বর্তমানে, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির বেশিরভাগ নিরাপত্তা দুর্ঘটনা ঘটতে থাকে সুরক্ষা সার্কিটের ব্যর্থতার কারণে, যার ফলে ব্যাটারি থার্মাল পালিয়ে যায় এবং ফলে আগুন ও বিস্ফোরণ ঘটে। অতএব, লিথিয়াম ব্যাটারির নিরাপদ ব্যবহার উপলব্ধি করার জন্য, সুরক্ষা সার্কিটের নকশাটি বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ এবং লিথিয়াম ব্যাটারির ব্যর্থতার কারণ সমস্ত ধরণের কারণ বিবেচনা করা উচিত। উত্পাদন প্রক্রিয়া ছাড়াও, ব্যর্থতা মূলত বহিরাগত চরম অবস্থার পরিবর্তনের কারণে ঘটে, যেমন অতিরিক্ত চার্জ, অতিরিক্ত স্রাব এবং উচ্চ তাপমাত্রা। যদি এই পরামিতিগুলিকে রিয়েল টাইমে নিরীক্ষণ করা হয় এবং সেগুলি পরিবর্তন করার সময় সংশ্লিষ্ট প্রতিরক্ষামূলক ব্যবস্থা নেওয়া হয়, তাপীয় পলাতক ঘটনা এড়ানো যেতে পারে। লিথিয়াম ব্যাটারির নিরাপত্তা নকশায় বিভিন্ন দিক রয়েছে: সেল নির্বাচন, কাঠামোগত নকশা এবং বিএমএসের কার্যকরী নিরাপত্তা নকশা।

সেল নির্বাচন

কোষের নিরাপত্তাকে প্রভাবিত করে এমন অনেক কারণ রয়েছে যেখানে কোষের উপাদানের পছন্দ ভিত্তি। বিভিন্ন রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যের কারণে, নিরাপত্তা লিথিয়াম ব্যাটারির বিভিন্ন ক্যাথোড সামগ্রীতে পরিবর্তিত হয়। উদাহরণস্বরূপ, লিথিয়াম আয়রন ফসফেট হল অলিভাইন-আকৃতির, যা তুলনামূলকভাবে স্থিতিশীল এবং ভেঙে পড়া সহজ নয়। লিথিয়াম কোবাল্টেট এবং লিথিয়াম টারনারি, তবে, স্তরযুক্ত কাঠামো যা ভেঙে পড়া সহজ। বিভাজক নির্বাচনও খুব গুরুত্বপূর্ণ, কারণ এর কার্যকারিতা সরাসরি ঘরের নিরাপত্তার সাথে সম্পর্কিত। তাই সেল নির্বাচনের ক্ষেত্রে, শুধুমাত্র সনাক্তকরণ রিপোর্ট নয়, প্রস্তুতকারকের উত্পাদন প্রক্রিয়া, উপকরণ এবং তাদের পরামিতিগুলিও বিবেচনা করা হবে।

স্ট্রাকচার ডিজাইন

ব্যাটারির গঠন নকশা প্রধানত অন্তরণ এবং তাপ অপচয়ের প্রয়োজনীয়তা বিবেচনা করে।

• নিরোধক প্রয়োজনীয়তা সাধারণত নিম্নলিখিত দিক জড়িত: ইতিবাচক এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড মধ্যে নিরোধক; কোষ এবং ঘের মধ্যে অন্তরণ; মেরু ট্যাব এবং ঘের মধ্যে অন্তরণ; পিসিবি বৈদ্যুতিক ব্যবধান এবং ক্রীপেজ দূরত্ব, অভ্যন্তরীণ তারের নকশা, গ্রাউন্ডিং ডিজাইন ইত্যাদি।
• তাপ অপচয় প্রধানত কিছু বড় শক্তি সঞ্চয় বা ট্র্যাকশন ব্যাটারির জন্য। এই ব্যাটারির উচ্চ শক্তির কারণে চার্জিং এবং ডিসচার্জ করার সময় তাপ উৎপন্ন হয়। যদি সময়মতো তাপ অপসারণ করা না যায়, তাহলে তাপ জমা হবে এবং দুর্ঘটনা ঘটবে। অতএব, ঘের সামগ্রীর নির্বাচন এবং নকশা (এটির নির্দিষ্ট যান্ত্রিক শক্তি এবং ধুলোরোধী এবং জলরোধী প্রয়োজনীয়তা থাকা উচিত), কুলিং সিস্টেম এবং অন্যান্য অভ্যন্তরীণ তাপ নিরোধক, তাপ অপচয় এবং অগ্নি নির্বাপক ব্যবস্থার নির্বাচন সবই বিবেচনায় নেওয়া উচিত।

