नई ऊर्जा वाहनों के लिए लिथियम बैटरी की थर्मल प्रबंधन प्रौद्योगिकी पर अनुसंधान

1. नई ऊर्जा वाहनों के लिए लिथियम बैटरी की विशेषताएं

लिथियम बैटरियों के मुख्य लाभ हैं कम स्व-डिस्चार्ज दर, उच्च ऊर्जा घनत्व, लंबे चक्र समय और उपयोग के दौरान उच्च परिचालन दक्षता। नई ऊर्जा के लिए मुख्य विद्युत उपकरण के रूप में लिथियम बैटरियों का उपयोग करना एक अच्छे विद्युत स्रोत को प्राप्त करने के बराबर है। इसलिए, नई ऊर्जा वाहनों के मुख्य घटकों में, लिथियम बैटरी सेल से संबंधित लिथियम बैटरी पैक इसका सबसे महत्वपूर्ण मूल घटक और विद्युत आपूर्ति का मुख्य भाग बन गया है। लिथियम बैटरियों की कार्य प्रक्रिया के दौरान, आसपास के वातावरण के लिए कुछ निश्चित आवश्यकताएं होती हैं। प्रायोगिक परिणामों के अनुसार, इष्टतम कार्य तापमान 20°C से 40°C के बीच रखा जाता है। बैटरी के आसपास का तापमान निर्धारित सीमा से अधिक होने पर, लिथियम बैटरी का प्रदर्शन काफी कम हो जाता है और सेवा जीवन भी काफी घट जाता है। लिथियम बैटरी के आसपास का तापमान बहुत कम होने पर, अंतिम डिस्चार्ज क्षमता और डिस्चार्ज वोल्टेज पूर्व निर्धारित मानक से विचलित हो जाते हैं और उनमें तीव्र गिरावट आती है।

यदि परिवेश का तापमान बहुत अधिक हो, तो लिथियम बैटरी के ऊष्मीय रूप से गर्म होने की संभावना बहुत बढ़ जाती है, और आंतरिक ऊष्मा एक विशिष्ट स्थान पर एकत्रित हो जाती है, जिससे गंभीर ऊष्मा संचय की समस्या उत्पन्न होती है। यदि इस ऊष्मा का सुचारू रूप से निकास न हो पाए, और लिथियम बैटरी के लंबे समय तक कार्य करने से, बैटरी में विस्फोट का खतरा बढ़ जाता है। यह सुरक्षा जोखिम व्यक्तिगत सुरक्षा के लिए गंभीर खतरा पैदा करता है, इसलिए लिथियम बैटरियों को कार्य करते समय समग्र उपकरण की सुरक्षा को बेहतर बनाने के लिए विद्युत चुम्बकीय शीतलन उपकरणों पर निर्भर रहना आवश्यक है। इससे स्पष्ट होता है कि लिथियम बैटरियों के तापमान को नियंत्रित करते समय, शोधकर्ताओं को ऊष्मा निकास के लिए बाहरी उपकरणों का तर्कसंगत उपयोग करना चाहिए और लिथियम बैटरियों के इष्टतम कार्य तापमान को नियंत्रित करना चाहिए। तापमान नियंत्रण के उचित मानकों तक पहुँचने के बाद, नई ऊर्जा वाहनों के सुरक्षित संचालन लक्ष्य को शायद ही कोई खतरा होगा।

