48V ब्याट्री प्रदर्शनलाई अनुकूलित गर्ने तकनीकी समाधानहरू के हुन्?

लिथियम-आयन बनाम LiFePO4: ४८ भोल्ट अनुप्रयोगहरूका लागि रासायनिक तत्वहरूको तुलना

ऊर्जा घनत्व, चक्र जीवन, र लागतमा आपसी समझौता

Li-आयन ब्याट्रीहरूमा सामान्यतया लगभग 150 देखि 200 Wh/kg को ऊर्जा घनत्व हुन्छ, जसले गर्दा उपलब्ध ठाउँ सीमित हुने संकुचित 48V प्रणालीहरूको साथ काम गर्दा यी ब्याट्रीहरू राम्रो छनौट हुन्छन्। अर्कोतर्फ, लिथियम आयरन फस्फेट वा LiFePO4 आफ्नो चार्ज चक्रको कारण धेरै लामो समयसम्म चल्ने हुनाले छुट्याइन्छ। गत वर्षको EV लिथियम अनुसन्धानका अनुसार, मानक Li-आयनको लागि केवल 800 देखि 1200 चक्रको तुलनामा यसले 2000 भन्दा बढी पूर्ण चक्रहरू सम्म चल्न सक्छ। LiFePO4 को प्रारम्भिक मूल्य निर्धारण सामान्य लिथियम आयन विकल्पहरूको तुलनामा लगभग 10 देखि 20 प्रतिशत बढी महँगो हुन्छ। तर धेरैजसो मानिसहरूले बुझ्न नसक्ने कुरा यो हो कि यो अतिरिक्त लगानी लामो समयसम्म फल्छ किनभने यी ब्याट्रीहरू धेरै कम बारम्बार प्रतिस्थापन गर्न आवश्यक पर्छ। समयको साथ, निरन्तर नयाँ Li-आयन प्याकहरू किन्दा तुलनामा प्रति चक्र आधारमा लगभग 40 प्रतिशत बचत हुन्छ।

48V रासायनिक पदार्थहरूको तापीय स्थिरता र सुरक्षा विशेषताहरू

LiFePO4 ब्याट्रीमा आयरन फस्फेट क्याथोड 270 डिग्री सेल्सियसको तापक्रममा पुग्दा पनि स्थिर रहन्छ, जसले खतरनाक थर्मल रनअवे स्थितिको सम्भावना कम गर्दछ। तर नियमित लिथियम आयन ब्याट्रीको कथा फरक छ। वात्रेर पावरद्वारा पछिल्लो वर्ष प्रकाशित अनुसन्धान अनुसार, यी पारम्परिक रासायनिक पदार्थहरू 60 डिग्री सेल्सियस मात्र पुग्दा नै विघटन हुन थाल्छन्। जसले तातो हुने ठाउँहरूमा गम्भीर सुरक्षा समस्या सिर्जना गर्छ। यस्तो स्थिरताको कारणले गर्दा धेरै निर्माताहरूले भारी उपकरणहरूमा प्रयोग गरिने 48 भोल्ट प्रणालीका लागि LiFePO4 को तर्फ झुक्दै छन्। कल्पना गर्नुहोस् कारखाना वा निर्माण स्थलहरू जहाँ मेसिनहरू निरन्तर चलिरहन्छन् र वातावरणीय तापक्रम नियमित रूपमा 50 डिग्रीभन्दा माथि बढ्छ। ब्याट्रीले अत्यधिक तातो हुने समस्या बिना नै काम गरिरहन्छ।

उत्तम प्रयोगका क्षेत्रहरू: स्वचालित, औद्योगिक, र नवीकरणीय ऊर्जा भण्डारण

• मोटर वाहन : LiFePO4 लाई कम्पनको प्रति दृढताको कारण र दुर्घटनाको सुरक्षा सुधारको कारण 48V माइल्ड-हाइब्रिड प्रणालीहरूमा प्राथमिकता दिइन्छ।
• औद्योगिक : फास्ट चार्ज/डिस्चार्ज क्षमताको आवश्यकता भएका फर्कलिफ्ट जस्ता उपकरणहरूका लागि Li-आयनको उच्च ऊर्जा घनत्वले फाइदा पुर्याउँछ।
• नवीकरणीय ऊर्जा : सौर ऊर्जा भण्डारणका लागि, LiFePO4 को दीर्घ चक्र स्थिरताले आठ वर्ष प्रयोगपछि 90% भन्दा बढी क्षमता कायम राख्न सुनिश्चित गर्दछ, जसले प्रणालीको दीर्घता र विश्वसनीयतालाई अनुकूलित गर्दछ।