ব্যাটারি কুলিং সিস্টেমের নির্বাচন এবং প্রয়োগের জন্য, অনুগ্রহ করে পূর্ববর্তী ইস্যুটি পড়ুন।

কার্যকরী নিরাপত্তা নকশা

ভৌত এবং রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যগুলি নির্ধারণ করে যে উপাদানটি চার্জিং এবং ডিসচার্জিং ভোল্টেজকে সীমাবদ্ধ করতে পারে না। একবার চার্জিং এবং ডিসচার্জিং ভোল্টেজ রেট করা পরিসীমা অতিক্রম করলে, এটি লিথিয়াম ব্যাটারির অপরিবর্তনীয় ক্ষতির কারণ হবে। অতএব, লিথিয়াম ব্যাটারি যখন কাজ করছে তখন স্বাভাবিক অবস্থায় অভ্যন্তরীণ কোষের ভোল্টেজ এবং কারেন্ট বজায় রাখার জন্য সুরক্ষা সার্কিট যুক্ত করা প্রয়োজন। ব্যাটারির BMS এর জন্য, নিম্নলিখিত ফাংশন প্রয়োজন:

• চার্জিং ওভার ভোল্টেজ সুরক্ষা: অতিরিক্ত চার্জ থার্মাল পালিয়ে যাওয়ার প্রধান কারণগুলির মধ্যে একটি। অতিরিক্ত চার্জের পরে, অত্যধিক লিথিয়াম আয়ন মুক্তির কারণে ক্যাথোড উপাদানটি ধসে পড়বে এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডে লিথিয়াম বৃষ্টিপাতও ঘটবে, যা তাপীয় স্থিতিশীলতা হ্রাস এবং পার্শ্ব প্রতিক্রিয়া বৃদ্ধির দিকে পরিচালিত করে, যার সম্ভাব্য তাপ থেকে পালিয়ে যাওয়ার ঝুঁকি রয়েছে। অতএব, চার্জিং সেলের ঊর্ধ্ব সীমা ভোল্টেজে পৌঁছানোর পরে সময়মতো কারেন্ট বন্ধ করা বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ। এর জন্য BMS-এর ওভার ভোল্টেজ সুরক্ষার জন্য চার্জ করার ফাংশন থাকা প্রয়োজন, যাতে সেলের ভোল্টেজ সবসময় কাজের সীমার মধ্যে রাখা হয়। এটি ভাল হবে যে সুরক্ষা ভোল্টেজ একটি পরিসরের মান নয় এবং ব্যাপকভাবে পরিবর্তিত হয়, কারণ এটি সম্পূর্ণরূপে চার্জ হওয়ার সময় ব্যাটারিটি কারেন্ট বন্ধ করতে ব্যর্থ হতে পারে, যার ফলে অতিরিক্ত চার্জ হতে পারে। BMS এর সুরক্ষা ভোল্টেজ সাধারণত ঘরের উপরের ভোল্টেজের তুলনায় একই বা সামান্য কম হওয়ার জন্য ডিজাইন করা হয়।
• বর্তমান সুরক্ষার উপর চার্জ করা: চার্জ বা ডিসচার্জ সীমার চেয়ে বেশি কারেন্ট সহ ব্যাটারি চার্জ করা তাপ সঞ্চয়ের কারণ হতে পারে। ডায়াফ্রাম গলানোর জন্য যথেষ্ট তাপ জমা হলে, এটি একটি অভ্যন্তরীণ শর্ট সার্কিটের কারণ হতে পারে। তাই বর্তমান সুরক্ষার উপর সময়মত চার্জ করাও অপরিহার্য। আমাদের মনোযোগ দেওয়া উচিত যে ওভার কারেন্ট সুরক্ষা ডিজাইনের সেল কারেন্ট সহনশীলতার চেয়ে বেশি হতে পারে না।
• ভোল্টেজ সুরক্ষার অধীনে স্রাব: খুব বড় বা খুব ছোট ভোল্টেজ ব্যাটারির কর্মক্ষমতা ক্ষতি করবে। ভোল্টেজের অধীনে ক্রমাগত স্রাব তামাকে প্রক্ষেপণ করে এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডটি ভেঙে যায়, তাই সাধারণত ব্যাটারিতে ভোল্টেজ সুরক্ষা ফাংশনের অধীনে স্রাব থাকবে।
