بیٹری ڈسچارج وکر کو کیسے پڑھیں

بیٹری ڈسچارج وکر کو کیسے پڑھیں

بیٹریاں پیچیدہ الیکٹرو کیمیکل اور تھرموڈینامک نظام ہیں، اور متعدد عوامل ان کی کارکردگی کو متاثر کرتے ہیں۔ بلاشبہ، بیٹری کیمسٹری سب سے اہم عنصر ہے۔ تاہم، جب یہ سمجھیں کہ کسی مخصوص ایپلی کیشن کے لیے کس قسم کی بیٹری سب سے زیادہ موزوں ہے، تو یہ بھی ضروری ہے کہ چارج ڈسچارج ریٹ، آپریٹنگ ٹمپریچر، اسٹوریج کے حالات، اور جسمانی ساخت کی تفصیلات جیسے عوامل پر غور کیا جائے۔ سب سے پہلے، کئی اصطلاحات کی وضاحت کرنے کی ضرورت ہے:

★ اوپن سرکٹ وولٹیج (Voc) بیٹری کے ٹرمینلز کے درمیان وولٹیج ہے جب بیٹری پر کوئی بوجھ نہ ہو۔

★ ٹرمینل وولٹیج (Vt) بیٹری کے ٹرمینلز کے درمیان وولٹیج ہے جب بیٹری پر بوجھ لگایا جاتا ہے۔ عام طور پر Voc سے کم۔

کٹ آف وولٹیج (Vco) وہ وولٹیج ہے جس پر بیٹری مکمل طور پر خارج ہوتی ہے، جیسا کہ بیان کیا گیا ہے۔ اگرچہ عام طور پر بیٹری کی طاقت باقی ہوتی ہے، لیکن Vco سے کم وولٹیج پر کام کرنے سے بیٹری کو نقصان پہنچ سکتا ہے۔

★ صلاحیت کل ایمپیئر گھنٹے (AH) کی پیمائش کرتی ہے جو ایک بیٹری مکمل چارج ہونے پر فراہم کر سکتی ہے، جب تک کہ Vt Vco تک نہ پہنچ جائے۔

چارج ڈسچارج ریٹ (C-Rate) وہ شرح ہے جس پر بیٹری کو اس کی درجہ بندی کی گنجائش کے لحاظ سے چارج یا خارج کیا جاتا ہے۔ مثال کے طور پر، 1C کی شرح 1 گھنٹے کے اندر بیٹری کو مکمل طور پر چارج یا ڈسچارج کر دے گی۔ 0.5C کی ڈسچارج ریٹ پر، بیٹری 2 گھنٹے کے اندر مکمل طور پر ڈسچارج ہو جائے گی۔ زیادہ C-ریٹ استعمال کرنے سے عام طور پر دستیاب بیٹری کی گنجائش کم ہو جاتی ہے اور بیٹری کو نقصان پہنچ سکتا ہے۔

★ بیٹری چارج کرنے کی حالت (SoC) بیٹری کی بقیہ صلاحیت کو زیادہ سے زیادہ صلاحیت کے فیصد کے طور پر شمار کرتی ہے۔ جب SoC صفر تک پہنچ جاتا ہے اور Vt Vco تک پہنچ جاتا ہے، تب بھی بیٹری میں بیٹری کی طاقت باقی رہ سکتی ہے، لیکن بیٹری کو نقصان پہنچائے اور مستقبل کی صلاحیت کو متاثر کیے بغیر، بیٹری کو مزید خارج نہیں کیا جا سکتا۔

★ ڈسچارج ڈیپتھ (DoD) SoC کا ایک تکمیلی حصہ ہے، جو خارج ہونے والی بیٹری کی صلاحیت کے فیصد کی پیمائش کرتا ہے۔ DoD=100- SoC۔

① سائیکل لائف بیٹری کے سروس لائف کے اختتام تک پہنچنے سے پہلے دستیاب سائیکلوں کی تعداد ہے۔

بیٹری کی زندگی کا خاتمہ (EoL) پہلے سے طے شدہ کم از کم تصریحات کے مطابق بیٹری کے کام کرنے میں ناکامی سے مراد ہے۔ EoL کی مقدار مختلف طریقوں سے طے کی جا سکتی ہے:

