کیا ٹیکنیکل حل 48V بیٹری کی کارکردگی کو بہتر بناتے ہیں؟

لیتھیم آئن بمقابلہ LiFePO4: 48V درخواستات کے لیے کیمسٹری کا موازنہ

انرجی ڈینسٹی، سائیکل لائف، اور قیمت میں توازن

لیتھیم آئن بیٹریوں کی توانائی کی کثافت عام طور پر تقریباً 150 سے 200 ویٹ فی کلوگرام ہوتی ہے، جس کی وجہ سے ان بیٹریوں کو 48V کے کمپیکٹ نظاموں کے ساتھ کام کرتے وقت بہترین انتخاب بنایا جاتا ہے جہاں دستیاب جگہ بہت کم ہوتی ہے۔ دوسری طرف، لیتھیم آئرن فاسفیٹ یا LiFePO4 اس لحاظ سے نمایاں ہے کہ یہ چارجنگ سائیکلز کے دوران کہیں زیادہ عرصے تک چلتی ہے۔ گزشتہ سال کے الیکٹرک گاڑیوں کی لیتھیم تحقیق کے مطابق، معیاری لیتھیم آئن بیٹریوں کے مقابلے میں 2000 سے زائد مکمل سائیکلز کی بات ہو رہی ہے جبکہ معیاری لیتھیم آئن بیٹریاں صرف 800 سے 1200 سائیکلز تک چلتی ہیں۔ LiFePO4 کی ابتدائی قیمت عام لیتھیم آئن آپشنز کے مقابلے میں تقریباً 10 سے 20 فیصد زیادہ ہوتی ہے۔ لیکن جو بات لوگ اکثر نظرانداز کرتے ہیں وہ یہ ہے کہ یہ اضافی سرمایہ کاری طویل مدت میں منافع بخش ثابت ہوتی ہے کیونکہ ان بیٹریوں کو بہت کم تعدد کے ساتھ تبدیل کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ وقتاً فوقتاً، اس کا نتیجہ یہ ہوتا ہے کہ ہر سائیکل کی بنیاد پر مستقل طور پر نئے لیتھیم آئن پیکس خریدنے کے مقابلے میں تقریباً 40 فیصد بچت ہوتی ہے۔

48V کیمسٹری کی حرارتی استحکام اور حفاظتی خصوصیات

لی فی پو4 بیٹریوں میں آئرن فاسفیٹ کیتھوڈ تقریباً 270 درجہ سیلسیس تک درجہ حرارت پر بھی مستحکم رہتا ہے، جس سے خطرناک حرارتی بے قابو صورتحال کے امکانات کم ہو جاتے ہیں۔ عام لیتھیم آئن بیٹریاں مختلف کہانی سناتی ہیں۔ ویٹر پاور کی پچھلے سال شائع کردہ تحقیق کے مطابق، یہ روایتی کیمسٹری صرف 60 درجہ سیلسیس سے تھوڑا اوپر جاتے ہی ٹوٹنا شروع ہو جاتی ہے۔ اس سے ان مقامات پر سنگین حفاظتی مسائل پیدا ہوتے ہیں جہاں چیزوں کا درجہ حرارت زیادہ ہوتا ہے۔ اس ذاتی استحکام کی وجہ سے، بہت سے سازوسامان ساز اپنی بھاری مشینری کے لیے 48 وولٹ سسٹمز میں لی فی پو4 کی طرف رجوع کر رہے ہیں۔ فیکٹریوں یا تعمیراتی سائٹس کے بارے میں سوچیں جہاں مشینیں مسلسل چلتی رہتی ہیں اور ماحولیاتی درجہ حرارت باقاعدگی سے 50 درجہ سے آگے چلا جاتا ہے۔ بیٹری بس کام کرتی رہتی ہے بغیر کہ گرم ہونے کے مسائل کے۔