• বর্তমান সুরক্ষার উপর স্রাব: বেশিরভাগ PCB চার্জ এবং স্রাব একই ইন্টারফেসের মাধ্যমে, এই ক্ষেত্রে চার্জ এবং স্রাব সুরক্ষা কারেন্ট সামঞ্জস্যপূর্ণ। কিন্তু কিছু ব্যাটারি, বিশেষ করে বৈদ্যুতিক সরঞ্জামের ব্যাটারি, দ্রুত চার্জিং এবং অন্যান্য ধরণের ব্যাটারিতে বড় কারেন্ট ডিসচার্জ বা চার্জিং ব্যবহার করা প্রয়োজন, এই সময়ে কারেন্ট অসামঞ্জস্যপূর্ণ, তাই দুটি লুপ নিয়ন্ত্রণে চার্জ এবং ডিসচার্জ করা ভাল।
• শর্ট সার্কিট সুরক্ষা: ব্যাটারি শর্ট সার্কিটও সবচেয়ে সাধারণ ত্রুটিগুলির মধ্যে একটি। কিছু সংঘর্ষ, অপব্যবহার, চাপ, সূচ, জল প্রবেশ, ইত্যাদি, শর্ট সার্কিট প্ররোচিত করা সহজ। একটি শর্ট সার্কিট অবিলম্বে একটি বড় স্রাব কারেন্ট তৈরি করবে, যার ফলে ব্যাটারির তাপমাত্রা তীব্রভাবে বৃদ্ধি পাবে। একই সময়ে, বহিরাগত শর্ট সার্কিটের পরে কোষে সাধারণত বৈদ্যুতিক রাসায়নিক বিক্রিয়াগুলির একটি সিরিজ সঞ্চালিত হয়, যা বহিরাগত প্রতিক্রিয়াগুলির একটি সিরিজের দিকে পরিচালিত করে। শর্ট সার্কিট সুরক্ষাও এক ধরণের ওভার কারেন্ট সুরক্ষা। কিন্তু শর্ট সার্কিট কারেন্ট অসীম হবে, এবং তাপ এবং ক্ষতিও অসীম, তাই সুরক্ষা অবশ্যই খুব সংবেদনশীল হতে হবে এবং স্বয়ংক্রিয়ভাবে ট্রিগার হতে পারে। সাধারণ শর্ট সার্কিট সুরক্ষা ব্যবস্থার মধ্যে রয়েছে কন্টাক্টর, ফিউজ, এমওএস ইত্যাদি।
• অতিরিক্ত তাপমাত্রা সুরক্ষা: ব্যাটারি পরিবেষ্টিত তাপমাত্রার প্রতি সংবেদনশীল। খুব বেশি বা খুব কম তাপমাত্রা এর কর্মক্ষমতা প্রভাবিত করবে। তাই সীমা তাপমাত্রার মধ্যে ব্যাটারি চালু রাখা জরুরি। তাপমাত্রা খুব বেশি বা খুব কম হলে ব্যাটারি বন্ধ করার জন্য BMS-এর একটি তাপমাত্রা সুরক্ষা ফাংশন থাকা উচিত। এটি এমনকি চার্জ তাপমাত্রা সুরক্ষা এবং স্রাব তাপমাত্রা সুরক্ষা ইত্যাদিতে উপবিভক্ত করা যেতে পারে।
• ব্যালেন্সিং ফাংশন: নোটবুক এবং অন্যান্য মাল্টি-সিরিজ ব্যাটারির জন্য, উত্পাদন প্রক্রিয়ার পার্থক্যের কারণে কোষগুলির মধ্যে অসঙ্গতি রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, কিছু কোষের অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধ অন্যদের তুলনায় বড়। বাহ্যিক পরিবেশের প্রভাবে এই অসঙ্গতি ধীরে ধীরে খারাপ হতে থাকবে। অতএব, কোষের ভারসাম্য বাস্তবায়নের জন্য একটি ব্যালেন্স ম্যানেজমেন্ট ফাংশন থাকা প্রয়োজন। সাধারণত দুই ধরনের ভারসাম্য থাকে:

