डिस्चार्ज चक्र क्या है?

पिछले मंगलवार को एक स्टार्टअप के साथ पहली बार हैंडहेल्ड डिवाइस बनाने के लिए कॉल हुई थी। पीएम मुझसे पूछते हैं कि उनके उपयोगकर्ता कितनी बार बैटरी चार्ज कर सकते हैं। मैंने कहा यह निर्भर करता है. उसे एक नंबर चाहिए था. मैंने उनसे कहा कि 500, शायद, आदर्श परिस्थितियों में, जो मैदान में कभी मौजूद नहीं होंगे।

डिस्चार्ज चक्र के साथ यही समस्या है। यह अवधारणा बिल्कुल सरल है लेकिन इसे वास्तविक उत्पादों पर लागू करना तेजी से जटिल हो जाता है।

आपकी बैटरी प्लग इन की गिनती नहीं करती। यह क्षमता थ्रूपुट की गणना करता है। नेमप्लेट क्षमता का 100% निकास और यह एक चक्र है। इसे एक ही बार में करें या आंशिक निर्वहन के एक सप्ताह तक फैलाएं - वही परिणाम।

इस समय आपके टॉर्च में बैठा 18650 चक्र 47 या चक्र 212 पर हो सकता है। जब तक आप amp{3}}घंटे को नियमित रूप से ट्रैक नहीं कर रहे हों, आपको कोई पता नहीं है। सेल निश्चित रूप से नहीं जानता। अंदर कोई छोटा काउंटर नहीं है. आपका बीएमएस कूलॉम गिनती और कूलॉम गिनती बहाव के आधार पर इसका अनुमान लगाता है। मैंने उन पैक्स को अलग कर दिया है जहां रिपोर्ट की गई चक्र गणना वास्तविक कैलेंडर उम्र बढ़ने की तुलना में 30% कम थी।

सैमसंग एसडीआई ने 2019 में कुछ डेटा प्रकाशित किया था जिसमें दिखाया गया था कि उनके 21700 सेल अपने मानक परीक्षण प्रोटोकॉल के तहत चक्र 300 पर 83% क्षमता बनाए रखते हैं। उसी युग के पैनासोनिक एनसीआर सेल 300 चक्रों पर 78% से अधिक थे। ये संख्याएँ 23 डिग्री पर सीसी-सीवी चार्जिंग के साथ 0.5C पर और 1C से 2.5V कटऑफ पर डिस्चार्ज के साथ जलवायु कक्षों से आईं। आपका माइलेज अलग-अलग होगा क्योंकि आपका उपयोग मामला जलवायु कक्ष नहीं है।

इस उद्योग में हर कोई डिस्चार्ज की गहराई के बारे में बात करता है जैसे कि यह किसी प्रकार का जादुई लीवर हो। उथला चक्र जीवन को बढ़ाता है, गहरा चक्र कोशिकाओं को तेजी से मारता है। आधी हकीकत। लेकिन रिश्ता वैसा नहीं है जिसकी ज्यादातर लोग अपेक्षा करते हैं।

मैंने 2021 में एक चिकित्सा उपकरण ग्राहक के लिए इसकी मात्रा निर्धारित करने का प्रयास करते हुए एक साइड प्रोजेक्ट चलाया। हमने एक ही उत्पादन लॉट से 200 सेल लिए, उन्हें समूहों में विभाजित किया, और उन्हें आठ महीनों के लिए विभिन्न DoD स्तरों पर चक्रित किया। 100% DoD समूह चक्र 380 के आसपास बना हुआ था। 60% DoD समूह अभी भी 900 पूर्ण चक्रों के बराबर 88% क्षमता पर था। 30% DoD समूह ने एक वर्ष के बाद बमुश्किल ही कोई गिरावट दिखाई।

लेकिन यहां वह है जो डेटाशीट आपको नहीं बताएगी। कैलेंडर की उम्र बढ़ने से साइकिल चलाने की परवाह किए बिना सभी समूहों में लगभग समान दर से वृद्धि हो रही थी। दसवें महीने तक, यहां तक कि जिन कोशिकाओं को हमने बमुश्किल छुआ था, वे 25 डिग्री कमरे में 50% चार्ज की स्थिति में बैठे-बैठे 4{6}}5% क्षमता खो चुकी थीं। कड़ी मेहनत से चक्रित कोशिकाएं दोनों दिशाओं से प्रभावित हो रही थीं - चक्र उम्र बढ़ने के साथ-साथ कैलेंडर उम्र बढ़ने का एक दूसरे के ऊपर ढेर होना।

इसलिए जब आपका ग्राहक पूछता है कि उनका दो {{0} वर्ष {{1} पुराना उपकरण इतने लंबे समय तक क्यों नहीं चलता है, भले ही उन्होंने इसका "बमुश्किल उपयोग किया हो" - यही कारण है।

