48V बैटरी प्रदर्शन को अनुकूलित करने के लिए कौन से तकनीकी समाधान हैं?

लिथियम-आयन बनाम LiFePO4: 48V अनुप्रयोगों के लिए रसायनों की तुलना

ऊर्जा घनत्व, चक्र जीवन और लागत के बीच समझौते

ली-आयन बैटरियों में आमतौर पर लगभग 150 से 200 वाट-घंटा/किग्रा की ऊर्जा घनत्व होती है, जो इन बैटरियों को कॉम्पैक्ट 48V प्रणालियों के साथ काम करने के लिए अच्छा विकल्प बनाती है, जहाँ उपलब्ध स्थान बहुत कम होता है। दूसरी ओर, लिथियम आयरन फॉस्फेट या LiFePO4 इसलिए खास है क्योंकि यह चार्ज चक्रों के दौरान काफी लंबे समय तक चलती है। पिछले साल के EV लिथियम शोध के अनुसार, हम यहाँ 2000 से अधिक पूर्ण चक्रों की बात कर रहे हैं, जबकि सामान्य ली-आयन बैटरियों के लिए यह केवल 800 से 1200 चक्र होते हैं। LiFePO4 की प्रारंभिक कीमत सामान्य लिथियम आयन विकल्पों की तुलना में लगभग 10 से 20 प्रतिशत अधिक होती है। लेकिन जो बात लोग अक्सर नजरअंदाज कर देते हैं, वह यह है कि यह अतिरिक्त निवेश लंबे समय में फायदेमंद साबित होता है, क्योंकि इन बैटरियों को बहुत कम बार बदलने की आवश्यकता होती है। समय के साथ, लगातार नई ली-आयन बैटरी पैक खरीदने की तुलना में इससे चक्र प्रति लगभग 40 प्रतिशत बचत होती है।

48V रसायनों की थर्मल स्थिरता और सुरक्षा प्रोफाइल

LiFePO4 बैटरियों में आयरन फॉस्फेट कैथोड तब भी स्थिर रहता है जब तापमान लगभग 270 डिग्री सेल्सियस तक पहुँच जाता है, जिससे खतरनाक थर्मल रनअवे की स्थिति की संभावना कम हो जाती है। नियमित लिथियम आयन बैटरियों का मामला अलग होता है। वात्रे पावर द्वारा पिछले साल प्रकाशित शोध के अनुसार, इन पारंपरिक रासायनिक तत्वों में 60 डिग्री सेल्सियस से थोड़ा अधिक तापमान पर विघटन शुरू हो जाता है। इससे उन स्थानों पर गंभीर सुरक्षा समस्याएँ उत्पन्न होती हैं जहाँ तापमान अधिक रहता है। इस अंतर्निहित स्थिरता के कारण, कई निर्माता भारी उपकरणों में उपयोग की जाने वाली 48 वोल्ट प्रणालियों के लिए LiFePO4 की ओर रुख कर रहे हैं। ऐसे कारखानों या निर्माण स्थलों के बारे में सोचें जहाँ मशीनें लगातार चलती रहती हैं और परिवेशी तापमान नियमित रूप से 50 डिग्री से ऊपर चढ़ जाता है। बैटरी बिना अधिक ताप होए बिना किसी समस्या के काम करती रहती है।

सर्वोत्तम उपयोग के मामले: ऑटोमोटिव, औद्योगिक और नवीकरणीय ऊर्जा भंडारण

• ऑटोमोटिव : कंपन के प्रति मजबूती और सुधरी गई दुर्घटना सुरक्षा के कारण 48V मामूली-संकर प्रणालियों में LiFePO4 को प्राथमिकता दी जाती है।
• औद्योगिक : लिथियम-आयन की उच्च ऊर्जा घनत्व से फॉर्कलिफ्ट जैसे उपकरणों को लाभ होता है जिन्हें त्वरित आवेश/निरावेश क्षमता की आवश्यकता होती है।
• अक्षय ऊर्जा : सौर ऊर्जा भंडारण के लिए, लाइफेपो4 की लंबी चक्र स्थिरता आठ वर्षों के उपयोग के बाद 90% से अधिक क्षमता संधारण सुनिश्चित करती है, जो प्रणाली के लंबे जीवन और विश्वसनीयता को अनुकूलित करती है।

