బ్యాటరీ ఉత్సర్గ వక్రతను ఎలా చదవాలి

బ్యాటరీ ఉత్సర్గ వక్రతను ఎలా చదవాలి

బ్యాటరీలు సంక్లిష్టమైన ఎలక్ట్రోకెమికల్ మరియు థర్మోడైనమిక్ వ్యవస్థలు, మరియు బహుళ కారకాలు వాటి పనితీరును ప్రభావితం చేస్తాయి. వాస్తవానికి, బ్యాటరీ కెమిస్ట్రీ చాలా ముఖ్యమైన అంశం. అయితే, నిర్దిష్ట అప్లికేషన్‌కు ఏ రకమైన బ్యాటరీ అత్యంత అనుకూలంగా ఉందో అర్థం చేసుకున్నప్పుడు, ఛార్జ్ డిచ్ఛార్జ్ రేట్, ఆపరేటింగ్ ఉష్ణోగ్రత, నిల్వ పరిస్థితులు మరియు భౌతిక నిర్మాణ వివరాలు వంటి అంశాలను పరిగణనలోకి తీసుకోవడం కూడా అవసరం. మొదట, అనేక పదాలను నిర్వచించాల్సిన అవసరం ఉంది:

★ ఓపెన్ సర్క్యూట్ వోల్టేజ్ (Voc) అనేది బ్యాటరీపై లోడ్ లేనప్పుడు బ్యాటరీ టెర్మినల్స్ మధ్య వోల్టేజ్.

★ టెర్మినల్ వోల్టేజ్ (Vt) అనేది బ్యాటరీకి లోడ్ వర్తించినప్పుడు బ్యాటరీ టెర్మినల్స్ మధ్య వోల్టేజ్; సాధారణంగా Voc కంటే తక్కువ.

కట్-ఆఫ్ వోల్టేజ్ (Vco) అనేది పేర్కొన్న విధంగా బ్యాటరీ పూర్తిగా డిస్చార్జ్ చేయబడిన వోల్టేజ్. సాధారణంగా బ్యాటరీ శక్తి మిగిలి ఉన్నప్పటికీ, Vco కంటే తక్కువ వోల్టేజ్‌లో పనిచేయడం వల్ల బ్యాటరీ దెబ్బతింటుంది.

★ కెపాసిటీ Vt Vcoకి చేరే వరకు, పూర్తిగా ఛార్జ్ అయినప్పుడు బ్యాటరీ అందించగల మొత్తం ఆంపియర్ గంటలను (AH) కొలుస్తుంది.

ఛార్జ్ డిశ్చార్జ్ రేట్ (C-రేట్) అనేది బ్యాటరీ ఛార్జ్ చేయబడిన లేదా దాని రేటింగ్ సామర్థ్యానికి సంబంధించి డిస్చార్జ్ చేయబడిన రేటు. ఉదాహరణకు, 1C రేటు 1 గంటలోపు బ్యాటరీని పూర్తిగా ఛార్జ్ చేస్తుంది లేదా విడుదల చేస్తుంది. 0.5C ఉత్సర్గ రేటుతో, బ్యాటరీ 2 గంటల్లో పూర్తిగా విడుదల అవుతుంది. అధిక సి-రేట్‌ని ఉపయోగించడం సాధారణంగా అందుబాటులో ఉన్న బ్యాటరీ సామర్థ్యాన్ని తగ్గిస్తుంది మరియు బ్యాటరీని దెబ్బతీస్తుంది.

★ బ్యాటరీ ఛార్జింగ్ స్థితి (SoC) మిగిలిన బ్యాటరీ సామర్థ్యాన్ని గరిష్ట సామర్థ్యంలో ఒక శాతంగా గణిస్తుంది. SoC సున్నాకి చేరుకున్నప్పుడు మరియు Vt Vcoకి చేరుకున్నప్పుడు, బ్యాటరీలో బ్యాటరీ శక్తి ఇంకా మిగిలి ఉండవచ్చు, కానీ బ్యాటరీని పాడు చేయకుండా మరియు భవిష్యత్తు సామర్థ్యాన్ని ప్రభావితం చేయకుండా, బ్యాటరీని మరింత డిశ్చార్జ్ చేయడం సాధ్యం కాదు.

