बैटरी का प्रकार चुनना

February 17, 2023

बैटरी सिस्टम चुनते समय विचार करने के लिए बहुत सारी चीज़ें हैं।यह बिजली की खपत कैसे करता है?क्या इसे त्वरित रिचार्जिंग की आवश्यकता है?चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान परिवेश का तापमान क्या है?वांछित कुल दीर्घायु?कीमत?ये सभी कारक महत्वपूर्ण हैं।

कुछ बैटरियों का उपयोग जीवन समर्थन जैसी महत्वपूर्ण प्रणालियों के लिए बैक-अप के रूप में किया जाता है, जबकि अन्य बस लंबे समय तक रोशनी बनाए रखती हैं।हालांकि, सही निवेश करने के लिए हमेशा दायरे, आकार और रखरखाव की आवश्यकताओं की जांच करना उचित होता है।

सबसे पहले, यह याद रखना महत्वपूर्ण है कि बैटरी एक ऊर्जा परिवर्तक है जो रासायनिक ऊर्जा को संग्रहीत करती है।यह ऊर्जा बिजली में परिवर्तित हो जाती है जब यह बाहरी सर्किट, भार आदि के माध्यम से सर्किट को पूरा करती है, या इसके विपरीत एक चार्जर से विद्युत ऊर्जा लेती है और इसे रासायनिक ऊर्जा के रूप में संग्रहीत करती है।

एक संधारित्र को बिजली से भी रिचार्ज किया जा सकता है और ऊर्जा का उत्सर्जन किया जा सकता है, लेकिन इस मामले में यह वास्तव में एक विद्युत आवेश है जो जमा होता है।कैपेसिटर और बैटरी के लिए नीचे देखें।

शीशा अम्लीय बैटरी

छोटे और मध्यम आकार की सील्ड लेड एसिड (VRLA, AGM / GEL) बैटरियों को कभी-कभी थोड़ा गलत तरीके से "रखरखाव-मुक्त" बैटरियां कहा जाता है।वे थोड़े समय के लिए बड़ी धाराएँ देने का प्रबंधन करते हैं, लेकिन बैटरी की कुल क्षमता को बाहर निकालने के लिए, बिजली की खपत अपेक्षाकृत कम होनी चाहिए।नाममात्र की क्षमता सामान्य रूप से 20 घंटे के डिस्चार्ज के साथ लागू होती है, उच्च धाराओं (कम समय) के साथ कुल क्षमता कम हो जाती है।ऊर्जा घनत्व लगभग 30-50Wh / लीटर या 20-30Wh / किग्रा, नाममात्र सेल वोल्टेज 2V है।

लीड एसिड बैटरी एक लागत प्रभावी समाधान प्रदान करती हैं और लोड करने और देखभाल करने में अपेक्षाकृत आसान होती हैं।उनके पास कोई तथाकथित स्मृति प्रभाव नहीं है, उन्हें तब भी रिचार्ज किया जा सकता है जब वे पूरी तरह से खाली न हों, लेकिन उन्हें कभी भी डिस्चार्ज नहीं किया जाना चाहिए, या उन्हें थोड़े समय में नष्ट किया जा सकता है।

लिथियम आयन

लिथियम-आयन बैटरी की मात्रा/वजन के सापेक्ष बहुत अधिक क्षमता होती है, 320-380Wh/लीटर या 150-200 Wh/kg और जब वजन एक प्रमुख भूमिका निभाता है तो यह सही विकल्प हो सकता है।दूसरों की तुलना में अधिक महंगे हैं, लेकिन कीमतें धीरे-धीरे गिर रही हैं क्योंकि अधिक से अधिक लोग इस प्रणाली का उपयोग करना शुरू करते हैं।वर्तमान में ऑटोमोटिव उद्योग लिथियम रसायन पर आधारित बैटरियों पर अनुसंधान का प्रबल समर्थक है।

