কীভাবে পারফরম্যান্সের জন্য ব্যাটারি সেল পরীক্ষা করবেন

ব্যাটারি সেল পরীক্ষায় প্রধান কর্মক্ষমতা সূচকগুলি বোঝা

ব্যাটারি পরীক্ষা এবং প্রধান কর্মক্ষমতা সূচকগুলির মৌলিক বিষয়

ব্যাটারি সেল পরীক্ষার মাধ্যমে ভোল্টেজ স্থিতিশীলতা, ক্ষমতা ধারণ এবং অভ্যন্তরীণ রোধ—এই তিনটি মূল প্যারামিটার মূল্যায়ন করা হয়। চার্জ-ডিসচার্জ চক্রগুলির মাধ্যমে কর্মক্ষমতা এবং নির্ভরযোগ্যতা নির্ধারণ করা হয় এই মেট্রিকগুলির মাধ্যমে। লিথিয়াম-আয়ন সিস্টেমগুলিতে প্রাথমিক রেটিংয়ের 80% এর নিচে ক্ষমতা ধারণ করা সাধারণত আয়ুষ্কাল শেষ হওয়ার ইঙ্গিত দেয়। নিরাপত্তা এবং দীর্ঘায়ু নিশ্চিত করতে UN 38.3 এর মতো স্বীকৃত প্রোটোকলগুলি এই সূচকগুলি নজরদারি করার প্রয়োজন নির্ধারণ করে।

ওপেন সার্কিট ভোল্টেজ (OCV) এবং প্রাথমিক মূল্যায়নে এর ভূমিকা

ওপেন সার্কিট ভোল্টেজ, বা OCV, শুধুমাত্র সেলের নিষ্ক্রিয় সম্ভাব্য মান দেখেই ব্যাটারির স্বাস্থ্যের একটি দ্রুত পরীক্ষা দেয়। 2023 সালের সদ্য গবেষণায় আরও কিছু আকর্ষক তথ্য পাওয়া গেছে। যখন OCV প্রায় প্লাস-মাইনাস 2% এর মধ্যে বেশ স্থিতিশীল থাকে, তখন ঐ নিকেল ভিত্তিক সেলগুলি সময়ের সাথে সাথে তাদের ধারণক্ষমতার 5% এর কম হারায়। প্রকৌশলীরা এই তথ্য দিয়ে আসলে কী করেন? তারা তাদের পরিমাপগুলি নেন এবং উৎপাদকদের প্রদত্ত চার্টগুলির সাথে তা তুলনা করেন। এই চার্টগুলি OCV পাঠ এবং চার্জের অবস্থার মাত্রার সাথে সম্পর্কিত। অসামঞ্জস্য খুঁজে পাওয়া প্রাথমিক পর্যায়ে সমস্যা ধরতে সাহায্য করে, যেমন যখন সেলগুলি অসমভাবে বয়স হতে শুরু করে। এই ধরনের সমস্যার আগে থেকে সমাধান করা মানে পরবর্তীতে সেগুলি খুব খারাপ এবং ব্যয়বহুল হওয়ার আগেই সেগুলি ঠিক করা।

