाया जा सकता है। जब भी संचित निर्वहन क्षमता डिज़ाइन क्षमता के बराबर होती है, तो चक्रों की संख्या एक होती है। आमतौर पर, 500 चार्जिंग और डिस्चार्जिंग चक्रों के बाद, पूरी तरह चार्ज बैटरी की क्षमता 10% से 20% तक कम हो जाएगी।

                          चित्र 3. साइकिल समय और बैटरी क्षमता के बीच संबंध

1.8 स्व-निर्वहन

बढ़ते तापमान के साथ सभी बैटरियों का स्व-निर्वहन बढ़ जाएगा। सेल्फ डिस्चार्ज मूल रूप से कोई विनिर्माण दोष नहीं है, बल्कि बैटरी की ही एक विशेषता है। हालाँकि, विनिर्माण प्रक्रिया के दौरान अनुचित रखरखाव से स्व-निर्वहन में वृद्धि भी हो सकती है। आमतौर पर, बैटरी तापमान में प्रत्येक 10 डिग्री सेल्सियस की वृद्धि के लिए, स्व-निर्वहन दर दोगुनी हो जाती है। लिथियम आयन बैटरियों की मासिक स्व-निर्वहन क्षमता लगभग 1-2% होती है, जबकि विभिन्न निकल आधारित बैटरियों की मासिक स्व-निर्वहन क्षमता 10-15% होती है।

                             चित्र 4. विभिन्न तापमानों पर लिथियम बैटरियों की स्व-निर्वहन दर का प्रदर्शन