सेल वोल्टेज 3.7V पर होता है, उदाहरण के लिए मोबाइल फोन में अक्सर एक सेल का उपयोग होता है।ली-आयन में हमेशा एक छोटा ऐड-ऑन इलेक्ट्रॉनिक सर्किट (पीसीएम प्रोटेक्शन सर्किट मॉड्यूल) होता है जो सुरक्षा प्रदान करता है, ओवरचार्ज / अंडर-डिस्चार्ज आदि को रोकता है। चार्जिंग तकनीक लीड बैटरी की याद दिलाती है, लेकिन बैटरी को कम समय में रिचार्ज किया जा सकता है। समय, 2-3 घंटे तक।चार्ज करने के दौरान अक्सर एक विशेष इलेक्ट्रॉनिक सर्किट (वीबीबी) के साथ अलग-अलग कोशिकाओं के बीच संतुलन (वोल्टेज स्तर) की निगरानी की जाती है जो एक अलग सर्किट बोर्ड हो सकता है लेकिन जो अक्सर सुरक्षा सर्किट के साथ संयुक्त होता है।संतुलन निष्क्रिय या सक्रिय हो सकता है जहां बाद वाला तेज और अधिक सटीक परिणाम प्रदान करता है।

कोशिकाओं को बेलनाकार और प्रिज्मीय (आयताकार) दोनों तरह से बनाया गया है।कम से मध्यम बिजली की खपत वाले अनुप्रयोगों में ली-आयन बैटरी तेजी से सामान्य होती जा रही हैं।

लिथियम-आयन मैंगनीज डाइऑक्साइड एक प्रकार है जिसे उच्च निर्वहन धाराओं के लिए डिज़ाइन किया गया है।लिथियम-आयन का कोई स्मृति प्रभाव नहीं होता है, और इसके लिए किसी पुनर्संरचना की आवश्यकता नहीं होती है, स्व-निर्वहन दर कम होती है।हालाँकि यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि इलेक्ट्रॉनिक सुरक्षा आदि की एक निश्चित खपत है।

लिथियम-बहुलक लिथियम-आयन बहुलक

लिथियम-पॉलिमर लिथियम-आयन पॉलिमर लिथियम-पॉलिमर (ली-पोल) बैटरियों की रासायनिक संरचना नियमित ली-आयन कोशिकाओं के समान होती है।निर्माण ऐसा है कि एक, सिद्धांत रूप में वांछित तरीके से सेल को आकार दे सकता है, डिजाइनर के लिए एक सपना।मूल रूप से "कठोर" आवास की कोई आवश्यकता नहीं है, केवल प्लास्टिक या एल्यूमीनियम पन्नी और उदाहरण के लिए कंप्यूटर या फोन की बैटरी आवरण में इष्टतम तरीके से "निचोड़ा" जा सकता है।ली-आयन की तरह काम करता है, कम या मध्यम प्रवाह के साथ सबसे अच्छा, कुछ हद तक रिचार्ज समय की आवश्यकता होती है।ली-आयन की तुलना में सरल निर्माण के कारण कीमत के लिहाज से फायदेमंद हो सकता है, और आज पोर्टेबल उपकरणों में सबसे आम ली-सेल है।

लिथियम-आयन आयरन फॉस्फेट

लिथियम आयरन फॉस्फेट या LiFe सेल भी कहा जाता है।एक ही परिवार से संबंधित है, लेकिन एक अलग रासायनिक संरचना और थोड़ा कम सेल वोल्टेज है, नाममात्र 3,2 वी, लेकिन आमतौर पर उच्च वर्तमान क्षमता और अच्छी साइकिल चलाने की क्षमता के साथ, कुछ प्रकारों के लिए 2000 चक्र तक, वे अन्य की तुलना में तेजी से लोड भी कर सकते हैं लिथियम-आयन सेल।ऊर्जा घनत्व लगभग 180Wh / लीटर या 90Wh / किग्रा।वे सामान्य लिथियम-आयन / लिथियम-पॉलिमर की तुलना में अधिक स्थिर और कम तापीय भगोड़ा होते हैं और कुछ मामलों में कुछ सरल निगरानी सर्किट की आवश्यकता होती है, जैसे श्रृंखला में जुड़े कोशिकाओं के बीच सेल वोल्टेज के अंतर्निर्मित संतुलन।