★ డిశ్చార్జ్ డెప్త్ (DoD) అనేది SoC యొక్క పూరకంగా ఉంటుంది, ఇది డిశ్చార్జ్ చేయబడిన బ్యాటరీ సామర్థ్యం శాతాన్ని కొలుస్తుంది; DoD=100- SoC.

① సైకిల్ జీవితం అనేది బ్యాటరీ తన సేవా జీవితాన్ని ముగించే ముందు అందుబాటులో ఉన్న చక్రాల సంఖ్య.

ఎండ్ ఆఫ్ బ్యాటరీ లైఫ్ (EoL) అనేది ముందుగా నిర్ణయించిన కనీస స్పెసిఫికేషన్‌ల ప్రకారం బ్యాటరీ ఆపరేట్ చేయడంలో అసమర్థతను సూచిస్తుంది. EoLని వివిధ మార్గాల్లో లెక్కించవచ్చు:

① కెపాసిటీ క్షీణత అనేది పేర్కొన్న పరిస్థితులలో రేట్ చేయబడిన సామర్థ్యంతో పోలిస్తే బ్యాటరీ సామర్థ్యంలో ఇచ్చిన శాతం తగ్గుదలపై ఆధారపడి ఉంటుంది.

② పవర్ అటెన్యుయేషన్ అనేది నిర్దిష్ట పరిస్థితుల్లో రేట్ చేయబడిన పవర్‌తో పోలిస్తే ఇచ్చిన శాతంలో బ్యాటరీ యొక్క గరిష్ట శక్తిపై ఆధారపడి ఉంటుంది.

③ శక్తి నిర్గమాంశ నిర్దిష్ట ఆపరేటింగ్ పరిస్థితుల ఆధారంగా 30MWh వంటి బ్యాటరీ తన జీవితకాలంలో ప్రాసెస్ చేయాల్సిన మొత్తం శక్తిని అంచనా వేస్తుంది.

★ బ్యాటరీ ఆరోగ్య స్థితి (SoH) EoL చేరుకోవడానికి ముందు మిగిలి ఉన్న ఉపయోగకరమైన జీవిత శాతాన్ని కొలుస్తుంది.

ధ్రువణ వక్రరేఖ

ఉత్సర్గ ప్రక్రియ సమయంలో సంభవించే బ్యాటరీ యొక్క ధ్రువణ ప్రభావం ఆధారంగా బ్యాటరీ డిచ్ఛార్జ్ కర్వ్ ఏర్పడుతుంది. C-రేట్ మరియు ఆపరేటింగ్ ఉష్ణోగ్రత వంటి వివిధ ఆపరేటింగ్ పరిస్థితులలో బ్యాటరీ అందించగల శక్తి మొత్తం, ఉత్సర్గ వక్రరేఖ క్రింద ఉన్న ప్రాంతానికి దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. ఉత్సర్గ ప్రక్రియ సమయంలో, బ్యాటరీ యొక్క Vt తగ్గుతుంది. Vt తగ్గుదల అనేక ప్రధాన కారకాలకు సంబంధించినది:

✔ IR డ్రాప్ - బ్యాటరీ యొక్క అంతర్గత నిరోధం ద్వారా కరెంట్ పాస్ చేయడం వల్ల బ్యాటరీ వోల్టేజ్ తగ్గడం. ఈ కారకం స్థిరమైన ఉష్ణోగ్రతతో సాపేక్షంగా అధిక ఉత్సర్గ రేటుతో సరళంగా పెరుగుతుంది.

✔ యాక్టివేషన్ పోలరైజేషన్ - ఎలక్ట్రోడ్‌లు మరియు ఎలక్ట్రోలైట్‌ల మధ్య జంక్షన్‌లో అయాన్‌లు తప్పనిసరిగా అధిగమించాల్సిన పని పనితీరు వంటి ఎలక్ట్రోకెమికల్ ప్రతిచర్యల గతిశాస్త్రానికి సంబంధించిన వివిధ క్షీణత కారకాలను సూచిస్తుంది.

