بیٹری میٹر کا تعارف

بیٹری میٹر کا تعارف

1.1 بجلی کے میٹر کے افعال کا تعارف

بیٹری مینجمنٹ کو پاور مینجمنٹ کا حصہ سمجھا جا سکتا ہے۔ بیٹری کے انتظام میں، بجلی کا میٹر بیٹری کی صلاحیت کا اندازہ لگانے کے لیے ذمہ دار ہے۔ اس کا بنیادی کام وولٹیج، چارجنگ/ڈسچارج کرنٹ، اور بیٹری کے درجہ حرارت کی نگرانی کرنا اور بیٹری کی چارج کی حالت (SOC) اور مکمل چارج کی صلاحیت (FCC) کا اندازہ لگانا ہے۔ بیٹری کے چارج کی حالت کا اندازہ لگانے کے لیے دو عام طریقے ہیں: اوپن سرکٹ وولٹیج کا طریقہ (OCV) اور کولمبک پیمائش کا طریقہ۔ دوسرا طریقہ RICHTEK کی طرف سے ڈیزائن کردہ ڈائنامک وولٹیج الگورتھم ہے۔

1.2 اوپن سرکٹ وولٹیج کا طریقہ

بجلی کے میٹر کے لیے اوپن سرکٹ وولٹیج کا طریقہ استعمال کرنے کا طریقہ نسبتاً آسان ہے، اور اسے اوپن سرکٹ وولٹیج کے چارج کی متعلقہ حالت کی جانچ کر کے حاصل کیا جا سکتا ہے۔ اوپن سرکٹ وولٹیج کے لیے فرض شدہ حالت بیٹری ٹرمینل وولٹیج ہے جب بیٹری تقریباً 30 منٹ تک آرام کر رہی ہوتی ہے۔

بیٹری کا وولٹیج وکر بیٹری کے بوجھ، درجہ حرارت اور عمر بڑھنے کے لحاظ سے مختلف ہوتا ہے۔ لہذا، ایک فکسڈ اوپن سرکٹ وولٹ میٹر مکمل طور پر چارج کی حالت کی نمائندگی نہیں کر سکتا۔ صرف میزیں دیکھ کر چارج کی حالت کا اندازہ لگانا ممکن نہیں ہے۔ دوسرے لفظوں میں، اگر چارج کی حالت کا اندازہ صرف ٹیبل کو دیکھ کر لگایا جائے، تو غلطی نمایاں ہوگی۔

مندرجہ ذیل اعداد و شمار سے پتہ چلتا ہے کہ اسی بیٹری وولٹیج کے تحت، اوپن سرکٹ وولٹیج کے طریقہ کار کے ذریعے حاصل کردہ چارج کی حالت میں نمایاں فرق ہے۔

        تصویر 5. چارجنگ اور ڈسچارج کے حالات میں بیٹری وولٹیج

جیسا کہ ذیل کے اعداد و شمار میں دکھایا گیا ہے، خارج ہونے والے مادہ کے دوران مختلف بوجھ کے تحت چارج کی حالت میں بھی ایک اہم فرق ہے۔ اس لیے بنیادی طور پر، اوپن سرکٹ وولٹیج کا طریقہ صرف چارج کی حالت کے لیے کم درستگی کے تقاضوں کے لیے موزوں ہے، جیسے کہ لیڈ ایسڈ بیٹریاں استعمال کرنے والی کاریں یا بلاتعطل بجلی کی فراہمی۔

            تصویر 2. خارج ہونے والے وقت کے دوران مختلف بوجھ کے تحت بیٹری وولٹیج

1.3 کولمبک میٹرولوجی

کولمب میٹرولوجی کا آپریٹنگ اصول بیٹری کے چارجنگ / ڈسچارجنگ پاتھ پر ڈٹیکشن ریزسٹر کو جوڑنا ہے۔ ADC پتہ لگانے والے ریزسٹر پر وولٹیج کی پیمائش کرتا ہے اور اسے چارج یا خارج ہونے والی بیٹری کی موجودہ قیمت میں تبدیل کرتا ہے۔ ریئل ٹائم کاؤنٹر (RTC) موجودہ قدر کا وقت کے ساتھ انضمام فراہم کرتا ہے تاکہ یہ معلوم کیا جا سکے کہ کتنے کولمب بہہ رہے ہیں۔

               شکل 3. کولمب پیمائش کے طریقہ کار کا بنیادی کام کرنے کا طریقہ

کولمبک میٹرولوجی چارجنگ یا ڈسچارجنگ کے عمل کے دوران چارج کی اصل وقتی حالت کا درست اندازہ لگا سکتی ہے۔ چارجنگ کولمب کاؤنٹر اور ڈسچارجنگ کولمب کاؤنٹر استعمال کرکے، یہ بقیہ برقی صلاحیت (RM) اور مکمل چارج کرنے کی صلاحیت (FCC) کا حساب لگا سکتا ہے۔ ایک ہی وقت میں، باقی چارج کی گنجائش (RM) اور مکمل چارج شدہ صلاحیت (FCC) کو بھی چارج کی حالت کا حساب لگانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، یعنی (SOC=RM/FCC)۔ اس کے علاوہ، یہ بقیہ وقت کا بھی اندازہ لگا سکتا ہے، جیسے کہ پاور ڈیپلیشن (TTE) اور پاور ریچارج (TTF)۔