कई ली-आयन आधारित बैटरी रसायन LiCoO2 लिथियम-कोबोल्टडाइऑक्सिड, LiMn2O4, लिथियम-मैंगनीज डाइऑक्साइड, LiNiO2 लिथियम-निकल ऑक्साइड 200-300 Wh / लीटर या 100-130Wh / किग्रा के बीच ऊर्जा घनत्व वाले कई बैटरी रसायन हैं, कई नए भविष्य में रासायनिक योगों की उम्मीद की जा सकती है, जो ज्यादातर मोटर वाहन उद्योग द्वारा बैटरी निर्माताओं के सहयोग से संचालित होते हैं।

लिथियम (प्राथमिक कोशिकाएं)

विभिन्न प्रकार की लिथियम प्रौद्योगिकियां हैं, जो वजन और मात्रा और लंबी शेल्फ लाइफ के संबंध में 10-15 साल तक बहुत उच्च ऊर्जा घनत्व की विशेषता है।सेल वोल्टेज 3.0-3.6V और सामान्य उपभोक्ता सेल के रूप में आकार और आकार में निर्मित, साथ ही साथ पीसीबी माउंटिंग और औद्योगिक उपयोग के लिए, मेमोरी बैकअप आदि के लिए। छोटे और मध्यम आकार की धाराओं के लिए सामान्य प्रकार लिथियम थियोनील क्लोराइड (3.6 V) हैं। और लिथियम-सल्फर डाइऑक्साइड और लिथियम-मैंगनीज डाइऑक्साइड (3.0V) बड़ी धाराओं के लिए, बाद वाले आम हैं उदाहरण के लिए कुछ कैमरे और फ्लैशलाइट।आज, 1.5V वोल्टेज (लिथियम आयरन डाइसल्फ़ाइड, LiFeS2) के साथ लिथियम सेल के कई निर्माता भी हैं जो AAA और AA-आकार और 9V बैटरी में पारंपरिक क्षारीय उपभोक्ता कोशिकाओं को सीधे प्रतिस्थापित करते हैं।इनमें कई अच्छे गुण होते हैं जैसे अच्छा ठंड प्रतिरोध, बहुत लंबी शेल्फ लाइफ, अच्छा उच्च वर्तमान गुण और इसी तरह।कीमत क्षारीय कोशिकाओं की तुलना में अधिक है लेकिन लंबे समय तक चलने से अधिक हो सकती है, धूम्रपान अलार्म के लिए 9वी बैटरी एक उत्कृष्ट उदाहरण है जो प्रतिस्थापन से पहले 8-10 साल तक काम कर सकती है।

स्मार्ट बैटरी, एसएम बस, बीएमएस, एसबीएस, आदि

तथाकथित स्मार्ट बैटरी एक ऐसी चीज है जिसे बढ़ती आवृत्ति के साथ देखा जा सकता है, जिसे इन्फो बैटरी (उदाहरण के लिए कैमरों के संबंध में) या बुद्धिमान बैटरी भी कहा जाता है।वास्तव में किसी विशेष रासायनिक प्रणाली से बंधा नहीं है उदाहरण के लिए कुछ लैपटॉप और वीडियो बैटरी और कई अन्य संदर्भों में लंबे समय से उपयोग किया जाता है।तथाकथित स्मार्ट सर्किट बैटरी पर टाइम काउंटर/पावर गेज के रूप में कार्य करता है।

माइक्रोकंट्रोलर, आदि (बीएमएस बैटरी प्रबंधन प्रणाली, एसबीएस, स्मार्ट बैटरी सिस्टम) के साथ एक सर्किट बोर्ड बैटरी में बनाया गया है और ऊर्जा, तापमान, चक्रों की संख्या और अन्य मापदंडों को सटीक रूप से मापता है।

परिणाम संलग्न उपकरण डिस्प्ले या मॉनिटर में प्रस्तुत किया गया है, और उदाहरण के लिए आप कुछ एल ई डी, बार के रूप में पहले के साधारण बैटरी मीटर की तुलना में प्रतिशत में शेष क्षमता या घंटे / मिनट में ऑपरेटिंग समय देख सकते हैं। छोटे एलसीडी डिस्प्ले या पसंद, जो मोटे तौर पर बैटरी की स्थिति दिखाते थे।बैटरी और बाहरी उपकरणों के बीच की जानकारी एक भौतिक डेटा बस, नियमित मानक SM-बस, I2C बस, CAN बस और इतने पर विभिन्न रूप ले सकती है।