কুলম্ব গণনা ব্যবহার করে চার্জের অবস্থা (SOC) অনুমান

কুলম্ব গণনা নামে পরিচিত পদ্ধতিটি ব্যাটারির মধ্য দিয়ে সময়ের সাথে কতটা কারেন্ট প্রবাহিত হচ্ছে তা ট্র্যাক করে কাজ করে, যা তাপমাত্রা স্থির থাকলে প্রায় প্লাস মাইনাস 3% সঠিকতার সাথে চার্জের অবস্থা (এসওসি) অনুমান করে। সমস্যা তখন হয় যখন সেন্সরগুলি ক্রমশ ক্যালিব্রেশন থেকে সরে যায়, যা মানুষ যা বোঝে তার চেয়ে বেশি ঘটে। এই ড্রিফট সময়ের সাথে বাড়তে থাকে তাই ওপেন সার্কিট ভোল্টেজ (ওসিভি) এর সাথে নিয়মিত পরীক্ষা করা প্রয়োজন হয়, বিশেষ করে যদি ব্যাটারিগুলি খুব গরম বা শীতল অবস্থায় কাজ করে। যদিও কিছু নতুন সিস্টেম এই বিষয়গুলিতে বেশ ভালো কাজ করে। তারা ঐতিহ্যবাহী কুলম্ব গণনা পদ্ধতির সাথে যোগ করে ভোল্টেজ হিস্টেরেসিস মডেলিং যা মোট সঠিকতা কমিয়ে প্রায় ±1.5% এ নিয়ে আসে। আধুনিক ইলেকট্রিক ভেহিকলগুলির জন্য এই পদ্ধতিটি প্রায় প্রমিত অনুশীলনে পরিণত হয়েছে, যেখানে ব্যাটারির স্বাস্থ্য পর্যবেক্ষণ পারফরম্যান্স এবং নিরাপত্তার জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

স্বাস্থ্য মূল্যায়নের জন্য অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধ এবং প্রতিবন্ধকতা পরিমাপ

অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধ (ওহমিক/ইম্পিড্যান্স পরীক্ষা) হেলথ সূচক হিসাবে

ব্যাটারির স্বাস্থ্যের প্রধান সূচক হল অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধ। বেসলাইন মানের তুলনায় 30% এর বেশি বৃদ্ধি ক্ষমতা হ্রাস এবং তাপীয় অস্থিতিশীলতার সঙ্গে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত। হাইব্রিড পালস পাওয়ার ক্যারাক্টারাইজেশন (HPPC) এবং ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল ইম্পিড্যান্স স্পেকট্রোস্কোপি (EIS) এর মতো পদ্ধতি ওহমিক এবং পোলারাইজেশন প্রতিরোধের বিস্তারিত বিশ্লেষণ করে, ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল ডিগ্রেডেশন মেকানিজমের ওপর অন্তর্দৃষ্টি প্রদান করে।

সময়-ডোমেইন বনাম ফ্রিকোয়েন্সি-ডোমেইন দ্রুত-পরীক্ষা পদ্ধতি

সময় ডোমেন পদ্ধতি প্রায় 15 সেকেন্ডের মতো ফলাফল দেয়, যে কারণে অ্যাসেম্বলি লাইনে যেখানে গতি গুরুত্বপূর্ণ সেখানে এটি ভালো কাজ করে। কিন্তু এর একটি অসুবিধা আছে। এই পদ্ধতিগুলি প্রায়শই বয়সের লক্ষণগুলি উপেক্ষা করে যেগুলি EIS পদ্ধতি ব্যবহার করে দেখা যায়। ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল ইম্পিড্যান্স স্পেকট্রোস্কোপি 0.1 Hz থেকে শুরু করে 10 kHz পর্যন্ত ফ্রিকোয়েন্সি জুড়ে স্ক্যান করে, SEI স্তরটি সময়ের সাথে কীভাবে বিকশিত হয় সেমতো ইন্টারফেসগুলিতে সূক্ষ্ম পরিবর্তনগুলি ধরে রাখে। পুরানো লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারির উপর পরীক্ষা চালানো গাড়ি নির্মাতারা আসলেই এই ভিন্ন পদ্ধতি দ্বারা নেওয়া পাঠের মধ্যে প্রায় 12 শতাংশ পার্থক্য দেখেছেন। এই ধরনের ফাঁক বোঝার মাধ্যমে এটি স্পষ্ট হয়ে যায় যে সঠিক ব্যাটারি মূল্যায়নের জন্য উভয় পদ্ধতি বোঝা কেন গুরুত্বপূর্ণ।

অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধ পাঠের উপর পরীক্ষার শর্তাবলীর প্রভাব

পরিবেশের তাপমাত্রা অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধের ওপর ব্যাপক প্রভাব ফেলে, -20°C থেকে 60°C পর্যন্ত তাপমাত্রা পরিবর্তন পাঠের 40% পর্যন্ত প্রভাবিত করতে পারে। চার্জের অবস্থা (SOC) এর মান পরিবর্তনের ক্ষেত্রেও এর প্রভাব দেখা যায়—সম্পূর্ণ চার্জ করা ঘটকগুলি সাধারণত 20% SOC-এর তুলনায় 18% কম প্রতিরোধ দেখায়। নির্ভরযোগ্য পরিমাপের জন্য পরীক্ষার শর্তাবলী কঠোরভাবে নিয়ন্ত্রণ করা প্রয়োজন, যার মধ্যে ±2°C তাপমাত্রা স্থিতিশীলতা অন্তর্ভুক্ত।

ত্বরিত পরীক্ষার পদ্ধতি দ্বারা SOH নির্ধারণের নির্ভুলতা নিয়ে বিতর্কের বিশ্লেষণ

দ্রুত পরীক্ষার সমর্থকরা প্রায়শই উল্লেখ করেন যে সময়ের সাথে সাথে অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধের পরিবর্তন এবং সম্পূর্ণ স্বাস্থ্য অবস্থা পরীক্ষায় যে ফলাফল দেখা যায় তার মধ্যে প্রায় 85% মিল রয়েছে। কিন্তু লিথিয়াম আয়রন ফসফেট কোষগুলির বিশেষ ক্ষেত্রে সমস্যা দেখা দেয়। সংখ্যাগুলি 20% এর বেশি আলাদা হতে পারে, মূলত কারণ হল যে ব্যক্তিদের চার্জ স্থানান্তর প্রতিরোধের ব্যাখ্যা আলাদা আলাদা রকম হয়। ঐতিহ্যগত সময়-ভিত্তিক পরীক্ষার পদ্ধতিগুলি SEI স্তরে ঘটিত ক্ষুদ্র পরিবর্তনগুলি মিস করে, যেগুলি আসলে EIS এর মতো ফ্রিকোয়েন্সি বিশ্লেষণ পদ্ধতিগুলি ধরতে পারে। এটি কিছু মানুষকে ভাবিয়ে তোলে যে বছরের পর বছর ব্যবহারের ফলে ব্যাটারির ক্ষয়ক্ষতি সম্পর্কে এই সরল পরীক্ষাগুলি আমাদের যথেষ্ট তথ্য দিচ্ছে কিনা।

চার্জ-ডিসচার্জ চক্রের মাধ্যমে ক্ষমতা পরীক্ষা পরিচালনা করা

নিয়ন্ত্রিত পরিস্থিতিতে সম্পূর্ণ চার্জ/ডিসচার্জ চক্রের মাধ্যমে ক্ষমতা পরীক্ষা

নিয়ন্ত্রিত পরিবেশে সেই স্ট্যান্ডার্ড চার্জ-ডিসচার্জ পরীক্ষা চালানোর মাধ্যমেই আসলে সঠিক ব্যাটারি ক্ষমতা পরিমাপ করা হয়। বর্তমানে অধিকাংশ পেশাদাররা সিসিসিভি (CCCV) পদ্ধতি ব্যবহার করে থাকেন। মূলত, আমরা ঘটিত কারেন্টের অর্ধেক হারে 4.1 ভোল্ট পর্যন্ত সেলগুলি চার্জ করি, এরপর চার্জিং কারেন্ট যতক্ষণ না প্রায় 0.15 অ্যাম্পিয়ারের নিচে চলে আসে ততক্ষণ সেগুলিকে সেই ভোল্টেজ লেভেলে রাখি। যখন ডিসচার্জের পালা আসে, তখন 1C হারে ডিসচার্জ করলে অসুবিধাজনক ভোল্টেজ স্পাইক এবং ডিপ ছাড়াই আসল শক্তি সঞ্চয়ের সবচেয়ে পরিষ্কার ছবি পাওয়া যায়। এখানে যথার্থতাও বেশ উল্লেখযোগ্য, প্রায় প্লাস মাইনাস 0.8%, যা পুরানো পালস পরীক্ষার পদ্ধতির তুলনায় নির্ভরযোগ্যতার দিক থেকে অনেক বেশি।