2. नई ऊर्जा वाहन की लिथियम बैटरी द्वारा संचालित ऊष्मा उत्पादन तंत्र

हालांकि इन बैटरियों का उपयोग विद्युत उपकरणों के रूप में किया जा सकता है, लेकिन वास्तविक उपयोग में इनके अंतर स्पष्ट हो जाते हैं। कुछ बैटरियों में अधिक कमियां होती हैं, इसलिए नई ऊर्जा वाहन निर्माताओं को सावधानीपूर्वक चयन करना चाहिए। उदाहरण के लिए, लेड-एसिड बैटरी मध्यम श्रेणी के वाहनों के लिए पर्याप्त बिजली प्रदान करती है, लेकिन इसके संचालन के दौरान यह आसपास के पर्यावरण को भारी नुकसान पहुंचाती है, जो बाद में अपरिवर्तनीय हो सकता है। इसलिए, पर्यावरण संरक्षण के लिए, देश ने लेड-एसिड बैटरियों को प्रतिबंधित सूची में डाल दिया है। विकास के दौरान, निकल-मेटल हाइड्राइड बैटरियों को अच्छे अवसर मिले हैं, विकास तकनीक धीरे-धीरे परिपक्व हुई है और इसके अनुप्रयोग का दायरा भी बढ़ा है। हालांकि, लिथियम बैटरियों की तुलना में, इसकी कमियां कुछ हद तक स्पष्ट हैं। उदाहरण के लिए, सामान्य बैटरी निर्माताओं के लिए निकल-मेटल हाइड्राइड बैटरियों की उत्पादन लागत को नियंत्रित करना मुश्किल है। परिणामस्वरूप, बाजार में निकल-हाइड्रोजन बैटरियों की कीमत ऊंची बनी हुई है। लागत-प्रभावशीलता को प्राथमिकता देने वाले कुछ नई ऊर्जा वाहन ब्रांड शायद ही इन्हें वाहन पुर्जों के रूप में उपयोग करने पर विचार करते हैं। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि Ni-MH बैटरियां लिथियम बैटरियों की तुलना में परिवेश के तापमान के प्रति कहीं अधिक संवेदनशील होती हैं और उच्च तापमान के कारण इनमें आग लगने की संभावना अधिक होती है। कई तुलनाओं के बाद, लिथियम बैटरियां बेहतर साबित हुईं और अब नई ऊर्जा वाहनों में इनका व्यापक रूप से उपयोग किया जा रहा है।

लिथियम बैटरियां नई ऊर्जा वाहनों को शक्ति प्रदान करने में सक्षम हैं, इसका कारण यह है कि इनके धनात्मक और ऋणात्मक इलेक्ट्रोड में सक्रिय पदार्थ मौजूद होते हैं। पदार्थों के निरंतर अवशोषण और निष्कासन की प्रक्रिया के दौरान, बड़ी मात्रा में विद्युत ऊर्जा उत्पन्न होती है, और फिर ऊर्जा रूपांतरण के सिद्धांत के अनुसार, विद्युत ऊर्जा और गतिज ऊर्जा का आदान-प्रदान होता है, जिससे नई ऊर्जा वाहनों को भरपूर शक्ति मिलती है और वे चलने में सक्षम होते हैं। साथ ही, लिथियम बैटरी सेल में रासायनिक अभिक्रिया होने पर, यह ऊष्मा अवशोषित करने और ऊष्मा मुक्त करने का कार्य करती है, जिससे ऊर्जा रूपांतरण की प्रक्रिया पूरी होती है। इसके अतिरिक्त, लिथियम परमाणु स्थिर नहीं होता, यह इलेक्ट्रोलाइट और डायाफ्राम के बीच निरंतर गतिमान रहता है, और इसमें ध्रुवीकरण के कारण आंतरिक प्रतिरोध उत्पन्न होता है।

अब, ऊष्मा भी उचित रूप से बाहर निकलेगी। हालांकि, नई ऊर्जा वाहनों की लिथियम बैटरी के आसपास का तापमान बहुत अधिक होता है, जिससे पॉजिटिव और नेगेटिव सेपरेटर आसानी से विघटित हो सकते हैं। इसके अलावा, नई ऊर्जा लिथियम बैटरी कई बैटरी पैक से मिलकर बनी होती है। सभी बैटरी पैक द्वारा उत्पन्न ऊष्मा एक बैटरी की तुलना में कहीं अधिक होती है। जब तापमान एक पूर्व निर्धारित मान से अधिक हो जाता है, तो बैटरी में विस्फोट होने की संभावना बहुत अधिक बढ़ जाती है।

3. बैटरी थर्मल प्रबंधन प्रणाली की प्रमुख प्रौद्योगिकियां

नई ऊर्जा वाहनों की बैटरी प्रबंधन प्रणाली पर देश और विदेश दोनों में काफी ध्यान दिया गया है, कई शोध कार्य शुरू किए गए हैं और कई महत्वपूर्ण परिणाम प्राप्त हुए हैं। यह लेख नई ऊर्जा वाहन बैटरी थर्मल प्रबंधन प्रणाली, बैटरी बैलेंस प्रबंधन और इसमें प्रयुक्त प्रमुख तकनीकों के माध्यम से बैटरी की शेष शक्ति के सटीक मूल्यांकन पर केंद्रित होगा।थर्मल प्रबंधन प्रणाली.