48V ब्याट्री प्याकहरूका लागि उन्नत ताप प्रबन्धन रणनीतिहरू

उच्च लोड 48V प्रणालीहरूमा ताप उत्पादनका तन्त्रहरू

भारी लोडको अवस्थामा 48V प्रणालीहरूमा तापक्रम मुख्यतया तीन स्रोतबाट उत्पन्न हुन्छ: चक्रणको दौरान आन्तरिक प्रतिरोध, करेन्ट चढ्दा जुल तापन, र गहिरो डिस्चार्जको दौरान हुने उष्माक्षेपी प्रतिक्रियाहरू। जब ब्याट्रीहरू 3C डिस्चार्ज दरमा संचालित हुन्छन्, एमडीपीआईले 2023 मा प्रकाशित अनुसन्धान अनुसार, सक्रिय शीतलन नभएमा तिनको सतह प्रायः 54 डिग्री सेल्सियसभन्दा बढी पुग्छ। विद्युतीय वाहनका सहायक प्रणाली जस्ता उच्च शक्ति माग भएका अनुप्रयोगहरूका लागि, यस्तो नियन्त्रण नगरिएको ताप संचयले प्याकमा खतरनाक हटस्पट सिर्जना गर्छ। यी तातो क्षेत्रहरूले उचित ताप प्रबन्धन भएका प्याकहरूको तुलनामा ब्याट्री सेलहरूलाई धेरै छिटो क्षति पुर्याउँछन्, कहिलेकाहीँ आयु काटेर लगभग 40 प्रतिशत वा बढीले कम गर्छन्।

अप्रत्यक्ष तरल शीतलन र उभरिरहेका तापक्रम नियन्त्रण प्रवृत्तिहरू

हामीले यी दिनहरूमा सबैतिर देख्ने ४८ भोल्ट प्रणालीहरूमा राम्रो कार्यक्षमता र सुरक्षाको लागि प्राप्त गर्न अप्रत्यक्ष तरल शीतलनलाई चरण परिवर्तन सामग्री, वा PCM सँग मिलाउनु एउटा शीर्ष विधिहरूमध्ये एकको रूपमा उभिरहेको छ। २०२५ मा पावर स्रोतहरूको जर्नलमा प्रकाशित अनुसन्धानले वास्तवमै केही रोचक कुरा देखायो। जब उनीहरूले तरल शीतलन र PCM दुवै प्रयोग गर्दै संकर प्रणाली परीक्षण गरे, ३५ डिग्री सेल्सियसको वातावरणीय तापमानमा चलिरहेका कार ब्याट्रीहरूमा चरम तापक्रम लगभग १८ प्रतिशतले घट्यो। काफी प्रभावशाली कुरा हो। आधुनिक ताप नियन्त्रण प्रणालीहरू पनि बुद्धिमान बन्दै गइरहेका छन्। उनीहरू त्यहाँ त्यहाँ भइरहेको कुराको आधारमा शीतलक प्रवाह समायोजन गर्न सक्छन्। यो गतिशील समायोजनले पुरानो निश्चित गति प्रणालीहरूको तुलनामा लगभग ७० प्रतिशत ऊर्जा बचत गर्दछ, सेलहरू बीचको तापमान भिन्नतालाई मात्र १.५ डिग्री सेल्सियसको भित्र राख्दै। तपाईंले सोच्नुहुन्छ भने यो तर्कसंगत छ।

विविध वातावरणका लागि मापन योग्य शीतलन समाधानहरूको डिजाइन गर्नु

थर्मल डिजाइनहरू संचालन वातावरणका लागि अनुकूलित हुनुपर्दछ:

• मरुस्थलीय स्थापनाहरूले आर्द्रता व्यवस्थापन गर्न ड्राई-कुल्ड कन्डेन्सरहरू र सिलिका जेल बाधाहरू प्रयोग गर्छन्।
• समुद्री अनुप्रयोगहरूले जंग प्रतिरोधी एल्युमिनियम अक्साइड कोटिंगहरूमा भर पर्छन्।
• आर्कटिक स्थापनाहरूमा -20°C भन्दा तल सक्रिय हुने स्व-ताप प्रदान गर्ने PCM संयुक्त सामग्रीहरू समावेश गरिएको छ।

मोड्युलर तरल कोल्ड प्लेटहरू 5kWh घरेलु एकाइहरूबाट लिएर 1MWh ग्रिड-स्तरीय प्रणालीहरूसम्मको निर्बाध विस्तार सक्षम बनाउने मापदण्डको रूपमा उभिएका छन्, मुख्य थर्मल घटकहरू पुनः डिजाइन नगरीकन।

केस अध्ययन: वास्तविक संसारका अनुप्रयोगहरूमा शीतलन प्रणालीको प्रभावकारिता प्रमाणित गर्दै

