48V ব্যাটারির কর্মক্ষমতা অপ্টিমাইজ করার জন্য কোন প্রযুক্তিগত সমাধানগুলি?

লিথিয়াম-আয়ন বনাম LiFePO4: 48V প্রয়োগের জন্য রাসায়নিক তুলনা

শক্তি ঘনত্ব, চক্র আয়ু এবং খরচের মধ্যে ভারসাম্য

লি-আয়ন ব্যাটারির সাধারণত প্রায় 150 থেকে 200 Wh/kg শক্তি ঘনত্ব থাকে, যা এই ব্যাটারিগুলিকে 48V সিস্টেমের সাথে কাজ করার সময় ভালো পছন্দ করে তোলে যেখানে খুব বেশি জায়গা পাওয়া যায় না। অন্যদিকে, লিথিয়াম আয়রন ফসফেট বা LiFePO4 চার্জ চক্রের মাধ্যমে অনেক বেশি স্থায়িত্বের কারণে প্রাধান্য পায়। গত বছরের EV লিথিয়াম গবেষণা অনুযায়ী, আমরা স্ট্যান্ডার্ড লি-আয়নের মাত্র 800 থেকে 1200 চক্রের বিপরীতে 2000 এর বেশি সম্পূর্ণ চক্রের কথা বলছি। LiFePO4-এর প্রাথমিক মূল্য সাধারণ লিথিয়াম আয়ন বিকল্পের তুলনায় প্রায় 10 থেকে 20 শতাংশ বেশি হয়। কিন্তু মানুষ প্রায়শই উপেক্ষা করে যে এই অতিরিক্ত বিনিয়োগ দীর্ঘমেয়াদে ফল দেয়, কারণ এই ব্যাটারিগুলি অনেক কম ঘনঘন প্রতিস্থাপনের প্রয়োজন হয়। সময়ের সাথে সাথে, নতুন লি-আয়ন প্যাক ক্রমাগত কেনার তুলনায় প্রতি চক্রে প্রায় 40 শতাংশ সাশ্রয় হয়।

48V রাসায়নিক উপাদানগুলির তাপীয় স্থিতিশীলতা এবং নিরাপত্তা বৈশিষ্ট্য

LiFePO4 ব্যাটারিতে আয়রন ফসফেট ক্যাথোড 270 ডিগ্রি সেলসিয়াস পর্যন্ত তাপমাত্রায় স্থিতিশীল থাকে, যা বিপজ্জনক তাপীয় অনিয়ন্ত্রিত পরিস্থিতির ঝুঁকি কমিয়ে দেয়। কিন্তু সাধারণ লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারির অবস্থা ভিন্ন। গত বছর ভ্যাট্রার পাওয়ার-এর গবেষণা অনুযায়ী, এই ঐতিহ্যবাহী রাসায়নিক গঠন মাত্র 60 ডিগ্রি সেলসিয়াসের বেশি তাপমাত্রায় ভেঙে যাওয়া শুরু করে। এটি উচ্চ তাপমাত্রার পরিবেশে গুরুতর নিরাপত্তা ঝুঁকি তৈরি করে। এই স্বাভাবিক স্থিতিশীলতার কারণে ভারী সরঞ্জামগুলিতে ব্যবহৃত 48 ভোল্টের সিস্টেমগুলির জন্য অনেক উৎপাদক LiFePO4-এর দিকে ঝুঁকছেন। এমন কারখানা বা নির্মাণস্থলের কথা ভাবুন যেখানে মেশিনগুলি অবিরত চলে এবং পরিবেশের তাপমাত্রা নিয়মিতভাবে 50 ডিগ্রির বেশি হয়ে যায়। ব্যাটারিটি তাপ উত্পাদনের সমস্যা ছাড়াই কাজ করতে থাকে।