                    شکل 4. کولمب میٹرولوجی کے لیے کیلکولیشن فارمولہ

کولمب میٹرولوجی کی درستگی کے انحراف کا سبب بننے والے دو اہم عوامل ہیں۔ پہلا موجودہ سینسنگ اور ADC پیمائش میں آفسیٹ غلطیوں کا جمع ہے۔ اگرچہ موجودہ ٹکنالوجی کے ساتھ پیمائش کی غلطی نسبتاً چھوٹی ہے، لیکن اسے ختم کرنے کے لیے کسی اچھے طریقہ کے بغیر، یہ غلطی وقت کے ساتھ ساتھ بڑھتی جائے گی۔ مندرجہ ذیل اعداد و شمار سے پتہ چلتا ہے کہ عملی ایپلی کیشنز میں، اگر وقت کی مدت میں کوئی اصلاح نہیں ہوتی ہے، تو جمع شدہ غلطی لامحدود ہے.

              شکل 5. کولمب پیمائش کے طریقہ کار کی جمع شدہ غلطی

مجموعی غلطیوں کو ختم کرنے کے لیے، تین ممکنہ ٹائم پوائنٹس ہیں جو عام بیٹری کے آپریشن کے دوران استعمال کیے جا سکتے ہیں: چارج کا اختتام (EOC)، خارج ہونے کا خاتمہ (EOD)، اور آرام (آرام کریں)۔ جب چارجنگ اینڈ کنڈیشن پوری ہو جاتی ہے، تو یہ بتاتا ہے کہ بیٹری پوری طرح سے چارج ہو چکی ہے اور سٹیٹ آف چارج (SOC) 100% ہونا چاہیے۔ ڈسچارج اینڈ کنڈیشن بتاتی ہے کہ بیٹری مکمل طور پر ڈسچارج ہو چکی ہے اور سٹیٹ آف چارج (SOC) 0% ہونا چاہیے۔ یہ ایک مطلق وولٹیج کی قدر ہو سکتی ہے یا یہ بوجھ کے ساتھ مختلف ہو سکتی ہے۔ آرام کی حالت میں پہنچنے پر، بیٹری نہ تو چارج ہوتی ہے اور نہ ہی ڈسچارج ہوتی ہے، اور یہ طویل عرصے تک اسی حالت میں رہتی ہے۔ اگر صارف کولومیٹرک طریقہ کی غلطی کو درست کرنے کے لیے بیٹری کی باقی حالت کا استعمال کرنا چاہتا ہے، تو اس وقت ایک اوپن سرکٹ وولٹ میٹر کا استعمال کرنا چاہیے۔ مندرجہ ذیل اعداد و شمار سے پتہ چلتا ہے کہ چارج کی خرابی کی حالت مندرجہ بالا ریاستوں میں درست کی جا سکتی ہے۔

            شکل 6. کولمبک میٹرولوجی میں جمع شدہ خرابیوں کو ختم کرنے کے حالات

کولمب میٹرولوجی کی درستگی کے انحراف کا سبب بننے والا دوسرا اہم عنصر فل چارج کیپسٹی (FCC) کی خرابی ہے، جو بیٹری کی ڈیزائن کردہ صلاحیت اور بیٹری کی حقیقی مکمل چارج کرنے کی صلاحیت کے درمیان فرق ہے۔ مکمل چارج شدہ صلاحیت (FCC) درجہ حرارت، عمر بڑھنے اور بوجھ جیسے عوامل سے متاثر ہوتی ہے۔ لہذا، مکمل چارج شدہ صلاحیت کے لیے دوبارہ سیکھنے اور معاوضے کے طریقے کولمبک میٹرولوجی کے لیے اہم ہیں۔ مندرجہ ذیل اعداد و شمار چارج کی خرابی کی حالت کے رجحان کے رجحان کو ظاہر کرتا ہے جب مکمل طور پر چارج شدہ صلاحیت کو زیادہ اور کم اندازہ لگایا جاتا ہے۔

             شکل 7: غلطی کا رجحان جب مکمل طور پر چارج ہونے کی صلاحیت کو زیادہ اور کم اندازہ لگایا جاتا ہے۔

1.4 ڈائنامک وولٹیج الگورتھم بجلی کا میٹر

ڈائنامک وولٹیج الگورتھم صرف بیٹری وولٹیج کی بنیاد پر لیتھیم بیٹری کے چارج کی حالت کا حساب لگا سکتا ہے۔ یہ طریقہ بیٹری وولٹیج اور بیٹری کے اوپن سرکٹ وولٹیج کے درمیان فرق کی بنیاد پر چارج کی حالت میں اضافے یا کمی کا تخمینہ لگاتا ہے۔ متحرک وولٹیج کی معلومات لیتھیم بیٹریوں کے رویے کو مؤثر طریقے سے نقل کر سکتی ہے اور چارج کی حالت (SOC) (%) کا تعین کر سکتی ہے، لیکن یہ طریقہ بیٹری کی صلاحیت کی قیمت (mAh) کا اندازہ نہیں لگا سکتا۔