अनुप्रयुक्त थर्मल इन्जिनियरिङ्गका अनुसन्धानकर्ताहरूले २०२५ मा भण्डारणहरूमा लगभग ४५ डिग्री सेल्सियसको तापक्रम पुगेको बेला ४८ भोल्ट फर्कलिफ्ट ब्याट्रीहरूसँग कसरी एउटा विशेष बहु-स्तरीय PCM तरल प्रणाली काम गर्छ भन्ने विषयमा परीक्षण गरे। उनीहरूले पाएको कुरा धेरै प्रभावशाली थियो। यी ब्याट्रीहरू ठण्डा रहन्छन्, आठ घण्टाको लामो कार्य पालीको सम्पूर्ण समयमा उनीहरूको अधिकतम तापक्रम लगभग २९.२ डिग्री सेल्सियसमा बनाए राख्छन्। यो वास्तवमा कुनै पनि चिस्याउने प्रणाली नभएका सामान्य ब्याट्रीहरूको तुलनामा ७.३ डिग्रीले कम तापक्रम हो। र अझै धेरै राम्रो समाचार पनि छ। ब्याट्री क्षमताको वार्षिक हानि १५ प्रतिशतबाट घटेर मात्र २.१ प्रतिशतमा आइपुग्यो। वास्तविक परिस्थितिमा परीक्षण गर्दा, यी प्रणालीहरूले १५० एम्पियरको तीव्र तीव्र चार्जिङ सत्रहरूमा पनि सबै ९६ सेलहरूमा २ डिग्रीभन्दा कमको न्यूनतम तापक्रम भिन्नता देखाए। गहन ब्याट्री संचालनसँग सम्बन्धित कसैका लागि पनि यो धेरै उल्लेखनीय कुरा हो।

४८ भोल्ट प्रणालीहरूमा चार्जिङ र डिस्चार्जिङ क्षमता अधिकतम बनाउनु

चार्ज/डिस्चार्ज साइकलको क्रममा ऊर्जा क्षति तत्वहरू

48V प्रणालीहरूमा ऊर्जा क्षतिका मुख्य स्रोतहरूमा 3 देखि 8 प्रतिशतको बीचमा आन्तरिक प्रतिरोध, प्रत्येक चार्ज साइकलको दौरान लगभग 2 देखि 5 प्रतिशतको तापीय प्रकीर्णन क्षति साथै इलेक्ट्रोड इन्टरफेसहरूमा हुने यी कष्टप्रद अक्षमताहरू समावेश छन्। जब चार्जिङ उचित ढंगले गरिँदैन, ताजा अध्ययनहरूले लिथियम-आयन चार्जिङ अनुकूलन गर्ने उत्तम तरिकाहरूमा हेर्दा देखाए अनुसार, ओहमिक क्षतिहरूले ठीकसँग सन्तुलित चार्जिङ विधिहरूसँग तुलना गर्दा 12% सम्म बढ्न सक्छ। इलेक्ट्रिक वाहन ड्राइट्रेन जस्ता उच्च शक्ति अनुप्रयोगहरूसँग काम गर्नेहरूका लागि यी प्रकारका क्षतिहरू वास्तवमै महत्त्वपूर्ण हुन्छन् किनभने निरन्तर तीव्र साइकलिङले समयको साथै चीजहरूलाई छिटो घिस्र्याउँछ।

48V ऊर्जा उपयोगिता बढाउन उन्नत BMS को भूमिका

आजकल ब्याट्री प्रबन्धन प्रणालीहरूले चीजहरू राम्रोसँग चलाउन मद्दत गर्छ किनभने तिनीहरूले बुद्धिमतीपूर्वक विद्युत प्रवाह समायोजन गर्छन्। यसले अप्रिय प्रतिरोधी हानि हरूको अधिकतम बिन्दुहरूमा १८ देखि २२ प्रतिशतसम्म कमी ल्याउन मद्दत गर्छ। यी प्रणालीहरूले सेलहरूलाई निकै ठीकसँग सन्तुलन गर्छन्, सबै सेलहरूमा भोल्टेज १.५% को भित्र मात्र राख्छन्। र जब बाहिर चिसो हुन्छ, यी प्रणालीहरू चार्जिङको दौरान तापक्रम परिवर्तनको लागि क्षतिपूर्ति गर्छन् जसले गर्दा हामी लिथियम प्लेटिङ समस्यामा नपरौं। अनुसन्धानकर्ताहरूले पाएअनुसार, यो बहु-चरण स्थिर वर्तमान विधि प्रयोग गर्ने ब्याट्रीहरूले समयको साथै कम क्षमता हराउँछन्। ४८ भोल्ट LiFePO4 सेटअपमा गरिएका परीक्षणहरूले पुरानो चार्ज नियन्त्रण विधिहरूको तुलनामा लगभग १६.५% कम क्षरण देखाएको थियो। लामो समयसम्म चल्ने पावर समाधानका लागि अधिक कम्पनीहरू यी उन्नत प्रणालीहरूमा सार्नुको कारण बुझिन्छ।