সেরা ব্যবহারের ক্ষেত্র: অটোমোটিভ, শিল্প এবং নবায়নযোগ্য শক্তি সঞ্চয়

• অটোমোটিভ : কম্পনের বিরুদ্ধে দৃঢ়তা এবং উন্নত দুর্ঘটনা নিরাপত্তার কারণে 48V মাইল্ড-হাইব্রিড সিস্টেমগুলিতে LiFePO4 কে পছন্দ করা হয়।
• শিল্প : যেসব সরঞ্জামে দ্রুত চার্জ/ডিসচার্জের প্রয়োজন হয়, যেমন ফোর্কলিফটে, লিথিয়াম-আয়নের উচ্চতর শক্তি ঘনত্ব তাদের জন্য উপকারী।
• নবায়নযোগ্য : সৌরশক্তি সঞ্চয়ের জন্য, লিফেপো4-এর দীর্ঘ চক্র স্থিতিশীলতা আট বছর ব্যবহারের পরেও 90% এর বেশি ক্ষমতা ধরে রাখতে সক্ষম, যা সিস্টেমের দীর্ঘায়ু এবং নির্ভরযোগ্যতা অপ্টিমাইজ করে।

48V ব্যাটারি প্যাকের জন্য উন্নত তাপ ব্যবস্থাপনা কৌশল

উচ্চ-লোড 48V সিস্টেমে তাপ উৎপাদন পদ্ধতি

ভারী লোডের অধীনে 48V সিস্টেমগুলিতে তাপ উৎপাদন মূলত তিনটি উৎস থেকে হয়: চক্রাকারে চলার সময় অভ্যন্তরীণ রোধ, কারেন্ট শীর্ষবিন্দুতে পৌঁছানোর সময় জুল তাপ, এবং গভীর ডিসচার্জের সময় যে তাপবর্ষী বিক্রিয়াগুলি ঘটে। MDPI-এর 2023 সালে প্রকাশিত গবেষণা অনুযায়ী, যখন ব্যাটারি 3C ডিসচার্জ হারে কাজ করে, তখন কোনও সক্রিয় শীতলীকরণ না থাকলে তাদের পৃষ্ঠতল প্রায়ই 54 ডিগ্রি সেলসিয়াসের বেশি তাপমাত্রা ছুঁয়ে ফেলে। যেসব অ্যাপ্লিকেশনে শক্তির চাহিদা তীব্র, যেমন বৈদ্যুতিক যানবাহনের সহায়ক সিস্টেমগুলিতে, এই ধরনের নিয়ন্ত্রণহীন তাপ জমা প্যাকের মধ্যে বিপজ্জনক হটস্পট তৈরি করে। এই উত্তপ্ত অঞ্চলগুলি উপযুক্ত তাপ ব্যবস্থাপনা সহ প্যাকগুলির তুলনায় ব্যাটারি কোষগুলিকে অনেক দ্রুত ক্ষয় করে, কখনও কখনও আয়ু প্রায় 40 শতাংশ বা তার বেশি কমিয়ে দেয়।

পরোক্ষ তরল শীতলীকরণ এবং আবির্ভূত তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ প্রবণতা

আজকাল আমরা যেসব নতুন 48 ভোল্টের সিস্টেম দেখছি, সেগুলিতে ভালো দক্ষতা এবং নিরাপত্তা অর্জনের জন্য পরোক্ষ তরল শীতলীকরণ এবং ফেজ চেঞ্জ ম্যাটেরিয়াল (PCM)-এর সমন্বয় একটি শীর্ষ পদ্ধতি হিসাবে উঠে এসেছে। 2025 সালে পাওয়ার সোর্সেস জার্নালে প্রকাশিত গবেষণায় আসলে কিছু খুবই আকর্ষক তথ্য পাওয়া গেছে। যখন তারা তরল শীতলীকরণ এবং PCM-এর সমন্বয়ে তৈরি হাইব্রিড সিস্টেম পরীক্ষা করেছিল, তখন 35 ডিগ্রি সেলসিয়াস পরিবেশ তাপমাত্রায় চলমান গাড়ির ব্যাটারিতে সর্বোচ্চ তাপমাত্রা প্রায় 18 শতাংশ কমে গিয়েছিল। বেশ চমকপ্রদ তথ্য। আধুনিক তাপ নিয়ন্ত্রণ সিস্টেমগুলিও আরও বুদ্ধিমান হয়ে উঠছে। তারা সেই মুহূর্তে কী ঘটছে তার ভিত্তিতে কুল্যান্ট প্রবাহ সামঞ্জস্য করতে পারে। এই গতিশীল সামঞ্জস্য পুরানো স্থির গতির সিস্টেমের তুলনায় প্রায় 70 শতাংশ শক্তি সাশ্রয় করে, এমনকি কোষগুলির মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্য মাত্র 1.5 ডিগ্রি সেলসিয়াসের মধ্যে রাখতে পারে। এটা ভাবলে বোঝা যায়।