✔ ఏకాగ్రత ధ్రువణత - ఈ కారకం ఒక ఎలక్ట్రోడ్ నుండి మరొకదానికి ద్రవ్యరాశి బదిలీ (వ్యాప్తి) సమయంలో అయాన్లు ఎదుర్కొనే ప్రతిఘటనను పరిగణనలోకి తీసుకుంటుంది. లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు పూర్తిగా డిశ్చార్జ్ అయినప్పుడు ఈ అంశం ఆధిపత్యం చెలాయిస్తుంది మరియు వంపు యొక్క వాలు చాలా నిటారుగా మారుతుంది.

బ్యాటరీ యొక్క పోలరైజేషన్ కర్వ్ (డిశ్చార్జ్ కర్వ్) Vt (బ్యాటరీ పొటెన్షియల్)పై IR తగ్గుదల, యాక్టివేషన్ పోలరైజేషన్ మరియు ఏకాగ్రత ధ్రువణత యొక్క సంచిత ప్రభావాలను చూపుతుంది. (చిత్రం: బయోలాజిక్)

ఉత్సర్గ వక్రత పరిగణనలు

బ్యాటరీలు విస్తృత శ్రేణి అనువర్తనాల కోసం రూపొందించబడ్డాయి మరియు వివిధ పనితీరు లక్షణాలను అందిస్తాయి. ఉదాహరణకు, కనీసం ఆరు ప్రాథమిక లిథియం అయాన్ రసాయన వ్యవస్థలు ఉన్నాయి, ఒక్కొక్కటి దాని స్వంత ప్రత్యేక ఫీచర్ సెట్‌తో ఉంటాయి. ఉత్సర్గ వక్రరేఖ సాధారణంగా Y- అక్షం మీద Vtతో ప్లాట్ చేయబడుతుంది, అయితే SoC (లేదా DoD) X- అక్షంపై ప్లాట్ చేయబడింది. బ్యాటరీ పనితీరు మరియు C-రేట్ మరియు ఆపరేటింగ్ ఉష్ణోగ్రత వంటి వివిధ పారామితుల మధ్య పరస్పర సంబంధం కారణంగా, ప్రతి బ్యాటరీ రసాయన వ్యవస్థ నిర్దిష్ట ఆపరేటింగ్ పారామితి కలయికల ఆధారంగా ఉత్సర్గ వక్రతలను కలిగి ఉంటుంది. ఉదాహరణకు, క్రింది బొమ్మ గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద రెండు సాధారణ లిథియం-అయాన్ రసాయన వ్యవస్థలు మరియు లెడ్-యాసిడ్ బ్యాటరీల ఉత్సర్గ పనితీరు మరియు 0.2C ఉత్సర్గ రేటును పోల్చింది. డిశ్చార్జ్ కర్వ్ యొక్క ఆకృతి డిజైనర్లకు గొప్ప ప్రాముఖ్యత కలిగి ఉంది.

ఒక ఫ్లాట్ డిశ్చార్జ్ కర్వ్ నిర్దిష్ట అప్లికేషన్ డిజైన్‌లను సులభతరం చేస్తుంది, ఎందుకంటే బ్యాటరీ వోల్టేజ్ మొత్తం డిశ్చార్జ్ సైకిల్‌లో సాపేక్షంగా స్థిరంగా ఉంటుంది. మరోవైపు, బ్యాటరీ వోల్టేజ్ బ్యాటరీలోని అవశేష ఛార్జ్‌తో దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉన్నందున, వాలు వక్రత అవశేష ఛార్జ్ యొక్క అంచనాను సులభతరం చేస్తుంది. అయినప్పటికీ, ఫ్లాట్ డిశ్చార్జ్ వక్రతలతో కూడిన లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల కోసం, అవశేష ఛార్జ్‌ను అంచనా వేయడానికి కూలంబ్ లెక్కింపు వంటి క్లిష్టమైన పద్ధతులు అవసరం, ఇది బ్యాటరీ యొక్క డిశ్చార్జ్ కరెంట్‌ను కొలుస్తుంది మరియు అవశేష ఛార్జ్‌ను అంచనా వేయడానికి కాలక్రమేణా కరెంట్‌ను ఏకీకృతం చేస్తుంది.