बड़ी बैटरी प्रणालियों पर, उदाहरण के लिए इलेक्ट्रिक वाहन या इसी तरह के एक में अक्सर कई पुर्जे और मॉड्यूल, उपकरण, डिस्प्ले, मोटर नियंत्रण, आदि चार्जिंग सर्किट आदि होते हैं, जो बैटरी की सामान्य संचार बस से डेटा साझा करते हैं।बैटरी और कोशिकाओं के घटकों को मास्टर और दास मॉड्यूल के बीच विभाजित किया जा सकता है, विभिन्न निर्माता भागों, बीएमएस, बीएमयू आदि के लिए थोड़ा अलग नामों का उपयोग कर सकते हैं।

ईंधन कोशिकाएं

एक प्रणाली जो सीधे और लगातार रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करती है।इसकी तुलना उस बैटरी से की जा सकती है जिसे लगातार ईंधन से भरा जा सकता है।सबसे आम ईंधन हाइड्रोजन गैस है जो तब विद्युत रासायनिक रूप से विघटित हो जाता है और आम तौर पर एक तथाकथित सुधारक का उपयोग करता है जो हाइड्रोकार्बन आधारित ईंधन जैसे मेथनॉल को हाइड्रोजन और कार्बन डाइऑक्साइड में परिवर्तित करता है।

ईंधन सेल के पीछे का सिद्धांत 1800 के दशक की शुरुआत तक फैला था, लेकिन 1950 के दशक तक उच्च प्रभाव वाले अधिक व्यावहारिक ईंधन सेल नहीं थे।नासा और अंतरिक्ष कार्यक्रम एक ड्राइविंग कारक थे और आज आप व्यावहारिक, प्रयोग करने योग्य सिस्टम खरीद सकते हैं।दक्षता सैद्धांतिक रूप से 80% से अधिक तक पहुंच सकती है लेकिन व्यवहार में आमतौर पर लगभग 50-60% होती है।एक निरंतर संचालित ईंधन सेल से उत्सर्जन "स्वच्छ" होता है, उदाहरण के लिए सेल को हाइड्रोजन की आपूर्ति होने पर अक्सर सादा पानी।

बैटरी और बैटरी सिस्टम की दीर्घायु और अर्थव्यवस्था

विभिन्न प्रकार की बैटरी का जीवनकाल विभिन्न प्रकार के कारकों, परिवेश के तापमान, डिस्चार्ज की गहराई आदि पर निर्भर करता है। एक Ni-Cd बैटरी अनुकूल परिस्थितियों में 500-1000 चक्र या उससे अधिक समय तक चल सकती है, विशेष रूप से बड़े औद्योगिक सिस्टम, Ni-MH और लिथियम के लिए -आयन बैटरी आमतौर पर थोड़ी कम चलती हैं।कई नई ली-प्रौद्योगिकियां, जैसे लिथियम आयरन फॉस्फेट को कई चक्रों के माध्यम से चलने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है, इस क्षेत्र में काफी संसाधनों का उपयोग किया जा रहा है और अनुसंधान किया जा रहा है, विशेष रूप से इलेक्ट्रिक वाहनों के संबंध में।

यहां तक ​​कि लीड-एसिड बैटरी को या तो चक्रीय या स्टैंडबाय ऑपरेशन के लिए अनुकूलित किया जा सकता है, और बाद के मामले में कम से कम 10-15 वर्षों तक काम कर सकता है।

एक कारक जो महत्वपूर्ण है, उदाहरण के लिए, लिथियम और लीड टेक्नोलॉजी, डिस्चार्ज की गहराई (डीओडी) है, जो तब समग्र जीवन प्रत्याशा के लिए निर्धारित होती है।उदाहरण के लिए यदि आप नाममात्र बैटरी क्षमता का केवल 80% उपयोग करते हैं, तो आपको कुल मिलाकर काफी अधिक चक्र और लंबा जीवन मिलता है, बैटरी की विफलता का कम जोखिम होता है और इसी तरह।

तेजी से विकास बहुत विस्तृत डेटा देना मुश्किल बनाता है और विभिन्न रासायनिक प्रणालियों के भीतर विशेष फॉर्मूलेशन मौजूद हैं।