1. প্যাসিভ ব্যালেন্সিং: হার্ডওয়্যার ব্যবহার করুন, যেমন ভোল্টেজ তুলনাকারী, এবং তারপর উচ্চ-ক্ষমতার ব্যাটারির অতিরিক্ত শক্তি ছেড়ে দিতে প্রতিরোধের তাপ অপচয় ব্যবহার করুন। কিন্তু শক্তি খরচ বড়, সমীকরণ গতি ধীর, এবং দক্ষতা কম।

2. সক্রিয় ভারসাম্য: উচ্চ ভোল্টেজ সহ কোষের শক্তি সঞ্চয় করতে ক্যাপাসিটর ব্যবহার করুন এবং কম ভোল্টেজ সহ কোষে এটি ছেড়ে দেয়। যাইহোক, যখন সংলগ্ন কোষগুলির মধ্যে চাপের পার্থক্য ছোট হয়, তখন সমীকরণের সময় দীর্ঘ হয় এবং সমতা ভোল্টেজ থ্রেশহোল্ড আরও নমনীয়ভাবে সেট করা যায়।

স্ট্যান্ডার্ড বৈধতা

শেষ পর্যন্ত, আপনি যদি আপনার ব্যাটারিগুলি সফলভাবে আন্তর্জাতিক বা অভ্যন্তরীণ বাজারে প্রবেশ করতে চান তবে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির নিরাপত্তা নিশ্চিত করতে তাদের সম্পর্কিত মানগুলিও পূরণ করতে হবে। কোষ থেকে ব্যাটারি এবং হোস্ট পণ্য সংশ্লিষ্ট পরীক্ষার মান পূরণ করা উচিত. এই নিবন্ধটি ইলেকট্রনিক আইটি পণ্যগুলির জন্য ঘরোয়া ব্যাটারি সুরক্ষা প্রয়োজনীয়তার উপর ফোকাস করবে।

জিবি 31241-2022

এই মানটি বহনযোগ্য ইলেকট্রনিক ডিভাইসের ব্যাটারির জন্য। এটি প্রধানত মেয়াদ 5.2 নিরাপদ কাজের পরামিতি, PCM এর জন্য 10.1 থেকে 10.5 নিরাপত্তা প্রয়োজনীয়তা, সিস্টেম সুরক্ষা সার্কিটে 11.1 থেকে 11.5 নিরাপত্তা প্রয়োজনীয়তা (যখন ব্যাটারি নিজেই সুরক্ষা ছাড়া), 12.1 এবং 12.2 ধারাবাহিকতার জন্য প্রয়োজনীয়তা এবং পরিশিষ্ট A (নথিপত্রের জন্য) বিবেচনা করে .