डाइनामिक लोडहरूको ४८V ब्याट्री प्रदर्शनमा प्रभाव

रोबोटिक्स र नवीकरणीय माइक्रोग्रिडहरूमा परिवर्तनशील लोडले दक्षताका चुनौतीहरू सिर्जना गर्छ:

दूरसञ्चार ब्याकअप प्रणालीको डाटाले देखाउँछ कि 48V लिथियम ब्याट्रीहरूमा लोड कन्डिसनिङले गोल-ट्रिप दक्षता 87% बाट 93% सम्म बढाउँछ र ताप प्रबन्धनको लागि ऊर्जाको आवश्यकता 40% ले घटाउँछ।

48V पुनः आवेशन योग्य ब्याट्रीहरूको चक्र जीवन र दीर्घायुलाई विस्तार गर्दै

48V ब्याट्री सेलहरूमा विघटन प्रक्रिया

48V ब्याट्री प्रणालीहरूमा क्षमता ह्रास मुख्य रूपमा तीन कारणहरूले हुन्छ: ठोस इलेक्ट्रोलाइट इन्टरफेस परतको वृद्धि, इलेक्ट्रोडहरूमा लिथियम निक्षेपको निर्माण, र चार्ज चक्रको क्रममा सामग्रीको निरन्तर फैलावट र संकुचनबाट हुने भौतिक तनाव। जब तापमान बढ्छ, यी अवाञ्छित रासायनिक प्रतिक्रियाहरू धेरै तीव्र गतिमा बढ्छन्। गत वर्ष प्रकाशित अनुसन्धानले देखाएको छ कि यदि संचालन तापमान 30 डिग्री सेल्सियसभन्दा मात्र 10 डिग्री सेल्सियसले बढ्छ भने, ब्याट्री असफल हुनुभन्दा पहिले चार्ज गर्न सकिने संख्या आधा हुन्छ। साँचो दुनियाँको ड्राइभिङ परिस्थितिहरूसँग संघर्ष गर्दै गाडी निर्माताहरूका लागि, यो यान्त्रिक घर्षण समयको साथ झन् बिग्रिन्छ किनभने सडकमा गाडीले ब्याट्रीलाई कम्पन र अचानक लोड परिवर्तनका सबै प्रकारका परिस्थितिहरूमा राख्छ।

टिकाउ लागि उत्तम डिस्चार्जको गहिराई र चार्जिङ दर

पूर्ण चक्रको तुलनामा आवेशको अवस्था (SOC) को सीमा २०%–८०% भित्र ४८V ब्याट्री संचालन गर्दा SEI निर्माणमा ४३% कमी आउँछ। NREL को २०२३ को विश्लेषणले पत्ता लगाएको छ कि ८०० चक्र पछि १C मा ८९% आवेश संरक्षणको तुलनामा ०.५C चार्जिङ दर (३ घण्टाको चार्ज) ले प्रारम्भिक क्षमताको ९८% संरक्षण गर्छ।

तालिका: ४८V लिथियम-आयन ब्याट्रीको दीर्घायुतामा चार्जिङ दरको प्रभाव (NREL २०२३)

छिटो चार्जिङ बनाम दीर्घकालीन स्वास्थ्य: गति र ब्याट्री आयुको सन्तुलन

१C मा तीव्र चार्जिङले पक्कै पनि प्रतिक्षा गर्ने समय कम गर्छ, तर यसको एउटा नकारात्मक पक्ष पनि हुन्छ: ब्याट्रीहरूको आन्तरिक तापक्रम धेरैजसो ०.५C को तुलनामा लगभग ५५ देखि ७० प्रतिशत सम्म बढी हुन्छ। तर २०२४ को वाणिज्य ऊर्जा भण्डारणको एउटा हालको अध्ययनले एउटा रोचक कुरा देखाउँछ। उनीहरूले लगभग ७०% चार्ज स्तर सम्म १C को दरमा तीव्र चार्ज गरेर, त्यसपछि ०.३C सम्म चार्जिङ दर घटाउने विधि प्रयोग गरे। १,२०० चार्ज साइकल पछि यस विधिले मूल क्षमताको लगभग ८५% कायम राख्यो, जुन धेरै धेरै सावधानीपूर्वक ढिलो चार्जिङ विधिहरूको तुलनामा पनि धेरै नै नजिक छ। र यहाँ एउटा महत्त्वपूर्ण कुरा छ – यदि यी प्रणालीहरूमा उत्तम ताप प्रबन्धन छ र तापक्रम कम्तिमा ३०% सम्म घटाउन सक्छ भने, आंशिक तीव्र चार्जिङ चाँडो चार्जिङ र ब्याट्री लामो समयसम्म चल्ने बीचको एउटा बुद्धिमत्तापूर्ण मध्यम मार्ग जस्तो देखिन्छ।