① صلاحیت کی کمی مخصوص حالات میں درجہ بندی کی گنجائش کے مقابلے میں بیٹری کی صلاحیت میں دی گئی فیصد کمی پر مبنی ہے۔

② پاور کی کشندگی مخصوص حالات کے تحت درجہ بندی کی طاقت کے مقابلے میں مقررہ فیصد پر بیٹری کی زیادہ سے زیادہ طاقت پر مبنی ہے۔

③ انرجی تھرو پٹ توانائی کی کل مقدار کا تعین کرتا ہے جس پر بیٹری سے اپنی عمر کے دوران پروسیس ہونے کی توقع کی جاتی ہے، جیسے کہ 30MWh، مخصوص آپریٹنگ حالات کی بنیاد پر۔

★ بیٹری کی صحت کی حیثیت (SoH) EoL تک پہنچنے سے پہلے باقی مفید زندگی کے فیصد کی پیمائش کرتی ہے۔

پولرائزیشن وکر

بیٹری ڈسچارج وکر بیٹری کے پولرائزیشن اثر کی بنیاد پر بنتا ہے جو خارج ہونے کے عمل کے دوران ہوتا ہے۔ توانائی کی مقدار جو ایک بیٹری مختلف آپریٹنگ حالات میں فراہم کر سکتی ہے، جیسے C-ریٹ اور آپریٹنگ درجہ حرارت، خارج ہونے والے منحنی خطوط کے ساتھ قریبی تعلق رکھتی ہے۔ خارج ہونے کے عمل کے دوران، بیٹری کا Vt کم ہو جائے گا۔ Vt میں کمی کا تعلق کئی اہم عوامل سے ہے:

✔ IR ڈراپ - بیٹری کی اندرونی مزاحمت سے کرنٹ گزرنے کی وجہ سے بیٹری وولٹیج میں کمی۔ یہ عنصر مستقل درجہ حرارت کے ساتھ نسبتاً زیادہ خارج ہونے والے مادہ کی شرح پر لکیری طور پر بڑھتا ہے۔

✔ ایکٹیویشن پولرائزیشن - الیکٹرو کیمیکل رد عمل کے حرکیات سے متعلق مختلف سستی کے عوامل سے مراد ہے، جیسے کام کا فنکشن جس پر آئنوں کو الیکٹروڈ اور الیکٹرولائٹس کے درمیان جنکشن پر قابو پانا ضروری ہے۔

✔ ارتکاز پولرائزیشن - یہ عنصر ایک الیکٹروڈ سے دوسرے الیکٹروڈ میں بڑے پیمانے پر منتقلی ( بازی) کے دوران آئنوں کو درپیش مزاحمت کو مدنظر رکھتا ہے۔ جب لیتھیم آئن بیٹریاں پوری طرح سے خارج ہوجاتی ہیں تو یہ عنصر غالب ہوتا ہے، اور وکر کی ڈھلوان بہت کھڑی ہوجاتی ہے۔

بیٹری کا پولرائزیشن وکر (ڈسچارج وکر) Vt (بیٹری پوٹینشل) پر IR میں کمی، ایکٹیویشن پولرائزیشن، اور ارتکاز پولرائزیشن کے مجموعی اثرات کو ظاہر کرتا ہے۔ (تصویر: بایو لاجک)

ڈسچارج وکر تحفظات

بیٹریاں ایپلی کیشنز کی ایک وسیع رینج کے لیے ڈیزائن کی گئی ہیں اور کارکردگی کی مختلف خصوصیات فراہم کرتی ہیں۔ مثال کے طور پر، کم از کم چھ بنیادی لتیم آئن کیمیکل سسٹمز ہیں، جن میں سے ہر ایک کی اپنی منفرد خصوصیت ہے۔ خارج ہونے والے منحنی خطوط کو عام طور پر Y-axis پر Vt کے ساتھ پلاٹ کیا جاتا ہے، جبکہ SoC (یا DoD) کو X-axis پر پلاٹ کیا جاتا ہے۔ بیٹری کی کارکردگی اور مختلف پیرامیٹرز جیسے C-ریٹ اور آپریٹنگ درجہ حرارت کے درمیان تعلق کی وجہ سے، ہر بیٹری کیمیکل سسٹم میں مخصوص آپریٹنگ پیرامیٹر کے امتزاج کی بنیاد پر خارج ہونے والے منحنی خطوط کا ایک سلسلہ ہوتا ہے۔ مثال کے طور پر، مندرجہ ذیل اعداد و شمار دو عام لیتھیم آئن کیمیکل سسٹمز اور لیڈ ایسڈ بیٹریوں کی کمرے کے درجہ حرارت اور 0.2C خارج ہونے والے مادہ کی شرح کا موازنہ کرتا ہے۔ ڈسچارج وکر کی شکل ڈیزائنرز کے لیے بہت اہمیت کی حامل ہے۔