అదనంగా, దిగువకు వాలుగా ఉన్న ఉత్సర్గ వక్రతలతో కూడిన బ్యాటరీలు మొత్తం ఉత్సర్గ చక్రంలో శక్తిలో తగ్గుదలని అనుభవిస్తాయి. ఉత్సర్గ చక్రం చివరిలో అధిక-పవర్ అప్లికేషన్‌లకు మద్దతు ఇవ్వడానికి 'అదనపు పరిమాణం' బ్యాటరీ అవసరం కావచ్చు. నిటారుగా ఉత్సర్గ వక్రతలతో బ్యాటరీలను ఉపయోగించి పవర్ సెన్సిటివ్ పరికరాలు మరియు సిస్టమ్‌లకు బూస్ట్ వోల్టేజ్ రెగ్యులేటర్‌ను ఉపయోగించడం సాధారణంగా అవసరం.

కిందిది లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ యొక్క ఉత్సర్గ వక్రరేఖ, ఇది బ్యాటరీని చాలా ఎక్కువ రేటుతో (లేదా దీనికి విరుద్ధంగా, తక్కువ రేటుతో) విడుదల చేస్తే, ప్రభావవంతమైన సామర్థ్యం తగ్గుతుంది (లేదా పెరుగుతుంది). దీనిని కెపాసిటీ షిఫ్ట్ అని పిలుస్తారు మరియు ఈ ప్రభావం చాలా బ్యాటరీ కెమిస్ట్రీ సిస్టమ్‌లలో సాధారణం.

C రేటు పెరుగుదలతో లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల వోల్టేజ్ మరియు సామర్థ్యం తగ్గుతుంది. (చిత్రం: రిచ్టెక్)

పని ఉష్ణోగ్రత అనేది బ్యాటరీ పనితీరును ప్రభావితం చేసే ముఖ్యమైన పరామితి. చాలా తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద, నీటి ఆధారిత ఎలక్ట్రోలైట్‌లతో కూడిన బ్యాటరీలు స్తంభింపజేయవచ్చు, వాటి నిర్వహణ ఉష్ణోగ్రత పరిధి యొక్క తక్కువ పరిమితిని పరిమితం చేస్తుంది. లిథియం అయాన్ బ్యాటరీలు తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ లిథియం నిక్షేపణను అనుభవించగలవు, శాశ్వతంగా సామర్థ్యాన్ని తగ్గిస్తాయి. అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద, రసాయనాలు కుళ్ళిపోవచ్చు మరియు బ్యాటరీ పనిచేయడం ఆగిపోవచ్చు. ఘనీభవన మరియు రసాయన నష్టం మధ్య, బ్యాటరీ పనితీరు సాధారణంగా ఉష్ణోగ్రత మార్పులతో గణనీయంగా మారుతుంది.

లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల పనితీరుపై వివిధ ఉష్ణోగ్రతల ప్రభావాన్ని క్రింది బొమ్మ చూపుతుంది. చాలా తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద, పనితీరు గణనీయంగా తగ్గుతుంది. అయితే, బ్యాటరీ డిశ్చార్జ్ కర్వ్ అనేది బ్యాటరీ పనితీరులో ఒక అంశం మాత్రమే. ఉదాహరణకు, లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల ఆపరేటింగ్ ఉష్ణోగ్రత మరియు గది ఉష్ణోగ్రత (అధిక లేదా తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద) మధ్య ఎక్కువ విచలనం, చక్రం జీవితం తక్కువగా ఉంటుంది. నిర్దిష్ట అప్లికేషన్‌ల కోసం, వివిధ బ్యాటరీ రసాయన వ్యవస్థల అన్వయతను ప్రభావితం చేసే అన్ని కారకాల పూర్తి విశ్లేషణ ఈ కథనం యొక్క బ్యాటరీ డిశ్చార్జ్ కర్వ్ పరిధికి మించినది. వివిధ బ్యాటరీల పనితీరును విశ్లేషించడానికి ఇతర పద్ధతులకు ఉదాహరణ లాగోన్ ప్లాట్.