u মেয়াদ 5.2-এর প্রয়োজন সেল এবং ব্যাটারির পরামিতিগুলি মিলে যাওয়া উচিত, যা বোঝা যেতে পারে যে ব্যাটারির কার্যকারী পরামিতিগুলি কোষের পরিসীমা অতিক্রম করা উচিত নয়৷ যাইহোক, ব্যাটারি সুরক্ষা পরামিতিগুলি কি নিশ্চিত করতে হবে যে ব্যাটারি কাজ করার পরামিতিগুলি কোষের পরিসীমা অতিক্রম না করে? বিভিন্ন বোঝাপড়া আছে, কিন্তু ব্যাটারি ডিজাইন নিরাপত্তার দৃষ্টিকোণ থেকে, উত্তর হল হ্যাঁ। উদাহরণস্বরূপ, একটি সেলের (বা সেল ব্লক) সর্বোচ্চ চার্জিং কারেন্ট হল 3000mA, ব্যাটারির সর্বাধিক কার্যকরী কারেন্ট 3000mA-এর বেশি হওয়া উচিত নয় এবং ব্যাটারির সুরক্ষা কারেন্টও নিশ্চিত করা উচিত যে চার্জিং প্রক্রিয়ায় কারেন্ট যেন বেশি না হয়। 3000mA শুধুমাত্র এই ভাবে আমরা কার্যকরভাবে রক্ষা করতে পারি এবং বিপদগুলি এড়াতে পারি। সুরক্ষা পরামিতিগুলির নকশার জন্য, অনুগ্রহ করে পরিশিষ্ট A দেখুন। এটি ব্যবহার করা সেল – ব্যাটারি – হোস্টের প্যারামিটার ডিজাইন বিবেচনা করে, যা তুলনামূলকভাবে ব্যাপক।

u একটি সুরক্ষা সার্কিট সহ ব্যাটারির জন্য, একটি 10.1~10.5 ব্যাটারি সুরক্ষা সার্কিট নিরাপত্তা পরীক্ষা প্রয়োজন৷ এই অধ্যায়ে প্রধানত চার্জিং ওভার ভোল্টেজ সুরক্ষা, চার্জিং ওভার কারেন্ট প্রোটেকশন, ডিসচার্জিং আন্ডার ভোল্টেজ প্রোটেকশন, ডিসচার্জিং ওভার কারেন্ট প্রোটেকশন এবং শর্ট সার্কিট সুরক্ষা নিয়ে তদন্ত করে। এগুলো উপরে উল্লেখ করা হয়েছেকার্যকরী নিরাপত্তা নকশাএবং মৌলিক প্রয়োজনীয়তা। GB 31241 500 বার চেক করতে হবে।

u যদি সুরক্ষা সার্কিট ছাড়া ব্যাটারি তার চার্জার বা শেষ ডিভাইস দ্বারা সুরক্ষিত থাকে, 11.1~11.5 সিস্টেম সুরক্ষা সার্কিটের নিরাপত্তা পরীক্ষা বাহ্যিক সুরক্ষা ডিভাইসের সাথে পরিচালিত হবে। চার্জ এবং স্রাবের ভোল্টেজ, বর্তমান এবং তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ প্রধানত তদন্ত করা হয়। এটি লক্ষণীয় যে, সুরক্ষা সার্কিট সহ ব্যাটারির সাথে তুলনা করে, সুরক্ষা সার্কিট ছাড়া ব্যাটারিগুলি কেবলমাত্র প্রকৃত ব্যবহারের ক্ষেত্রে সরঞ্জামগুলির সুরক্ষার উপর নির্ভর করতে পারে। ঝুঁকি বেশি, তাই স্বাভাবিক অপারেশন এবং একক ফল্ট অবস্থা আলাদাভাবে পরীক্ষা করা হবে। এটি শেষ ডিভাইসটিকে দ্বৈত সুরক্ষা থাকতে বাধ্য করে; অন্যথায় এটি অধ্যায় 11 এ পরীক্ষা পাস করতে পারবে না।