ভোল্টেজ পরিমাপের যথার্থতা এবং ডিসচার্জ হারের প্রভাব

উচ্চ-নির্ভুলতা ভোল্টেজ মনিটরিং (0.1mV রেজোলিউশন) এবং স্থিতিশীল ডিসচার্জ হার নির্ভরযোগ্য ফলাফলের জন্য অপরিহার্য। 2023 সালের একটি ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রি গবেষণায় দেখা গেছে যে NMC লিথিয়াম-আয়ন কোষগুলিতে ডিসচার্জ কারেন্টে ±5% পরিবর্তন ক্ষমতার 12% বৈসাদৃশ্য ঘটায়। 20% SOC-এর নিচে নির্ভুলতা বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ, যেখানে ভোল্টেজ বক্ররেখা সমতল হয়ে যায় এবং ছোট পরিমাপের ত্রুটি গুরুতর ব্যাখ্যাভুলির দিকে নিয়ে যেতে পারে।

তাপমাত্রার লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি কর্মক্ষমতা বৈশিষ্ট্যায়নের উপর প্রভাব

তাপমাত্রা সরাসরি ডিসচার্জ ক্ষমতাকে প্রভাবিত করে। NMC কোষগুলির উপর সদ্য পরীক্ষায় 25°C-এর তুলনায় -20°C তাপমাত্রায় 23% ক্ষমতা হ্রাস দেখা গেছে। নিয়ন্ত্রণহীন তাপীয় পরিবর্তন (±5°C) স্ট্যান্ডার্ড 18650 কোষগুলিতে 8–11% ফলাফলের বিকৃতি ঘটাতে পারে। তাই পরীক্ষার মধ্যে ধারাবাহিকতা বজায় রাখতে জলবায়ু-নিয়ন্ত্রিত চেম্বারগুলি অপরিহার্য।

কেস স্টাডি: 500 সাইকেলের পর NMC কোষগুলিতে ক্ষমতা হ্রাস

নিকেল-ম্যাঙ্গানিজ-কোবাল্ট অক্সাইড কোষগুলিতে ক্ষয়ক্ষতির উপর 18 মাসের নিয়ন্ত্রিত গবেষণা:

এই গবেষণায় একটি অ-রৈখিক ক্ষয়প্রাপ্ত প্যাটার্ন উল্লেখ করা হয়েছে: প্রাথমিকভাবে প্রতি 100 সাইকেলে গড়পড়তা 2.5% ক্ষমতা হ্রাস হয়, 300 সাইকেলের পরে তা ত্বরান্বিত হয়ে 4.1% এ পৌঁছয়, যা বাস্তব জীবনে ব্যাটারি আয়ু পূর্বাভাসের জন্য নিয়ন্ত্রিত পরীক্ষার গুরুত্ব তুলে ধরে