بہترین استعمال کے مواقع: خودکار، صنعتی، اور تجدید پذیر توانائی ذخیرہ

• آٹوموٹو : 48V مائلڈ ہائبرڈ سسٹمز میں لی فی پو4 کو وائبریشن کے خلاف مضبوطی اور بہتر حادثہ کی حفاظت کی وجہ سے ترجیح دی جاتی ہے۔
• صنعتی : لیتھیم آئن کی زیادہ توانائی کی کثافت ان مشینوں جیسے فورک لفٹس کو فائدہ پہنچاتی ہے جنہیں تیزی سے چارج/ڈسچارج کی صلاحیت کی ضرورت ہوتی ہے۔
• تجدیدی ذرائع توانائی : سورجی توانائی کے اسٹوریج کے لیے، لیفے پی او 4 کی طویل مدتی استحکام کی وجہ سے استعمال کے آٹھ سال بعد بھی 90 فیصد سے زیادہ گنجائش برقرار رہتی ہے، جو نظام کی لمبائی عمر اور قابل اعتمادی کو بہتر بناتا ہے۔

48V بیٹری پیکس کے لیے جدید حرارتی انتظام کی حکمت عملیاں

اعلیٰ بوجھ والے 48V سسٹمز میں حرارت پیدا ہونے کے میکانزم

شدید بوجھ کے تحت 48V سسٹمز میں حرارت پیدا ہونے کی بنیادی وجہ تین عوامل ہیں: چارج اور ڈسچارج کے دوران اندری مقاومت، کرنٹ میں اچانک اضافے کی صورت میں جول کی حرارت، اور گہری ڈسچارج کے دوران ظہور پذیر ہونے والی حرارت پیدا کرنے والی رد عمل۔ جب بیٹریاں 3C ڈسچارج کی شرح پر کام کرتی ہیں، تو بغیر فعال کولنگ کے ان کی سطح کا درجہ حرارت اکثر 54 ڈگری سیلسیس سے تجاوز کر جاتا ہے، جیسا کہ MDPI کی جانب سے 2023 میں شائع کردہ تحقیق میں بتایا گیا ہے۔ وہ اطلاق جہاں طاقت کی طلب شدید ہوتی ہے، جیسے الیکٹرک وہیکل کے معاون سسٹمز، اس قسم کا غیر روکا گیا حرارتی اضافہ پیک کے مابین خطرناک گرم مقامات (ہاٹ اسپاٹس) پیدا کرتا ہے۔ یہ گرم علاقے بیٹری سیلز کو مناسب حرارتی انتظام والے پیکس کے مقابلے میں کہیں زیادہ تیزی سے خراب کر دیتے ہیں، جس سے بعض اوقات عمر 40 فیصد یا اس سے بھی زیادہ کم ہو سکتی ہے۔

غیر مستقیم مائع کولنگ اور نمودار ہوتی ہوئی درجہ حرارت کنٹرول کے رجحانات

انڈائریکٹ لیکوئڈ کولنگ اور فیز چینج میٹیریلز، یا پی سی ایم کے امتزاج کو ان نئے 48 وولٹ سسٹمز میں ایک بہترین طریقہ کار کے طور پر ابھرتا ہوا دیکھا جا رہا ہے جو آج کل ہر جگہ نظر آتے ہیں۔ پاور سورسز کے جرنل میں 2025 میں شائع ہونے والی تحقیق میں دراصل کچھ قابلِ ذکر نتائج سامنے آئے۔ جب انہوں نے دونوں لیکوئڈ کولنگ اور پی سی ایم کو ایک ساتھ استعمال کرتے ہوئے ہائبرڈ سسٹمز کا ٹیسٹ کیا، تو 35 ڈگری سیلسیس کے ماحولیاتی درجہ حرارت میں چلنے والی گاڑیوں کی بیٹریوں میں عروج کے دوران درجہ حرارت تقریباً 18 فیصد تک کم ہو گیا۔ کافی متاثر کن بات ہے۔ جدید حرارتی کنٹرول سسٹمز بھی زیادہ ذہین ہوتے جا رہے ہیں۔ وہ اس وقت کی صورتحال کے مطابق کولنٹ کے بہاؤ کو ایڈجسٹ کر سکتے ہیں۔ اس متغیر ایڈجسٹمنٹ سے پرانے فکسڈ اسپیڈ سسٹمز کے مقابلے میں تقریباً 70 فیصد توانائی بچ جاتی ہے، جبکہ سیلز کے درمیان درجہ حرارت کا فرق صرف 1.5 ڈگری سیلسیس کے اندر رکھا جاتا ہے۔ جب آپ اس بارے میں سوچتے ہیں تو معقول بھی لگتا ہے۔