Discharge Cycle

मुझे अपने गैराज में एक गोल्फ कार्ट बैटरी पैक से कोशिकाओं का एक बॉक्स मिला है, जिसने टक्सन में एक शेड में तीन गर्मियां बिताई थीं। मालिक ने कसम खाई कि वह महीने में केवल दो बार ही गाड़ी का उपयोग करेगा। पैक को 2000 साइकिलों के लिए रेट किया गया था। 160 पर इसकी मृत्यु हो गई। कोशिकाएँ बाह्य रूप से ठीक दिखती थीं। एक को फोड़ने पर जेली रोल के विभाजक पर भूरे रंग के धब्बे पड़ गए। इलेक्ट्रोलाइट आंशिक रूप से विघटित हो गया था।

गर्मी लिथियम कोशिकाओं को नष्ट कर देती है। एक मृत शॉर्ट की तरह तेज़ नहीं। धीरे, जैसे काउंटर पर मक्खन छोड़ दिया हो।

अरहेनियस संबंध आपको 25 डिग्री से ऊपर प्रत्येक 10 डिग्री के लिए लगभग 2x गिरावट दर देता है। लेकिन रसायन शास्त्र में यह औसत है। मेरे द्वारा परीक्षण की गई एनएमसी कोशिकाएं तेजी से गिरीं। एलएफपी का प्रदर्शन बेहतर रहा। पहनने योग्य वस्तुओं के लिए हम जिन थैली कोशिकाओं का उपयोग करते हैं वे समान रसायन वाले बेलनाकार कोशिकाओं की तुलना में अधिक संवेदनशील होती हैं क्योंकि थर्मल द्रव्यमान कम होता है और वे लोड के तहत अधिक गर्म हो जाते हैं।

कोल्ड डिस्चार्ज कष्टप्रद है लेकिन विनाशकारी नहीं। आप अस्थायी रूप से क्षमता खो देते हैं. कोशिका के गर्म होने पर यह वापस आ जाता है। मैंने कोशिकाओं को -15 डिग्री पर डिस्चार्ज किया है, जिससे रेटेड क्षमता का केवल 61% ही मिला, फिर उन्हें कमरे के तापमान तक गर्म होने दिया और अगले डिस्चार्ज पर पूरा 3.2Ah मिला। कोल्ड चार्जिंग हत्यारा है - एनोड पर लिथियम चढ़ाना। वह क्षति स्थायी है. अधिकांश बीएमएस ठीक इसी कारण से 0 डिग्री से नीचे चार्जिंग पर रोक लगाते हैं।

प्रत्येक डिस्चार्ज लिथियम आयनों को ग्रेफाइट एनोड से कैथोड तक ले जाता है। हर आरोप उन्हें पीछे धकेल देता है। ऐसा पर्याप्त बार करें और चीजें टूटने लगती हैं।

एनोड पर एसईआई परत मोटी हो जाती है। ऐसा माना जाता है कि वह परत वहां होती है - यह ग्रेफाइट को इलेक्ट्रोलाइट से बचाती है। लेकिन यह हर चक्र के साथ बढ़ता है, और विकास का मतलब है कि यह लिथियम का उपभोग कर रहा है जो अन्यथा ऊर्जा संग्रहित कर सकता है। यही कारण है कि कुछ भी नाटकीय न होने पर भी क्षमता क्षीण हो जाती है।

कैथोड कण टूटते हैं। एनएमसी और एनसीए कैथोड में एक क्रिस्टल संरचना होती है जो लिथियम के अंदर और बाहर जाने पर फैलती और सिकुड़ती है। सूक्ष्म - दरारें बनती हैं। सतह का क्षेत्रफल बढ़ जाता है. प्रतिकूल प्रतिक्रियाएँ तेज हो जाती हैं। मैंने उच्च चक्र कोशिकाओं से कैथोड कणों के क्रॉस-छह अनुभाग देखे हैं जो उसी बैच की ताजा कोशिकाओं की तुलना में माइक्रोस्कोप के नीचे टूटे हुए कांच की तरह दिखते हैं।

इलेक्ट्रोलाइट टूट जाता है. ट्रेस पानी समस्याएँ पैदा करता है। उच्च वोल्टेज ऑक्सीकरण को तेज करता है। इससे अंततः गैस उत्पन्न होती है, प्रतिबाधा बढ़ जाती है और अंततः कोशिका में सूजन आ जाती है या छेद हो जाता है।

इनमें से कुछ भी समान रूप से नहीं होता है. आपकी श्रृंखला स्ट्रिंग की वे कोशिकाएँ जो अधिक गर्म चलती हैं या थोड़ी कम क्षमता से शुरू होती हैं, तेजी से पुरानी होती हैं। एक या दो साल के बाद, आपका "मिलान किया हुआ" पैक अब मेल नहीं खाता है। कमजोर कोशिका डिस्चार्ज होने पर पूरी श्रृंखला को सीमित कर देती है और इसे बनाए रखने की कोशिश में अधिक काम करने लगती है। वहां से मृत्यु सर्पिल।