اس کا حساب لگانے کا طریقہ بیٹری وولٹیج اور اوپن سرکٹ وولٹیج کے درمیان متحرک فرق پر مبنی ہے، اور چارج کی حالت میں ہر ایک اضافے یا کمی کو شمار کرنے کے لیے تکراری الگورتھم کا استعمال کرتے ہوئے چارج کی حالت کا اندازہ لگاتا ہے۔ کولمب طریقہ کے بجلی کے میٹر کے حل کے مقابلے میں، متحرک وولٹیج الگورتھم بجلی کے میٹر وقت اور کرنٹ کے ساتھ غلطیاں جمع نہیں کرتے ہیں۔ کولمبک میٹرنگ میٹروں میں کرنٹ سینسنگ کی خرابیوں اور بیٹری کے خود خارج ہونے کی وجہ سے اکثر چارج کی حالت کا غلط اندازہ لگایا جاتا ہے۔ یہاں تک کہ اگر موجودہ سینسنگ کی خرابی بہت چھوٹی ہے، Coulomb کاؤنٹر غلطیاں جمع کرتا رہے گا، جو مکمل چارجنگ یا ڈسچارج ہونے کے بعد ہی ختم ہو سکتی ہیں۔

ڈائنامک وولٹیج الگورتھم صرف وولٹیج کی معلومات کی بنیاد پر بیٹری کے چارج کی حالت کا اندازہ لگانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ چونکہ بیٹری کی موجودہ معلومات کی بنیاد پر اس کا اندازہ نہیں لگایا گیا ہے، اس لیے غلطیوں کا کوئی ذخیرہ نہیں ہے۔ چارج کی حالت کی درستگی کو بہتر بنانے کے لیے، ڈائنامک وولٹیج الگورتھم کو مکمل چارج شدہ اور مکمل طور پر خارج ہونے والی حالتوں میں اصل بیٹری وولٹیج وکر کی بنیاد پر ایک بہترین الگورتھم کے پیرامیٹرز کو ایڈجسٹ کرنے کے لیے ایک حقیقی ڈیوائس استعمال کرنے کی ضرورت ہے۔

     تصویر 8. بجلی کے میٹر اور گین آپٹیمائزیشن کے لیے ڈائنامک وولٹیج الگورتھم کی کارکردگی

چارج کی حالت کے لحاظ سے مختلف خارج ہونے والی شرح کے حالات کے تحت متحرک وولٹیج الگورتھم کی کارکردگی درج ذیل ہے۔ جیسا کہ تصویر میں دکھایا گیا ہے، اس کی چارج کی درستگی کی حالت اچھی ہے۔ C/2، C/4، C/7، اور C/10 کے خارج ہونے والے حالات سے قطع نظر، اس طریقہ کار کی چارج کی خرابی کی مجموعی حالت 3% سے کم ہے۔

      شکل 9. مختلف ڈسچارج ریٹ شرائط کے تحت ڈائنامک وولٹیج الگورتھم کے چارج اسٹیٹ کی کارکردگی

مندرجہ ذیل اعداد و شمار مختصر چارجنگ اور شارٹ ڈسچارج کے حالات میں بیٹری کے چارج کی حالت کو ظاہر کرتا ہے۔ چارج کی حالت کی خرابی اب بھی بہت چھوٹی ہے، اور زیادہ سے زیادہ غلطی صرف 3٪ ہے۔

       تصویر 10. بیٹریوں کے شارٹ چارج اور شارٹ ڈسچارج کی صورت میں ڈائنامک وولٹیج الگورتھم کی سٹیٹ آف چارج کی کارکردگی

کولمب میٹرنگ کے طریقہ کار کے مقابلے میں، جو عام طور پر کرنٹ سینسنگ کی غلطیوں اور بیٹری سیلف ڈسچارج کی وجہ سے چارج کی غلط حالت میں ہوتا ہے، ڈائنامک وولٹیج الگورتھم وقت اور کرنٹ کے ساتھ غلطیاں جمع نہیں کرتا، جو کہ ایک بڑا فائدہ ہے۔ چارجنگ / ڈسچارج کرنٹ کے بارے میں معلومات کی کمی کی وجہ سے، ڈائنامک وولٹیج الگورتھم میں قلیل مدتی درستگی اور سست رسپانس ٹائم ہے۔ مزید برآں، یہ پوری چارجنگ کی صلاحیت کا اندازہ نہیں لگا سکتا۔ تاہم، یہ طویل مدتی درستگی کے لحاظ سے اچھی کارکردگی کا مظاہرہ کرتا ہے، کیونکہ بیٹری وولٹیج بالآخر براہ راست اس کی چارج کی حالت کو ظاہر کرتا ہے۔