48V बैटरी पैक के लिए उन्नत ताप प्रबंधन रणनीतियाँ

उच्च भार 48V प्रणालियों में ऊष्मा उत्पादन तंत्र

भारी भार के तहत 48V प्रणालियों में ऊष्मा उत्पादन मुख्य रूप से तीन स्रोतों से आता है: चक्रण के दौरान आंतरिक प्रतिरोध, धारा बढ़ने पर जूल तापन, और गहरे निर्वहन के दौरान होने वाली ऊष्माक्षेपी अभिक्रियाएं। जब बैटरियां 3C निर्वहन दर पर काम करती हैं, तो MDPI द्वारा 2023 में प्रकाशित शोध के अनुसार, सक्रिय शीतलन न होने पर अक्सर उनकी सतह 54 डिग्री सेल्सियस से अधिक हो जाती है। ऐसे अनुप्रयोगों में जहां बिजली की मांग तीव्र होती है, जैसे इलेक्ट्रिक वाहन सहायक प्रणालियों में, इस तरह का अनियंत्रित तापीय निर्माण पैक के पार खतरनाक गर्म बिंदु पैदा करता है। ये गर्म क्षेत्र बैटरी कोशिकाओं को उचित तापीय प्रबंधन वाले पैक की तुलना में बहुत तेजी से निम्नीकृत कर देते हैं, कभी-कभी आयु को लगभग 40 प्रतिशत या अधिक कम कर देते हैं।

अप्रत्यक्ष तरल शीतलन और उभरती हुई तापमान नियंत्रण प्रवृत्तियाँ

इनडायरेक्ट लिक्विड कूलिंग और फेज चेंज मटीरियल्स, या पीसीएम के संयोजन को आजकल हम जिन नए 48 वोल्ट सिस्टम को देख रहे हैं, उनमें अच्छी दक्षता और सुरक्षा दोनों प्राप्त करने के लिए शीर्ष तरीकों में से एक के रूप में उभरा है। पावर सोर्सेज जर्नल में 2025 में प्रकाशित एक अध्ययन में वास्तव में कुछ काफी दिलचस्प बातें दिखाई गईं। जब उन्होंने लिक्विड कूलिंग और पीसीएम दोनों के साथ संकर प्रणालियों का परीक्षण किया, तो 35 डिग्री सेल्सियस के परिवेश तापमान पर चल रही कार बैटरियों में शिखर तापमान लगभग 18 प्रतिशत तक गिर गया। काफी प्रभावशाली बात है। आधुनिक थर्मल नियंत्रण प्रणालियाँ भी अधिक स्मार्ट होती जा रही हैं। वे उस समय क्या हो रहा है, उसके आधार पर कूलेंट प्रवाह को समायोजित कर सकती हैं। इस गतिशील समायोजन से पुरानी निश्चित गति वाली प्रणालियों की तुलना में लगभग 70 प्रतिशत ऊर्जा बचत होती है, जबकि सेलों के बीच तापमान में अंतर केवल 1.5 डिग्री सेल्सियस के भीतर रखा जाता है। जब आप इसके बारे में सोचते हैं, तो यह तर्कसंगत लगता है।

विविध पर्यावरणों के लिए स्केलेबल कूलिंग समाधानों का डिज़ाइन करना

थर्मल डिज़ाइन को परिचालन वातावरण के अनुसार ढालना चाहिए:

• मरुस्थल में तैनाती नमी का प्रबंधन करने के लिए ड्राई-कूल्ड कंडेनसर और सिलिका जेल बैरियर का उपयोग करती है।
• मरीन एप्लीकेशन संक्षारण-प्रतिरोधी एल्युमीनियम ऑक्साइड कोटिंग पर निर्भर करते हैं।
• आर्कटिक स्थापनाओं में -20°C से नीचे सक्रिय होने वाले स्व-ताप PCM संयोजकों को शामिल किया गया है।

मॉड्यूलर तरल कोल्ड प्लेट्स एक स्केलेबल मानक के रूप में उभरी हैं, जो मुख्य थर्मल घटकों को फिर से डिज़ाइन किए बिना 5kWh आवासीय इकाइयों से लेकर 1MWh ग्रिड-स्केल सिस्टम तक बिना किसी रुकावट के विस्तार की अनुमति देती हैं।

केस अध्ययन: वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोगों में शीतलन प्रणाली की प्रभावशीलता का सत्यापन