فلیٹ ڈسچارج وکر کچھ ایپلیکیشن ڈیزائنز کو آسان بنا سکتا ہے، کیونکہ بیٹری وولٹیج پورے ڈسچارج سائیکل میں نسبتاً مستحکم رہتی ہے۔ دوسری طرف، ڈھلوان وکر بقایا چارج کے تخمینے کو آسان بنا سکتا ہے، کیونکہ بیٹری وولٹیج کا بیٹری میں بقایا چارج سے گہرا تعلق ہے۔ تاہم، فلیٹ ڈسچارج منحنی خطوط والی لیتھیم آئن بیٹریوں کے لیے، بقایا چارج کا تخمینہ لگانے کے لیے زیادہ پیچیدہ طریقوں کی ضرورت ہوتی ہے، جیسے کولمب گنتی، جو بیٹری کے خارج ہونے والے کرنٹ کی پیمائش کرتی ہے اور بقایا چارج کا تخمینہ لگانے کے لیے وقت کے ساتھ ساتھ کرنٹ کو مربوط کرتی ہے۔

اس کے علاوہ، نیچے کی طرف ڈھلوان ڈسچارج کروز والی بیٹریاں پورے ڈسچارج سائیکل میں طاقت میں کمی کا تجربہ کرتی ہیں۔ ڈسچارج سائیکل کے اختتام پر ہائی پاور ایپلی کیشنز کو سپورٹ کرنے کے لیے 'اضافی سائز' بیٹری کی ضرورت پڑ سکتی ہے۔ عام طور پر حساس آلات اور سسٹمز کو طاقت دینے کے لیے بوسٹ وولٹیج ریگولیٹر کا استعمال کرنا ضروری ہوتا ہے جو کھڑی خارج ہونے والے منحنی خطوط کے ساتھ بیٹریاں استعمال کرتے ہیں۔

لیتھیم آئن بیٹری کا ڈسچارج وکر مندرجہ ذیل ہے، جو ظاہر کرتا ہے کہ اگر بیٹری بہت زیادہ شرح پر (یا اس کے برعکس، کم شرح پر) ڈسچارج ہوتی ہے، تو مؤثر صلاحیت کم ہو جائے گی (یا بڑھ جائے گی)۔ اسے صلاحیت کی تبدیلی کہا جاتا ہے، اور یہ اثر زیادہ تر بیٹری کیمسٹری کے نظاموں میں عام ہے۔

لیتھیم آئن بیٹریوں کی وولٹیج اور صلاحیت C کی شرح میں اضافے کے ساتھ کم ہو جاتی ہے۔ (تصویر: رچٹیک)

کام کرنے کا درجہ حرارت ایک اہم پیرامیٹر ہے جو بیٹری کی کارکردگی کو متاثر کرتا ہے۔ بہت کم درجہ حرارت پر، پانی پر مبنی الیکٹرولائٹس والی بیٹریاں منجمد ہو سکتی ہیں، جس سے ان کے آپریٹنگ درجہ حرارت کی نچلی حد کو محدود کیا جا سکتا ہے۔ لیتھیم آئن بیٹریاں کم درجہ حرارت پر منفی الیکٹروڈ لیتھیم جمع ہونے کا تجربہ کر سکتی ہیں، مستقل طور پر صلاحیت کو کم کرتی ہیں۔ زیادہ درجہ حرارت پر، کیمیکل گل سڑ سکتے ہیں اور بیٹری کام کرنا بند کر سکتی ہے۔ منجمد ہونے اور کیمیائی نقصان کے درمیان، بیٹری کی کارکردگی عام طور پر درجہ حرارت کی تبدیلیوں کے ساتھ نمایاں طور پر مختلف ہوتی ہے۔