স্টেট-অফ-হেলথ মূল্যায়ন এবং ব্যাটারি আয়ু পূর্বাভাস

পরীক্ষা ডেটা থেকে স্টেট-অফ-হেলথ (SOH) এবং স্টেট-অফ-লাইফ (SOL) সূচক

একটি ব্যাটারির স্বাস্থ্য কতটা ভালো তা পরীক্ষা করার ক্ষেত্রে, অধিকাংশ মানুষ দুটি প্রধান বিষয় দেখে: নতুন অবস্থার তুলনায় এটি কতটা চার্জ ধরে রাখতে পারে (ক্ষমতা ধরে রাখা) এবং সময়ের সাথে অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধের পরিবর্তন। সাধারণভাবে বলতে গেলে, একবার যদি ব্যাটারির আসল ক্ষমতার 80% এর নিচে নেমে যায়, তখন অনেকেই মনে করে যে এটি এর কার্যকর জীবনের শেষ প্রান্তে পৌঁছে গেছে। গত বছর নেচার-এ প্রকাশিত একটি গবেষণায় আরও কিছু আকর্ষক তথ্য উঠে এসেছে—এই মূল মেট্রিকগুলি ক্ষেত্রে ব্যাটারির প্রকৃতপক্ষে ব্যর্থতার প্রায় 94 শতাংশের কারণ ব্যাখ্যা করে। ব্যাটারির প্রতিস্থাপনের সময় (SOL ভবিষ্যদ্বাণী) ভবিষ্যদ্বাণী করার জন্য, বিশেষজ্ঞরা বয়স বাড়ানোর প্রক্রিয়াকে ত্বরান্বিত করার জন্য পরীক্ষা থেকে প্রাপ্ত তথ্যগুলি দৈনিক ভিত্তিতে ব্যাটারি কীভাবে ব্যবহৃত হয় তার তথ্যের সাথে একত্রিত করেন। এই পদ্ধতিটি উৎপাদকদের লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারির জন্য সাধারণ অবস্থার অধীনে সাধারণত প্রায় প্লাস বা মাইনাস 15% এর মধ্যে ব্যাটারির আয়ু অনুমান করতে সাহায্য করে।

অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধের বৃদ্ধি এবং ক্ষমতা হ্রাসের মধ্যে সম্পর্ক

ইম্পিড্যান্স পরীক্ষা প্রতিরোধের বৃদ্ধি এবং ক্ষমতা হ্রাসের মধ্যে সামঞ্জস্যপূর্ণ সম্পর্ক প্রকাশ করে। NMC কোষগুলিতে, AC ইম্পিড্যান্সে 10mΩ বৃদ্ধির প্রতিটি ক্ষেত্রে ক্ষমতা হ্রাসের গড় 1.8%। SOC স্তরগুলি জুড়ে বহু-বিন্দু ট্র্যাকিং স্থায়ী ক্ষতি এবং সাময়িক পরিচালন প্রভাবগুলি পৃথক করতে সাহায্য করে, তথ্যের নির্ভুলতা বাড়ায়।

প্রবণতা: মেশিন লার্নিং মডেলগুলি SOH পূর্বাভাসের নির্ভুলতা বাড়াচ্ছে

এখন মেশিন লার্নিং মডেলগুলি আংশিক পরিচালন তথ্য ব্যবহার করে SOH এর নির্ভুল হিসাব করতে সক্ষম, পূর্ণ ডিসচার্জ চক্রের উপর নির্ভরতা কমিয়ে। গবেষণায় দেখা গেছে যে ভোল্টেজ-তাপমাত্রা পথের বিশ্লেষণ করা অ্যালগরিদমগুলি 95% পূর্বাভাসের নির্ভুলতা অর্জন করতে পারে। পদার্থ-ভিত্তিক ক্ষয়ের নীতি এবং নিউরাল নেটওয়ার্কগুলি সংমিশ্রিত হাইব্রিড মডেলগুলি ইলেকট্রিক ভেহিকলগুলিতে বাস্তব সময়ের পর্যবেক্ষণের জন্য বিশেষ প্রতিশ্রুতার সঙ্কেত দেয়।