অবশেষে, যদি একটি ব্যাটারিতে একাধিক সিরিজ সেল থাকে, তাহলে আপনাকে ভারসাম্যহীন চার্জিংয়ের ঘটনাটি বিবেচনা করতে হবে। অধ্যায় 12 এর একটি সামঞ্জস্য পরীক্ষা প্রয়োজন। PCB এর ভারসাম্য এবং ডিফারেনশিয়াল প্রেসার সুরক্ষা ফাংশনগুলি মূলত এখানে তদন্ত করা হয়। একক-কোষ ব্যাটারির জন্য এই ফাংশনটির প্রয়োজন নেই।

জিবি 4943.1-2022

এই মান AV পণ্যের জন্য. ব্যাটারি চালিত ইলেকট্রনিক পণ্যের ক্রমবর্ধমান ব্যবহারের সাথে, GB 4943.1-2022-এর নতুন সংস্করণ পরিশিষ্ট M-এ ব্যাটারির জন্য নির্দিষ্ট প্রয়োজনীয়তা দেয়, ব্যাটারির সাথে সরঞ্জাম এবং তাদের সুরক্ষা সার্কিটগুলির মূল্যায়ন করে। ব্যাটারি সুরক্ষা সার্কিটের মূল্যায়নের উপর ভিত্তি করে, সেকেন্ডারি লিথিয়াম ব্যাটারি ধারণকারী সরঞ্জামগুলির জন্য অতিরিক্ত নিরাপত্তা প্রয়োজনীয়তাও যোগ করা হয়েছে।

u সেকেন্ডারি লিথিয়াম ব্যাটারি সুরক্ষা সার্কিট প্রধানত ওভার-চার্জ, ওভার-ডিসচার্জ, রিভার্স চার্জিং, চার্জিং নিরাপত্তা সুরক্ষা (তাপমাত্রা), শর্ট সার্কিট সুরক্ষা, ইত্যাদি তদন্ত করে৷ এটি লক্ষ করা উচিত যে এই সমস্ত পরীক্ষাগুলির জন্য সুরক্ষা সার্কিটে একটি একক ত্রুটি প্রয়োজন৷ এই প্রয়োজনীয়তা ব্যাটারি স্ট্যান্ডার্ড GB 31241 এ উল্লেখ করা হয়নি। তাই ব্যাটারি সুরক্ষা ফাংশনের ডিজাইনে, আমাদের ব্যাটারি এবং হোস্টের মানক প্রয়োজনীয়তাগুলিকে একত্রিত করতে হবে। যদি ব্যাটারির শুধুমাত্র একটি সুরক্ষা থাকে এবং কোনো অপ্রয়োজনীয় উপাদান না থাকে, বা ব্যাটারির কোনো সুরক্ষা সার্কিট না থাকে এবং সুরক্ষা সার্কিট শুধুমাত্র হোস্ট দ্বারা সরবরাহ করা হয়, তাহলে পরীক্ষার এই অংশের জন্য হোস্টকে অন্তর্ভুক্ত করা উচিত।

উপসংহার

উপসংহারে, একটি নিরাপদ ব্যাটারি ডিজাইন করার জন্য, উপাদানের পছন্দ ছাড়াও, পরবর্তী স্ট্রাকচারাল ডিজাইন এবং কার্যকরী নিরাপত্তা নকশা সমানভাবে গুরুত্বপূর্ণ। যদিও বিভিন্ন মানের পণ্যগুলির জন্য বিভিন্ন প্রয়োজনীয়তা রয়েছে, যদি বিভিন্ন বাজারের প্রয়োজনীয়তাগুলি পূরণ করার জন্য ব্যাটারি ডিজাইনের নিরাপত্তা সম্পূর্ণরূপে বিবেচনা করা যায়, তাহলে লিড টাইম ব্যাপকভাবে হ্রাস করা যেতে পারে এবং পণ্যটিকে বাজারে ত্বরান্বিত করা যেতে পারে। বিভিন্ন দেশ এবং অঞ্চলের আইন, প্রবিধান এবং মান একত্রিত করার পাশাপাশি, টার্মিনাল পণ্যগুলিতে ব্যাটারির প্রকৃত ব্যবহারের উপর ভিত্তি করে পণ্যগুলি ডিজাইন করাও প্রয়োজনীয়।