বৈচিত্র্যময় পরিবেশের জন্য স্কেলযোগ্য শীতলীকরণ সমাধান নকশা করা

তাপীয় নকশাগুলি অপারেশনাল পরিবেশের জন্য উপযোগী করে তৈরি করা আবশ্যিক:

• মরুভূমির মধ্যে ব্যবহারের ক্ষেত্রে শুষ্ক-শীতলীকরণ ঘনীভাবনকারী এবং আর্দ্রতা নিয়ন্ত্রণের জন্য সিলিকা জেল বাধা ব্যবহার করা হয়।
• সামুদ্রিক প্রয়োগে ক্ষয়রোধী অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড আবরণের উপর নির্ভর করা হয়।
• আর্কটিক অঞ্চলে স্থাপন করা স্ব-তাপীয় PCM কম্পোজিট ব্যবহার করা হয় যা -20°C এর নিচে সক্রিয় হয়।

মডিউলার তরল কোল্ড প্লেটগুলি একটি স্কেলযোগ্য মান হিসাবে আবির্ভূত হয়েছে, যা মূল তাপীয় উপাদানগুলি পুনরায় নকশা না করেই 5kWh আবাসিক ইউনিট থেকে 1MWh গ্রিড-স্কেল সিস্টেম পর্যন্ত সহজে সম্প্রসারণের অনুমতি দেয়।

কেস স্টাডি: বাস্তব প্রয়োগে শীতলীকরণ ব্যবস্থার কার্যকারিতা যাচাই

2025 সালে প্রযুক্ত তাপ প্রকৌশলের গবেষকরা পরীক্ষা চালান যেখানে 45 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় গুদামজাতকরণে 48 ভোল্টের ফর্কলিফট ব্যাটারির সাথে একটি বিশেষ বহু-স্তরযুক্ত PCM তরল ব্যবস্থার কার্যপ্রণালী দেখা হয়। তাদের আবিষ্কার ছিল বেশ চমকপ্রদ। এই ব্যাটারিগুলি ঠাণ্ডা থাকে, অষ্টাশ-ঘন্টার কাজের পালার মধ্যে সর্বোচ্চ তাপমাত্রা প্রায় 29.2 ডিগ্রি সেলসিয়াসে ধরে রাখে। এটি আসলে কোনও শীতলীকরণ ব্যবস্থা ছাড়া সাধারণ ব্যাটারির চেয়ে 7.3 ডিগ্রি কম। আরও ভালো খবর হলো, ব্যাটারির ক্ষমতা বছরে ক্ষয় হওয়া 15 শতাংশ থেকে নেমে এসে মাত্র 2.1 শতাংশে দাঁড়ায়। বাস্তব পরিস্থিতিতে পরীক্ষা করার সময়, তীব্র 150 অ্যাম্পিয়ার দ্রুত চার্জিং পর্বের মধ্যেও এই ব্যবস্থাগুলি 96টি সেলের মধ্যে 2 ডিগ্রির নিচে তাপমাত্রার পার্থক্য দেখায়। ভারী ব্যাটারি পরিচালনায় নিযুক্ত ব্যক্তিদের জন্য এটি বেশ অসাধারণ।