درج ذیل اعداد و شمار لیتھیم آئن بیٹریوں کی کارکردگی پر مختلف درجہ حرارت کے اثرات کو ظاہر کرتا ہے۔ بہت کم درجہ حرارت پر، کارکردگی نمایاں طور پر کم ہو سکتی ہے۔ تاہم، بیٹری ڈسچارج وکر بیٹری کی کارکردگی کا صرف ایک پہلو ہے۔ مثال کے طور پر، لیتھیم آئن بیٹریوں کے آپریٹنگ درجہ حرارت اور کمرے کے درجہ حرارت (چاہے زیادہ یا کم درجہ حرارت پر) کے درمیان انحراف جتنا زیادہ ہوگا، سائیکل کی زندگی اتنی ہی کم ہوگی۔ مخصوص ایپلی کیشنز کے لیے، بیٹری کے مختلف کیمیکل سسٹمز کے اطلاق کو متاثر کرنے والے تمام عوامل کا مکمل تجزیہ اس مضمون کے بیٹری ڈسچارج وکر کے دائرہ کار سے باہر ہے۔ مختلف بیٹریوں کی کارکردگی کا تجزیہ کرنے کے دوسرے طریقوں کی ایک مثال لگون پلاٹ ہے۔

بیٹری وولٹیج اور صلاحیت درجہ حرارت پر منحصر ہے۔ (تصویر: رچٹیک)

لگون پلاٹ

لگون ڈایاگرام مختلف توانائی ذخیرہ کرنے والی ٹیکنالوجیز کی مخصوص طاقت اور مخصوص توانائی کا موازنہ کرتا ہے۔ مثال کے طور پر، الیکٹرک گاڑیوں کی بیٹریوں پر غور کرتے وقت، مخصوص توانائی کا تعلق رینج سے ہوتا ہے، جب کہ مخصوص پاور ایکسلریشن کی کارکردگی کے مساوی ہوتی ہے۔

مخصوص توانائی اور مختلف ٹیکنالوجیز کی مخصوص طاقت کے درمیان تعلق کا موازنہ کرنے والا ایک راگون خاکہ۔ (تصویر: ریسرچ گیٹ)

لیگون ڈایاگرام بڑے پیمانے پر توانائی کی کثافت اور طاقت کی کثافت پر مبنی ہے، اور اس میں حجم کے پیرامیٹرز سے متعلق کوئی معلومات شامل نہیں ہے۔ اگرچہ میٹالرجسٹ ڈیوڈ وی لگون نے مختلف بیٹری کیمسٹری کی کارکردگی کا موازنہ کرنے کے لیے یہ چارٹ تیار کیے ہیں، لیکن لگون چارٹ توانائی کے ذخیرہ کرنے اور توانائی کے آلات جیسے انجن، گیس ٹربائنز، اور فیول سیلز کے کسی بھی سیٹ کا موازنہ کرنے کے لیے بھی موزوں ہے۔

Y-axis پر مخصوص توانائی اور X-axis پر مخصوص پاور کے درمیان تناسب ان گھنٹوں کی تعداد ہے جو آلہ ریٹیڈ پاور پر کام کرتا ہے۔ ڈیوائس کا سائز اس تعلق کو متاثر نہیں کرتا ہے، کیونکہ بڑے آلات میں متناسب طور پر زیادہ طاقت اور توانائی کی گنجائش ہوگی۔ لگون ڈایاگرام پر مستقل آپریٹنگ وقت کی نمائندگی کرنے والا آئسوکرونس وکر ایک سیدھی لکیر ہے۔

خلاصہ

بیٹری کے خارج ہونے والے منحنی خطوط کو سمجھنا اور مختلف پیرامیٹرز کو سمجھنا ضروری ہے جو مخصوص بیٹری کیمسٹری سے متعلق ڈسچارج کریو فیملی کو بناتے ہیں۔ پیچیدہ الیکٹرو کیمیکل اور تھرموڈینامک نظاموں کی وجہ سے، بیٹریوں کے خارج ہونے والے منحنی خطوط بھی پیچیدہ ہوتے ہیں، لیکن یہ بیٹری کی مختلف کیمسٹری اور ڈھانچے کے درمیان کارکردگی کے ٹریڈ آف کو سمجھنے کا صرف ایک طریقہ ہیں۔