مختلف ماحول کے لیے اسکیل ایبل کولنگ حل کی تجویز

حرارتی ڈیزائن کو آپریشنل ماحول کے مطابق ڈھالنا ضروری ہے:

• صحرا میں تعیناتی خشک کولڈ کنڈینسرز اور نمی کو کنٹرول کرنے کے لیے سلیکا جیل بیرئرز کا استعمال کرتی ہے۔
• بحری درخواستیں کوروزن ریزسٹنٹ الومینیم آکسائیڈ کوٹنگز پر انحصار کرتی ہیں۔
• قطبی علاقوں میں تنصیبات خود کار گرم کرنے والے PCM کمپوزٹس کو شامل کرتی ہیں جو -20°C سے کم پر فعال ہوتے ہیں۔

ماڈیولر لیکوئڈ کولڈ پلیٹس ایک قابلِ توسیع معیار کے طور پر ابھری ہیں، جو بنیادی حرارتی اجزاء کو دوبارہ ڈیزائن کیے بغیر 5 کلو واٹ رہائشی یونٹس سے لے کر 1MWh گرڈ اسکیل سسٹمز تک وسعت کی اجازت دیتی ہیں۔

کیس اسٹڈی: حقیقی دنیا کی درخواستوں میں کولنگ سسٹم کی مؤثرتا کی تصدیق

اعمالی حرارتی انجینئرنگ کے محققین نے 2025 میں ٹیسٹ کیے جن میں انہوں نے ایک خاص کثیر-لیئر PCM طرح کے سسٹم کا جائزہ لیا جو اندر گوداموں میں تقریباً 45 درجہ سیلسیس درجہ حرارت پر 48 وولٹ فورک لفٹ بیٹریز کے ساتھ کام کرتا ہے۔ ان کی تلاش بہت متاثر کن تھی۔ ان بیٹریوں نے اپنی حد سے زیادہ درجہ حرارت تقریباً 29.2 درجہ سیلسیس پر آٹھ گھنٹے کی لمبی شفٹ کے دوران برقرار رکھا۔ یہ دراصل بغیر کولنگ سسٹم والی عام بیٹریوں کے مقابلے میں 7.3 درجہ سیلسیس کم ہے۔ اور اس کے علاوہ اور بھی اچھی خبر ہے۔ بیٹری کی سالانہ صلاحیت کا نقصان نمایاں طور پر 15 فیصد سے کم ہو کر صرف 2.1 فیصد رہ گیا۔ حقیقی دنیا کی حالتوں میں جب ٹیسٹ کیا گیا تو، ان سسٹمز نے تمام 96 سیلز میں 2 درجہ سے کم کے معمولی درجہ حرارت کے فرق کو ظاہر کیا، یہاں تک کہ شدید 150 ایمپیئر فاسٹ چارجنگ کے دوران بھی۔ کسی بھی شخص کے لیے جو شدید بیٹری آپریشنز سے نمٹ رہا ہو، یہ بات قابلِ ذکر ہے۔