48V সিস্টেমে চার্জিং এবং ডিসচার্জিং দক্ষতা সর্বাধিককরণ

চার্জ/ডিসচার্জ চক্রের সময় শক্তি ক্ষতির কারণ

48V সিস্টেমগুলিতে শক্তি ক্ষতির প্রধান উৎসগুলির মধ্যে রয়েছে 3 থেকে 8 শতাংশের মধ্যে অভ্যন্তরীণ রোধ, প্রতিটি চার্জ চক্রের সময় প্রায় 2 থেকে 5 শতাংশ তাপীয় ক্ষয় এবং ইলেকট্রোড ইন্টারফেসগুলিতে ঘটা অদক্ষতা। যখন চার্জ ঠিকমতো করা হয় না, তখন ওহমিক ক্ষতি ভালোভাবে সামঞ্জস্যযুক্ত চার্জিং পদ্ধতির তুলনায় প্রায় 12% বেশি হয়ে যেতে পারে, যা লিথিয়াম-আয়ন চার্জিং অপ্টিমাইজ করার উপায় নিয়ে করা সদ্য গবেষণাগুলিতে উল্লেখ করা হয়েছে। বৈদ্যুতিক যানবাহনের ড্রাইভট্রেনের মতো উচ্চ ক্ষমতা প্রয়োগের ক্ষেত্রে কাজ করলে এই ধরনের ক্ষতি খুবই গুরুত্বপূর্ণ কারণ ধ্রুবক দ্রুত চক্রাকারে জিনিসপত্র সময়ের সাথে আরও দ্রুত ক্ষয় হয়ে যায়।

48V শক্তি ব্যবহারের কার্যকারিতা বৃদ্ধিতে উন্নত BMS-এর ভূমিকা

আজকাল ব্যাটারি ম্যানেজমেন্ট সিস্টেমগুলি জিনিসপত্রকে আরও ভালভাবে চালাতে সাহায্য করে কারণ এগুলি স্মার্টভাবে কারেন্ট প্রবাহ সামঞ্জস্য করে। এটি সেই বিরক্তিকর রেজিস্টিভ লসগুলিকে তাদের সর্বোচ্চ পয়েন্টে 18 থেকে 22 শতাংশ পর্যন্ত কমাতে সাহায্য করে। এছাড়াও এগুলি খুব নির্ভুলভাবে সেলগুলি ব্যালেন্স করে, সমস্ত সেলগুলির মধ্যে ভোল্টেজ 1.5% পার্থক্যের মধ্যে রাখে। এবং যখন বাইরে ঠাণ্ডা হয়, তখন এই সিস্টেমগুলি চার্জিংয়ের সময় তাপমাত্রা পরিবর্তনের জন্য ক্ষতিপূরণ করে যাতে লিথিয়াম প্লেটিংয়ের সমস্যা না হয়। গবেষকদের ফলাফল দেখলে দেখা যায়, যে ব্যাটারিগুলিতে এই মাল্টি-স্টেজ কনস্ট্যান্ট কারেন্ট পদ্ধতি ব্যবহার করা হয় তারা সময়ের সাথে সাথে কম ক্ষমতা হারায়। 48 ভোল্ট LiFePO4 সেটআপে পরীক্ষা করে দেখা গেছে পুরানো চার্জ কন্ট্রোল পদ্ধতির তুলনায় ক্ষয়ক্ষতি প্রায় 16.5% কম। দীর্ঘস্থায়ী পাওয়ার সমাধানের জন্য আরও বেশি সংখ্যক কোম্পানি এই উন্নত সিস্টেমগুলিতে রূপান্তরিত হচ্ছে তার কারণ এটাই।

48V ব্যাটারির কর্মক্ষমতার উপর ডাইনামিক লোডের প্রভাব

রোবোটিক্স এবং নবায়নযোগ্য মাইক্রোগ্রিডগুলিতে পরিবর্তনশীল লোড দক্ষতার চ্যালেঞ্জ তৈরি করে:

টেলিকম ব্যাকআপ সিস্টেমের তথ্য অনুযায়ী, 48V লিথিয়াম ব্যাটারিগুলিতে লোড কন্ডিশনিং রাউন্ড-ট্রিপ দক্ষতা 87% থেকে বৃদ্ধি করে 93%-এ নিয়ে আসে এবং তাপীয় ব্যবস্থাপনার জন্য প্রয়োজনীয় শক্তি 40% হ্রাস করে।