अनुप्रयुक्त थर्मल इंजीनियरिंग के शोधकर्ताओं ने 2025 में परीक्षण किए, जिसमें उन्होंने एक विशेष बहु-परत PCM तरल प्रणाली की 48 वोल्ट फोर्कलिफ्ट बैटरियों के साथ उन गोदामों में कार्यप्रणाली का अध्ययन किया, जहाँ तापमान लगभग 45 डिग्री सेल्सियस तक पहुँच जाता है। उनके द्वारा पाया गया परिणाम काफी प्रभावशाली था। इन बैटरियों ने अपना तापमान कम रखा, और आठ घंटे की लंबी कार्य अवधि के दौरान अधिकतम तापमान लगभग 29.2 डिग्री सेल्सियस पर स्थिर रहा। यह वास्तव में उन सामान्य बैटरियों की तुलना में 7.3 डिग्री कूलर था जिनमें कोई शीतलन प्रणाली नहीं थी। और यहाँ और भी अच्छी खबर है। बैटरी क्षमता की वार्षिक हानि 15 प्रतिशत से घटकर केवल 2.1 प्रतिशत रह गई। वास्तविक दुनिया की स्थितियों में परीक्षण करने पर, इन प्रणालियों ने सभी 96 सेल्स में 2 डिग्री से कम के न्यूनतम तापमान अंतर को दर्शाया, भले ही वे तीव्र 150 एम्पीयर त्वरित चार्जिंग सत्रों से गुजर रहे थे। किसी भी भारी बैटरी संचालन से निपटने वाले व्यक्ति के लिए यह काफी उल्लेखनीय बात है।

48V प्रणालियों में चार्जिंग और डिस्चार्जिंग दक्षता को अधिकतम करना

चार्ज/डिस्चार्ज चक्रों के दौरान ऊर्जा हानि के कारक

48V प्रणालियों में ऊर्जा हानि के मुख्य स्रोतों में 3 से 8 प्रतिशत के बीच का आंतरिक प्रतिरोध और प्रत्येक चार्ज चक्र के दौरान लगभग 2 से 5 प्रतिशत तापीय ऊर्जा क्षय नुकसान शामिल हैं, न कि इलेक्ट्रोड इंटरफेस पर होने वाली उन छोटी-छोटी अक्षमताओं का जिक्र। जब चार्जिंग उचित तरीके से नहीं की जाती, तो कुछ हालिया अध्ययनों के अनुसार लिथियम-आयन चार्जिंग को अनुकूलित करने के सर्वोत्तम तरीकों की जांच करते हुए पाया गया कि ओमिक नुकसान ठीक से संतुलित चार्जिंग विधियों की तुलना में 12% तक अधिक बढ़ सकता है। इलेक्ट्रिक वाहन ड्राइवट्रेन जैसे उच्च शक्ति अनुप्रयोगों में काम करने वाले किसी भी व्यक्ति के लिए, ये नुकसान वास्तव में महत्वपूर्ण हैं क्योंकि लगातार तेज चक्रण समय के साथ चीजों को तेजी से घिस देता है।

48V ऊर्जा उपयोग में उन्नत BMS की भूमिका

आजकल बैटरी प्रबंधन प्रणाली चीजों को बेहतर ढंग से चलाने में मदद करती हैं क्योंकि वे धारा प्रवाह को समझदारी से समायोजित करती हैं। इससे अधिकतम स्तर पर उबाऊ प्रतिरोधी हानि को 18 से 22 प्रतिशत के बीच कम करने में मदद मिलती है। ये प्रणाली सेल को बहुत सटीक तरीके से संतुलित भी करती हैं, जिससे सभी सेल्स के बीच वोल्टेज में केवल 1.5% का अंतर रहता है। और जब बाहर का मौसम ठंडा होता है, तो ये प्रणाली चार्जिंग के दौरान तापमान परिवर्तन की भरपाई करती हैं ताकि लिथियम प्लेटिंग की समस्या न हो। जैसा कि शोधकर्ताओं ने पाया है, इस बहु-चरण स्थिर धारा दृष्टिकोण का उपयोग करने वाली बैटरियों में समय के साथ कम क्षमता की हानि होती है। 48 वोल्ट LiFePO4 सेटअप पर किए गए परीक्षणों में पुरानी चार्ज नियंत्रण विधियों की तुलना में लगभग 16.5% कम क्षरण देखा गया। इसलिए यह तर्कसंगत लगता है कि अधिक लंबे समय तक चलने वाले पावर समाधानों के लिए अधिक कंपनियां इन उन्नत प्रणालियों पर स्विच कर रही हैं।