48V سسٹمز میں چارجنگ اور ڈسچارجنگ کی کارکردگی کو زیادہ سے زیادہ بنانا

چارج/ڈسچارج سائیکل کے دوران توانائی کے نقصان کے عوامل

48V سسٹمز میں توانائی کے نقصان کے اہم ذرائع میں 3 سے 8 فیصد کے درمیان اندرونی مزاحمت شامل ہیں، اس کے علاوہ ہر چارج سائیکل کے دوران تقریباً 2 سے 5 فیصد تک حرارتی ضائع ہونے کے نقصانات بھی ہوتے ہیں، نہ کہ وہ پریشان کن غیر موثرتائیں جو الیکٹروڈ انٹرفیس پر ہوتی ہیں۔ جب چارجنگ مناسب طریقے سے نہ کی جائے تو، حالیہ مطالعات کے مطابق لیتھیم آئن چارجنگ کو بہتر بنانے کے حوالے سے، اوہمک نقصانات اچھی طرح متوازن چارجنگ کے مقابلے میں 12 فیصد تک زیادہ بڑھ سکتے ہیں۔ بجلی کی گاڑیوں کے ڈرائی ٹرین جیسی زیادہ طاقت والی ایپلی کیشنز سے واقف افراد کے لیے یہ قسم کے نقصانات واقعی اہم ہوتے ہیں کیونکہ مسلسل تیز سائیکلنگ وقتاً فوقتاً چیزوں کو تیزی سے خراب کر دیتی ہے۔

48V توانائی کے استعمال کو بہتر بنانے میں جدید BMS کا کردار

آج کل بیٹری مینجمنٹ سسٹمز چیزوں کو بہتر طریقے سے چلانے میں مدد کرتے ہیں کیونکہ وہ اسمارٹ انداز میں کرنٹ فلو کو ایڈجسٹ کرتے ہیں۔ اس سے ان کے بدترین مقامات پر تقریباً 18 سے 22 فیصد تک تکلیف دہ رزسٹو م losses کم ہوتی ہیں۔ یہ خلیات کو بھی نہایت درستگی سے بالنس کرتے ہیں، تمام خلیات کے درمیان وولٹیج میں صرف 1.5 فیصد کا فرق رکھتے ہوئے۔ اور جب باہر موسم سرد ہوتا ہے، تو یہ سسٹمز چارجنگ کے دوران درجہ حرارت کی تبدیلیوں کے لیے معاوضہ دیتے ہیں تاکہ ہمیں لیتھیم پلیٹنگ کی پریشانی کا سامنا نہ کرنا پڑے۔ جو تحقیق کاروں نے دریافت کیا ہے اس کو دیکھتے ہوئے، اس قسم کے متعدد مرحلہ مستقل کرنٹ کے نقطہ نظر کا استعمال کرتے ہوئے بیٹریاں وقت کے ساتھ ساتھ کم صلاحیت کھوتی ہیں۔ 48 وولٹ LiFePO4 سسٹمز پر آزمائشوں سے پتہ چلا کہ پرانے چارج کنٹرول کے طریقوں کے مقابلے میں تقریباً 16.5 فیصد کم خرابی ہوتی ہے۔ اس لیے زیادہ سے زیادہ کمپنیوں کا ان اعلیٰ نظاموں پر منتقل ہونا مناسب محسوس ہوتا ہے تاکہ طویل مدتی پاور حل حاصل کیے جا سکیں۔

48V بیٹری کی کارکردگی پر متغیر لوڈز کے اثرات

روبوٹکس اور تجدید پذیر مائیکرو گرڈز میں متغیر لوڈز کارکردگی کے چیلنجز پیش کرتے ہیں:

ٹیلی کام بیک اپ سسٹم کے ڈیٹا سے ظاہر ہوتا ہے کہ لوڈ کنڈیشننگ 48V لیتھیم بیٹریز میں راؤنڈ ٹرپ کارکردگی کو 87% سے بڑھ کر 93% تک لے آتی ہے اور حرارتی انتظام کے لیے ضروری توانائی کی ضرورت کو 40% تک کم کر دیتی ہے۔