48V রিচার্জযোগ্য ব্যাটারির চক্র আয়ু এবং দীর্ঘতা বৃদ্ধি

48V ব্যাটারি কোষে অবক্ষয়ের কারণসমূহ

48V ব্যাটারি সিস্টেমে ক্ষমতা হ্রাসের প্রধান কারণ তিনটি: কঠিন তড়িৎদ্বার সীমান্ত স্তরের বৃদ্ধি, তড়িৎদ্বারগুলিতে লিথিয়াম আস্তরণের গঠন এবং চার্জ চক্রের সময় উপকরণগুলির ধ্রুবক প্রসারণ ও সঙ্কোচনের ফলে ঘটিত প্রাকৃতিক চাপ। যখন তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়, তখন এই অবাঞ্ছিত রাসায়নিক বিক্রিয়াগুলি দ্রুত গতিতে ঘটে। গত বছর প্রকাশিত একটি গবেষণায় দেখা গেছে যে, যদি 30 ডিগ্রি সেলসিয়াসের ঊর্ধ্বে কার্যকরী তাপমাত্রা মাত্র 10 ডিগ্রি সেলসিয়াস বৃদ্ধি পায়, তবে ব্যাটারি নষ্ট হওয়ার আগে চার্জ করার সংখ্যা অর্ধেক হয়ে যায়। বাস্তব চালনার অবস্থার সঙ্গে মোকাবিলা করছে এমন গাড়ি নির্মাতাদের ক্ষেত্রে, রাস্তায় গাড়ির ব্যাটারিগুলি বিভিন্ন কম্পন এবং হঠাৎ লোড পরিবর্তনের শিকার হওয়ার ফলে সময়ের সাথে সাথে এই যান্ত্রিক ক্ষয় আরও বেশি খারাপ হয়ে যায়।

দীর্ঘস্থায়িত্বের জন্য ডিসচার্জের আদর্শ গভীরতা এবং চার্জিং হার

20%–80% চার্জ অবস্থা (SOC) পরিসরের মধ্যে 48V ব্যাটারি চালানোর ফলে পূর্ণ চক্রাকার চালনার তুলনায় SEI গঠন 43% কমে। NREL-এর 2023 সালের বিশ্লেষণে দেখা গেছে যে 0.5C চার্জিং হারে (3 ঘন্টার চার্জ) 800 চক্রের পরে প্রাথমিক ধারণক্ষমতার 98% অক্ষুণ্ণ থাকে, যেখানে 1C-এ তা হয় 89%।

টেবিল: 48V লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির দীর্ঘায়ুতে চার্জিং হারের প্রভাব (NREL 2023)

দ্রুত চার্জিং বনাম দীর্ঘমেয়াদী স্বাস্থ্য: গতি এবং ব্যাটারি আয়ুর মধ্যে ভারসাম্য

1C এ দ্রুত চার্জিং অবশ্যই অপেক্ষা করার সময় কমিয়ে দেয়, কিন্তু এর একটি নেতিবাচক দিকও রয়েছে: ধীর 0.5C হারের তুলনায় ব্যাটারির ভিতরের তাপমাত্রা প্রায় 55 থেকে 70 শতাংশ বেশি হয়। তবে 2024 সালের বাণিজ্যিক শক্তি সঞ্চয়স্থান সম্পর্কে সদ্য পর্যালোচনা একটি আকর্ষক তথ্য উপস্থাপন করে। তারা এমন একটি পদ্ধতি চেষ্টা করেছিল যেখানে প্রায় 70% চার্জ অবস্থা পর্যন্ত সম্পূর্ণ গতিতে (1C) চার্জ করা হয়েছিল, তারপর মাত্র 0.3C-এ গতি কমিয়ে আনা হয়েছিল। 1,200 চার্জ চক্র শেষে এই পদ্ধতিতে মূল ক্ষমতার প্রায় 85% অক্ষুণ্ণ থাকে, যা আসলে অত্যন্ত সতর্ক ধীর চার্জিং পদ্ধতির ফলাফলের খুব কাছাকাছি। আর এখানে মজার বিষয় হল—যদি এই সিস্টেমগুলিতে ভালো তাপ ব্যবস্থাপনা থাকে যা তাপমাত্রা কমপক্ষে 30% কমাতে পারে, তবে আংশিক দ্রুত চার্জিং দ্রুত চার্জিং এবং ব্যাটারির দীর্ঘ আয়ু নিশ্চিত করার মধ্যে একটি বুদ্ধিমানের মতো মাঝামাঝি পদ্ধতি হিসাবে দাঁড়ায়।