IEC 62660 और विभिन्न UL मानक आपको एक आधार रेखा देते हैं। उन्हें पास करें और आप उत्पाद भेज सकते हैं। लेकिन मैंने सेल्स को ऐस सर्टिफिकेशन टेस्टिंग करते हुए देखा है और फिर छह महीने बाद फील्ड रिटर्न में फूले हुए पाउच के साथ दिखाई देते हैं।

प्रमाणन परीक्षण प्रयोगशालाओं में दोहराए जाने योग्य होने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, न कि वास्तविक उपयोग का अनुकरण करने के लिए। कोई भी अपने फ़ोन का उपयोग बिल्कुल 0.5C स्थिर धारा पर नहीं करता है। कोई भी अपने बिजली उपकरण को 25 डिग्री पर एक आदर्श CC{3}}CV प्रोफ़ाइल पर चार्ज नहीं करता है।

यदि आप यह समझने के बारे में गंभीर हैं कि आपका पैक कैसा प्रदर्शन करेगा, तो आपको एक परीक्षण प्रोटोकॉल बनाना होगा जो आपके वास्तविक उपयोगकर्ता से मेल खाता हो। अपने अपेक्षित डिस्चार्ज करंट को प्रोफाइल करें। बाकी अवधियों को शामिल करें. तापमान की उस चरम सीमा पर पहुँचें जो आपका उत्पाद देखेगा। सांख्यिकीय आत्मविश्वास प्राप्त करने के लिए पर्याप्त सेल चलाएँ - और इसका मतलब है कि प्रति परीक्षण स्थिति कम से कम 15-20, न कि 3-5 जिससे अधिकांश स्टार्टअप दूर जाने की कोशिश करते हैं।

जो कोशिकाएँ जीवन परीक्षण के आरंभ में विफल हो जाती हैं उनमें लगभग हमेशा विनिर्माण दोष होते हैं। इलेक्ट्रोड पर गड़गड़ाहट, संदूषण, टैब पर खराब वेल्ड। वे पहले 50 चक्रों में दिखाई देंगे। जो सेल देर से विफल होते हैं - वे ही आपको आपके डिज़ाइन के बारे में कुछ बताते हैं।

यदि आप अपनी उपयोगकर्ता प्रोफ़ाइल जानते हैं तो आप अपेक्षित चक्र जीवन की गणना कर सकते हैं। एक फ़ोन जो प्रतिदिन चार्ज होता है, प्लग इन करने से पहले औसतन 20% तक चार्ज हो जाता है, जो कि प्रति दिन लगभग 0.8 चक्र है। दो से अधिक वर्षों के अपेक्षित जीवन में, आप 580 चक्र देख रहे हैं। यदि आपकी कोशिकाओं को 500 चक्रों से 80% क्षमता के लिए रेट किया गया है, तो आपको 18 महीने के आसपास शिकायतें दिखाई देने लगेंगी।

यही कारण है कि Apple और Samsung विज्ञापित क्षमता के सापेक्ष अपने पैक का आकार बढ़ा देते हैं। आप अपने फोन पर जो "100%" देखते हैं, वह वास्तव में कोशिकाओं द्वारा धारण की जा सकने वाली क्षमता का 100% नहीं है। वे कोशिकाओं पर तनाव कम करने के लिए ऊपर और नीचे एक बफर रखते हैं। आपके फ़ोन की भौतिक क्षमता 4500mAh हो सकती है लेकिन सॉफ़्टवेयर आपको केवल 4000mAh का उपयोग करने देता है।

यही विचार किसी भी बैटरी उत्पाद के लिए काम करता है। आप या तो अपने चक्र जीवन लक्ष्य को बेहतर सेलों - से प्राप्त कर सकते हैं जिसकी लागत अधिक है - या आप अतिरिक्त क्षमता लगाकर और सेलों को आसानी से चलाकर इसे प्राप्त कर सकते हैं। जब आप वारंटी रिजर्व को ध्यान में रखते हैं तो दूसरा विकल्प आम तौर पर कुल लागत पर जीत जाता है।

Discharge Cycle

डिस्चार्ज चक्र घिसाव को मापने का एक तरीका मात्र है। एक कार पर ओडोमीटर मील की तरह, लेकिन मील और शेष जीवन के बीच का संबंध स्क्विशियर है। 300 चक्रों के दो पैक की शेष क्षमता पूरी तरह से भिन्न हो सकती है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि वे वहां कैसे पहुंचे।

सेल निर्माता आपको अपने नंबर देंगे। आपका काम यह पता लगाना है कि वे संख्याएँ आपके विशिष्ट उत्पाद और आपके विशिष्ट उपयोगकर्ताओं तक कैसे पहुँचती हैं। उसके लिए कोई फॉर्मूला नहीं है. आप परीक्षण करते हैं, आप शिप करते हैं, आप फ़ील्ड डेटा देखते हैं, और आप समायोजित करते हैं।