3.1 बैटरी थर्मल प्रबंधन प्रणाली अवशिष्ट शक्ति मूल्यांकन विधि
एसओसी मूल्यांकन में शोधकर्ताओं ने काफी ऊर्जा और अथक परिश्रम लगाया है, मुख्य रूप से एम्पीयर-घंटे इंटीग्रल विधि, रैखिक मॉडल विधि, न्यूरल नेटवर्क विधि और कलमन फिल्टर विधि जैसे वैज्ञानिक डेटा एल्गोरिदम का उपयोग करते हुए बड़ी संख्या में सिमुलेशन प्रयोग किए हैं। हालांकि, इस विधि के प्रयोग के दौरान अक्सर गणना त्रुटियां हो जाती हैं। यदि त्रुटि को समय पर ठीक नहीं किया जाता है, तो गणना परिणामों के बीच का अंतर बढ़ता ही जाता है। इस कमी को दूर करने के लिए, शोधकर्ता आमतौर पर अंशी मूल्यांकन विधि को अन्य विधियों के साथ मिलाकर एक दूसरे की पुष्टि करते हैं, ताकि सबसे सटीक परिणाम प्राप्त हो सकें। सटीक डेटा के साथ, शोधकर्ता बैटरी के डिस्चार्ज करंट का सटीक अनुमान लगा सकते हैं।

3.2 बैटरी थर्मल प्रबंधन प्रणाली का संतुलित प्रबंधन
बैटरी थर्मल मैनेजमेंट सिस्टम का बैलेंस मैनेजमेंट मुख्य रूप से पावर बैटरी के प्रत्येक भाग के वोल्टेज और पावर को समन्वित करने के लिए उपयोग किया जाता है। अलग-अलग भागों में अलग-अलग बैटरियों का उपयोग करने के बाद, पावर और वोल्टेज में अंतर आ जाता है। ऐसे में, इन दोनों के बीच के अंतर को दूर करने के लिए बैलेंस मैनेजमेंट का उपयोग किया जाना चाहिए। वर्तमान में, बैलेंस मैनेजमेंट सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली बैलेंस मैनेजमेंट तकनीक है।

इसे मुख्य रूप से दो प्रकारों में विभाजित किया गया है: निष्क्रिय समतुल्यकरण और सक्रिय समतुल्यकरण। अनुप्रयोग के दृष्टिकोण से, इन दोनों प्रकार की समतुल्यकरण विधियों द्वारा उपयोग किए जाने वाले कार्यान्वयन सिद्धांत काफी भिन्न हैं।

(1) निष्क्रिय संतुलन। निष्क्रिय समतुल्यीकरण का सिद्धांत बैटरी शक्ति और वोल्टेज के बीच आनुपातिक संबंध का उपयोग करता है, जो बैटरी के एक ही स्ट्रिंग के वोल्टेज डेटा पर आधारित होता है, और इन दोनों का रूपांतरण आम तौर पर प्रतिरोध निर्वहन के माध्यम से प्राप्त किया जाता है: उच्च-शक्ति वाली बैटरी की ऊर्जा प्रतिरोध तापन के माध्यम से ऊष्मा उत्पन्न करती है, फिर ऊर्जा हानि के उद्देश्य को प्राप्त करने के लिए हवा के माध्यम से फैल जाती है। हालांकि, यह समतुल्यीकरण विधि बैटरी के उपयोग की दक्षता में सुधार नहीं करती है। इसके अलावा, यदि ऊष्मा का अपव्यय असमान है, तो अतिभार की समस्या के कारण बैटरी बैटरी तापीय प्रबंधन का कार्य पूरा करने में असमर्थ होगी।

(2) सक्रिय संतुलन। सक्रिय संतुलन निष्क्रिय संतुलन का उन्नत रूप है, जो निष्क्रिय संतुलन की कमियों को दूर करता है। क्रियान्वयन के सिद्धांत की दृष्टि से, सक्रिय संतुलन का सिद्धांत निष्क्रिय संतुलन के सिद्धांत का अनुसरण नहीं करता, बल्कि एक बिल्कुल नई अवधारणा को अपनाता है: सक्रिय संतुलन बैटरी की विद्युत ऊर्जा को ऊष्मा ऊर्जा में परिवर्तित करके उसे नष्ट नहीं करता, जिससे उच्च ऊर्जा वाली बैटरी से कम ऊर्जा वाली बैटरी में ऊर्जा स्थानांतरित हो जाती है। इसके अलावा, इस प्रकार का संचरण ऊर्जा संरक्षण के नियम का उल्लंघन नहीं करता और इसमें कम हानि, उच्च उपयोग दक्षता और त्वरित परिणाम जैसे लाभ हैं। हालांकि, संतुलन प्रबंधन की संरचना अपेक्षाकृत जटिल है। यदि संतुलन बिंदु को ठीक से नियंत्रित नहीं किया जाता है, तो इसके अत्यधिक आकार के कारण पावर बैटरी पैक को अपरिवर्तनीय क्षति हो सकती है। संक्षेप में, सक्रिय संतुलन प्रबंधन और निष्क्रिय संतुलन प्रबंधन दोनों के अपने-अपने लाभ और हानियां हैं। विशिष्ट अनुप्रयोगों में, शोधकर्ता लिथियम बैटरी पैक की क्षमता और स्ट्रिंग की संख्या के अनुसार विकल्प चुन सकते हैं। कम क्षमता और कम संख्या वाले लिथियम बैटरी पैक निष्क्रिय इक्वलाइजेशन प्रबंधन के लिए उपयुक्त हैं, जबकि उच्च क्षमता और अधिक संख्या वाले पावर लिथियम बैटरी पैक सक्रिय इक्वलाइजेशन प्रबंधन के लिए उपयुक्त हैं।