শিল্পগুলি জুড়ে পরীক্ষার আদর্শ প্রোটোকল অনুসরণ করা

গবেষণা এবং উৎপাদনে ব্যাটারি কোষের জন্য আদর্শ পরীক্ষার প্রোটোকল

আন্তর্জাতিক মান মেনে চলার উপর নির্ভর করে স্থিতিশীল ব্যাটারি মূল্যায়ন। প্রধান ফ্রেমওয়ার্কগুলি অন্তর্ভুক্ত IEC 62133 নিরাপত্তের জন্য এবং UL 1642 উভয়ই ক্ষমতা পরিসরের জন্য ±1% এবং পরিবেশগত নিয়ন্ত্রণের নির্দিষ্ট সহনশীলতা নির্দিষ্ট করে।

1,000+ সাইকেল জুড়ে গবেষণাগারগুলি 15টির বেশি কর্মক্ষমতা পরামিতি বিশ্লেষণ করে। অন্যদিকে, শিল্প মান নিয়ন্ত্রণ DC অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধ এবং চার্জ ধরে রাখার মতো প্রাথমিক মেট্রিকগুলির দ্রুত যথার্থতা নিয়ে কেন্দ্রীভূত হয়। ISO 9001 সার্টিফাইড সুবিধাগুলি কঠোর ক্যালিব্রেশন এবং জলবায়ু নিয়ন্ত্রণ (25°C ±0.5°C) এর কারণে 40% কম পরীক্ষার পরিবর্তনশীলতা প্রতিবেদন করে।

সামরিক স্পেসিফিকেশনগুলি (MIL-PRF-32565) 200% ডিজাইন মার্জিন যথার্থতা প্রয়োজন, যেখানে ভোক্তা ইলেকট্রনিক্স নখর ভেদ পরীক্ষার সময় <0.1% এর কম তাপীয় অস্থিরতা ঝুঁকি সীমাবদ্ধ করার মতো নিরাপত্তা অগ্রাধিকার দেয়। এই স্তরযুক্ত পদ্ধতি আবেদনের চাহিদা অনুযায়ী যথার্থতা কঠোরতা সামঞ্জস্য করে প্রতিপাদন করে।

FAQ

ব্যাটারি সেল পরীক্ষায় প্রধান সূচকগুলি কী কী?

প্রধান সূচকগুলি হল ভোল্টেজ স্থিতিশীলতা, ধারণ ক্ষমতা এবং অভ্যন্তরীণ রোধ। চার্জ-ডিসচার্জ চক্রের উপর কার্যকারিতা এবং নির্ভরযোগ্যতা মূল্যায়ন করতে এই ফ্যাক্টরগুলি ব্যবহৃত হয়।

পরীক্ষার সময় ওপেন সার্কিট ভোল্টেজ (OCV) কেন গুরুত্বপূর্ণ?

ওসিভি ব্যাটারির স্বাস্থ্যের দ্রুত মূল্যায়ন প্রদান করে যা এর স্থিত বিভব পরীক্ষা করে এবং সমস্যাগুলি আগে থেকেই চিহ্নিত করতে সাহায্য করে।

তাপমাত্রার পরিবর্তন অভ্যন্তরীণ রোধের পাঠে কীভাবে প্রভাব ফেলে?

তাপমাত্রার ওঠানামা অভ্যন্তরীণ রোধের উপর উল্লেখযোগ্য প্রভাব ফেলতে পারে, যা পরীক্ষার নির্ভুলতাকে প্রভাবিত করে এবং পরীক্ষার শর্তাবলীতে কঠোর নিয়ন্ত্রণ প্রয়োজন করে।

ব্যাটারির স্বাস্থ্য ভবিষ্যদ্বাণীতে মেশিন লার্নিংয়ের ভূমিকা কী?

মেশিন লার্নিং মডেলগুলি আংশিক কার্যকরী ডেটা বিশ্লেষণ করে ব্যাটারির আয়ু এবং কার্যকারিতা সম্পর্কে ভবিষ্যদ্বাণীর নির্ভুলতা উন্নত করে স্বাস্থ্যের অবস্থা অনুমানকে আরও বাড়িয়ে তোলে।