48V دوبارہ چارج ہونے والی بیٹریوں کے سائیکل کی زندگی اور طویل عرصے کو بڑھانا

48V بیٹری خانوں میں تحلیل کے مراکز

48V بیٹری سسٹمز میں صلاحیت کا نقصان بنیادی طور پر تین چیزوں کی وجہ سے ہوتا ہے: سولڈ الیکٹرو لائیٹ انٹرفیس پرت کی نشوونما، الیکٹروڈز پر لیتھیم کے ذخائر کی تشکیل، اور چارج سائیکل کے دوران مواد کے مسلسل پھیلنے اور سمٹنے کی وجہ سے جسمانی دباؤ۔ جب درجہ حرارت بڑھتا ہے، تو یہ ناپسندیدہ کیمیائی رد عمل تیزی سے بڑھ جاتے ہیں۔ گزشتہ سال شائع ہونے والی تحقیق ظاہر کرتی ہے کہ اگر آپریٹنگ درجہ حرارت 30 ڈگری سیلسیس سے صرف 10 ڈگری سیلسیس زیادہ ہو جائے، تو بیٹری کے فیل ہونے سے پہلے چارج ہونے کی تعداد آدھی رہ جاتی ہے۔ حقیقی دنیا کی ڈرائیونگ کی حالتوں سے نمٹنے والی کار ساز کمپنیوں کے لیے، وقتاً فوقتاً یہ میکانی پہنن اس وقت اور بھی بدتر ہو جاتا ہے جب وہ سڑک پر ویبریشنز اور اچانک لوڈ کی تبدیلیوں کے باعث بیٹریوں کو مختلف قسم کے دباؤ میں ڈالتی ہیں۔

پائیداری کے لیے بہترین ڈسچارج کی گہرائی اور چارجنگ کی شرحیں

48V بیٹریوں کو 20٪ سے 80٪ تک چارج کی حالت (SOC) میں استعمال کرنے سے مکمل چکر کے مقابلے میں SEI تشکیل میں 43٪ کمی ہوتی ہے۔ NREL کے 2023 کے تجزیہ نے پایا کہ 0.5C چارجنگ کی شرح (3 گھنٹے کا چارج) 800 چکروں کے بعد ابتدائی صلاحیت کا 98٪ برقرار رکھتی ہے، جبکہ 1C پر 89٪ صلاحیت برقرار رہتی ہے۔

جدول: 48V لیتھیم آئن بیٹری کی لمبائی پر چارجنگ کی شرح کا اثر (NREL 2023)

تیز چارجنگ بمقابلہ طویل مدتی صحت: رفتار اور بیٹری کی عمر کے درمیان توازن

1C پر تیز رفتار چارجنگ انتظار کے وقت کو یقینی طور پر کم کر دیتی ہے لیکن اس کا ایک نقص بھی ہے: بیٹریوں کے اندر حرارت تقریباً 55 سے 70 فیصد زیادہ ہو جاتی ہے جب اس کا موازنہ آہستہ 0.5C شرح سے کیا جائے۔ تاہم، 2024 میں تجارتی توانائی اسٹوریج پر ایک حالیہ جائزہ کچھ دلچسپ بات دکھاتا ہے۔ انہوں نے ایک ایسے طریقہ کی کوشش کی جس میں وہ تقریباً 70 فیصد چارج حالت تک پوری رفتار (1C) سے چارج کرتے ہیں، پھر چیزوں کو صرف 0.3C تک سست کر دیتے ہیں۔ 1,200 چارج چکروں سے گزرنے کے بعد اس طریقہ نے اصل صلاحیت کا تقریباً 85 فیصد برقرار رکھا، جو درحقیقت ان انتہائی محتاط آہستہ چارجنگ طریقوں کے مقابلہ قریب ہے۔ اور یہاں سب سے اہم بات یہ ہے – اگر ان نظاموں کو اچھی حرارتی انتظامیہ حاصل ہو جو درجہ حرارت کو کم از کم 30 فیصد تک کم کر سکے، تو جزوی تیز چارجنگ تیز چارجنگ کی خواہش اور یقینی بنانے کے درمیان ایک عقلمند درمیانی راستہ نظر آنے لگتا ہے کہ بیٹریاں لمبے عرصہ تک چلیں۔