3.3 बैटरी थर्मल प्रबंधन प्रणाली में प्रयुक्त मुख्य प्रौद्योगिकियाँ
(1) बैटरी के इष्टतम परिचालन तापमान सीमा का निर्धारण करें। थर्मल प्रबंधन प्रणाली मुख्य रूप से बैटरी के आसपास के तापमान को नियंत्रित करने के लिए उपयोग की जाती है, इसलिए थर्मल प्रबंधन प्रणाली के प्रभावी अनुप्रयोग को सुनिश्चित करने के लिए, शोधकर्ताओं द्वारा विकसित प्रमुख तकनीक का उपयोग बैटरी के कार्यशील तापमान को निर्धारित करने के लिए किया जाता है। जब तक बैटरी का तापमान उचित सीमा के भीतर रखा जाता है, लिथियम बैटरी हमेशा सर्वोत्तम कार्यशील स्थिति में रह सकती है, जिससे नई ऊर्जा वाहनों के संचालन के लिए पर्याप्त शक्ति प्राप्त होती है। इस प्रकार, नई ऊर्जा वाहनों की लिथियम बैटरी का प्रदर्शन हमेशा उत्कृष्ट स्थिति में बना रहता है।

(2) बैटरी की तापीय सीमा की गणना और तापमान का पूर्वानुमान। इस तकनीक में बड़ी संख्या में गणितीय मॉडल गणनाएँ शामिल हैं। वैज्ञानिक बैटरी के अंदर तापमान अंतर प्राप्त करने के लिए संबंधित गणना विधियों का उपयोग करते हैं, और इसे बैटरी के संभावित तापीय व्यवहार का पूर्वानुमान लगाने के आधार के रूप में उपयोग करते हैं।

(3) ऊष्मा स्थानांतरण माध्यम का चयन। ऊष्मीय प्रबंधन प्रणाली का बेहतर प्रदर्शन ऊष्मा स्थानांतरण माध्यम के चयन पर निर्भर करता है। वर्तमान में अधिकांश नई ऊर्जा वाहन शीतलन माध्यम के रूप में वायु/शीतलक का उपयोग करते हैं। यह शीतलन विधि संचालन में सरल, निर्माण लागत में कम और बैटरी की ऊष्मा अपव्यय के उद्देश्य को भलीभांति प्राप्त करने में सक्षम है।पीटीसी एयर हीटर/पीटीसी कूलेंट हीटर)

(4) समानांतर वेंटिलेशन और ऊष्मा अपव्यय संरचना डिजाइन अपनाएं। लिथियम बैटरी पैक के बीच वेंटिलेशन और ऊष्मा अपव्यय डिजाइन हवा के प्रवाह को बढ़ा सकता है ताकि इसे बैटरी पैक के बीच समान रूप से वितरित किया जा सके, जिससे बैटरी मॉड्यूल के बीच तापमान अंतर को प्रभावी ढंग से हल किया जा सके।

(5) पंखे और तापमान मापन बिंदु का चयन। इस मॉड्यूल में, शोधकर्ताओं ने सैद्धांतिक गणना करने के लिए बड़ी संख्या में प्रयोगों का उपयोग किया, और फिर द्रव यांत्रिकी विधियों का उपयोग करके पंखे की बिजली खपत के मान प्राप्त किए। इसके बाद, शोधकर्ता परिमित तत्वों का उपयोग करके सबसे उपयुक्त तापमान मापन बिंदु का पता लगाएंगे ताकि बैटरी के तापमान का सटीक डेटा प्राप्त किया जा सके।