బ్యాటరీ వోల్టేజ్ మరియు సామర్థ్యం ఉష్ణోగ్రతపై ఆధారపడి ఉంటుంది. (చిత్రం: రిచ్టెక్)

లాగోన్ ప్లాట్లు

లగూన్ రేఖాచిత్రం వివిధ శక్తి నిల్వ సాంకేతికతల యొక్క నిర్దిష్ట శక్తి మరియు నిర్దిష్ట శక్తిని పోల్చింది. ఉదాహరణకు, ఎలక్ట్రిక్ వాహనాల బ్యాటరీలను పరిగణనలోకి తీసుకున్నప్పుడు, నిర్దిష్ట శక్తి పరిధికి సంబంధించినది, అయితే నిర్దిష్ట శక్తి త్వరణం పనితీరుకు అనుగుణంగా ఉంటుంది.

వివిధ సాంకేతికతల నిర్దిష్ట శక్తి మరియు నిర్దిష్ట శక్తి మధ్య సంబంధాన్ని పోల్చిన రాగోన్ రేఖాచిత్రం. (చిత్రం: పరిశోధన ద్వారం)

లగూన్ రేఖాచిత్రం మాస్ ఎనర్జీ డెన్సిటీ మరియు పవర్ డెన్సిటీపై ఆధారపడి ఉంటుంది మరియు వాల్యూమ్ పారామితులకు సంబంధించిన ఏ సమాచారాన్ని కలిగి ఉండదు. మెటలర్జిస్ట్ డేవిడ్ V. లగోన్ వివిధ బ్యాటరీ కెమిస్ట్రీ పనితీరును పోల్చడానికి ఈ చార్ట్‌లను అభివృద్ధి చేసినప్పటికీ, లాగోన్ చార్ట్ ఇంజన్లు, గ్యాస్ టర్బైన్‌లు మరియు ఇంధన ఘటాలు వంటి ఏదైనా శక్తి నిల్వ మరియు శక్తి పరికరాలను పోల్చడానికి కూడా అనుకూలంగా ఉంటుంది.

Y- అక్షంలోని నిర్దిష్ట శక్తి మరియు X- అక్షంపై నిర్దిష్ట శక్తి మధ్య నిష్పత్తి అనేది పరికరం రేట్ చేయబడిన శక్తితో పనిచేసే గంటల సంఖ్య. పరికరం యొక్క పరిమాణం ఈ సంబంధాన్ని ప్రభావితం చేయదు, ఎందుకంటే పెద్ద పరికరాలు దామాషా ప్రకారం అధిక శక్తి మరియు శక్తి సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటాయి. లగూన్ రేఖాచిత్రంపై స్థిరమైన ఆపరేటింగ్ సమయాన్ని సూచించే ఐసోక్రోనస్ వక్రరేఖ ఒక సరళ రేఖ.

సారాంశం

బ్యాటరీ యొక్క డిచ్ఛార్జ్ కర్వ్ మరియు నిర్దిష్ట బ్యాటరీ కెమిస్ట్రీకి సంబంధించిన డిచ్ఛార్జ్ కర్వ్ ఫ్యామిలీని రూపొందించే వివిధ పారామితులను అర్థం చేసుకోవడం చాలా ముఖ్యం. సంక్లిష్టమైన ఎలక్ట్రోకెమికల్ మరియు థర్మోడైనమిక్ సిస్టమ్‌ల కారణంగా, బ్యాటరీల ఉత్సర్గ వక్రతలు కూడా సంక్లిష్టంగా ఉంటాయి, అయితే అవి వివిధ బ్యాటరీ కెమిస్ట్రీ మరియు నిర్మాణాల మధ్య పనితీరు ట్రేడ్-ఆఫ్‌లను అర్థం చేసుకోవడానికి ఒక మార్గం మాత్రమే.