48V बैटरी प्रदर्शन पर गतिशील भार का प्रभाव

रोबोटिक्स और नवीकरणीय माइक्रोग्रिड में परिवर्तनशील भार दक्षता की चुनौतियां पेश करते हैं:

दूरसंचार बैकअप प्रणाली के आंकड़े दिखाते हैं कि 48V लिथियम बैटरियों में लोड कंडीशनिंग राउंड-ट्रिप दक्षता को 87% से बढ़ाकर 93% कर देती है और तापीय प्रबंधन की ऊर्जा आवश्यकता को 40% तक कम कर देती है।

48V रिचार्जेबल बैटरियों के चक्र जीवन और दीर्घायु का विस्तार

48V बैटरी सेल में अपक्षय के तंत्र

48V बैटरी प्रणालियों में क्षमता की हानि मुख्य रूप से तीन कारणों से होती है: ठोस इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस परत का बढ़ना, इलेक्ट्रोड पर लिथियम निक्षेप का निर्माण, और आवेश चक्र के दौरान सामग्री के लगातार फैलने और सिकुड़ने के कारण भौतिक तनाव। जब तापमान बढ़ता है, तो ये अवांछित रासायनिक प्रतिक्रियाएं तेजी से बढ़ जाती हैं। पिछले साल प्रकाशित शोध में दिखाया गया है कि यदि संचालन तापमान 30 डिग्री सेल्सियस से केवल 10 डिग्री सेल्सियस अधिक हो जाता है, तो बैटरी के विफल होने से पहले उसे आवेशित करने की संख्या आधी रह जाती है। वास्तविक ड्राइविंग परिस्थितियों से निपटने वाले ऑटो निर्माताओं के लिए, समय के साथ यह यांत्रिक क्षरण और भी बदतर हो जाता है क्योंकि वाहन सड़क पर बैटरियों को कंपन और अचानक भार परिवर्तन की सभी तरह की स्थितियों के लिए प्रतिबद्ध करते हैं।

स्थायित्व के लिए डिस्चार्ज की इष्टतम गहराई और चार्जिंग दर

48V बैटरियों को 20%–80% चार्ज स्थिति (SOC) की सीमा में संचालित करने से पूर्ण चक्रण की तुलना में SEI निर्माण में 43% कमी आती है। NREL के 2023 के विश्लेषण में पाया गया कि 0.5C चार्जिंग दर (3-घंटे का चार्ज) के साथ 800 चक्रों के बाद प्रारंभिक क्षमता का 98% संरक्षित रहता है, जबकि 1C पर यह 89% संधारण होता है।

तालिका: 48V लिथियम-आयन बैटरी के दीर्घायुत्व पर चार्जिंग दर का प्रभाव (NREL 2023)

त्वरित चार्जिंग बनाम दीर्घकालिक स्वास्थ्य: गति और बैटरी आयु के बीच संतुलन

1C पर त्वरित चार्जिंग निश्चित रूप से प्रतीक्षा के समय में कमी करती है, लेकिन इसके साथ एक नकारात्मक पहलू भी है: धीमी दर 0.5C की तुलना में बैटरियों के आंतरिक रूप से लगभग 55 से 70 प्रतिशत अधिक गर्म होने की प्रवृत्ति होती है। हाल ही में 2024 में व्यावसायिक ऊर्जा भंडारण पर एक दृष्टिकोण दिलचस्प बात दिखाता है। उन्होंने एक ऐसे तरीके को आजमाया जिसमें लगभग 70% चार्ज स्थिति तक पूर्ण गति (1C) पर चार्ज किया गया, फिर चार्जिंग की गति घटाकर केवल 0.3C कर दी गई। 1,200 चार्ज चक्रों के बाद इस विधि ने मूल क्षमता का लगभग 85% बरकरार रखा, जो वास्तव में उन अत्यधिक सावधान धीमी चार्जिंग विधियों के समान ही है। और यहां मुख्य बात यह है – यदि इन प्रणालियों को अच्छा तापीय प्रबंधन प्राप्त हो जो तापमान में कम से कम 30% की कमी कर सके, तो आंशिक त्वरित चार्जिंग त्वरित चार्जिंग की इच्छा और बैटरियों के लंबे जीवन की सुनिश्चितता के बीच एक समझदारी भरा मध्यम रास्ता बनने लगती है।