اس وقت، لیتھیم آئن بیٹریوں کے زیادہ تر حفاظتی حادثات پروٹیکشن سرکٹ کی خرابی کی وجہ سے ہوتے ہیں، جس کی وجہ سے بیٹری تھرمل بھاگ جاتی ہے اور اس کے نتیجے میں آگ اور دھماکے ہوتے ہیں۔ لہذا، لتیم بیٹری کے محفوظ استعمال کا احساس کرنے کے لیے، حفاظتی سرکٹ کا ڈیزائن خاص طور پر اہم ہے، اور لتیم بیٹری کی ناکامی کا سبب بننے والے تمام عوامل کو مدنظر رکھا جانا چاہیے۔ پیداواری عمل کے علاوہ، ناکامیاں بنیادی طور پر بیرونی انتہائی حالات میں تبدیلیوں کی وجہ سے ہوتی ہیں، جیسے اوور چارج، اوور ڈسچارج اور زیادہ درجہ حرارت۔ اگر ان پیرامیٹرز کی حقیقی وقت میں نگرانی کی جائے اور ان کے تبدیل ہونے پر ان کے مطابق حفاظتی اقدامات کیے جائیں، تو تھرمل بھاگنے کے واقعات سے بچا جا سکتا ہے۔ لیتھیم بیٹری کے حفاظتی ڈیزائن میں کئی پہلو شامل ہیں: سیل کا انتخاب، ساختی ڈیزائن اور BMS کا فعال حفاظتی ڈیزائن۔

سیل کا انتخاب

سیل کی حفاظت کو متاثر کرنے والے بہت سے عوامل ہیں جن میں سیل مواد کا انتخاب بنیاد ہے۔ مختلف کیمیائی خصوصیات کی وجہ سے، لتیم بیٹری کے مختلف کیتھوڈ مواد میں حفاظت مختلف ہوتی ہے۔ مثال کے طور پر، لیتھیم آئرن فاسفیٹ زیتون کی شکل کا ہے، جو نسبتاً مستحکم ہے اور گرنا آسان نہیں ہے۔ لتیم کوبالٹیٹ اور لتیم ٹرنری، تاہم، تہہ دار ڈھانچہ ہیں جو گرنا آسان ہے۔ الگ کرنے والے کا انتخاب بھی بہت اہم ہے، کیونکہ اس کی کارکردگی کا براہ راست تعلق سیل کی حفاظت سے ہے۔ اس لیے سیل کے انتخاب میں، نہ صرف پتہ لگانے کی رپورٹس بلکہ مینوفیکچررز کے پروڈکشن کے عمل، مواد اور ان کے پیرامیٹرز کو بھی مدنظر رکھا جائے گا۔

ساخت کا ڈیزائن

بیٹری کا ڈھانچہ ڈیزائن بنیادی طور پر موصلیت اور گرمی کی کھپت کی ضروریات پر غور کرتا ہے۔

• موصلیت کی ضروریات میں عام طور پر درج ذیل پہلو شامل ہوتے ہیں: مثبت اور منفی الیکٹروڈ کے درمیان موصلیت؛ سیل اور دیوار کے درمیان موصلیت؛ قطب ٹیبز اور دیوار کے درمیان موصلیت؛ پی سی بی الیکٹریکل اسپیسنگ اور کری پیج فاصلہ، اندرونی وائرنگ ڈیزائن، گراؤنڈنگ ڈیزائن وغیرہ۔
• حرارت کی کھپت بنیادی طور پر توانائی کے کچھ بڑے ذخیرہ یا کرشن بیٹریوں کے لیے ہوتی ہے۔ ان بیٹریوں کی زیادہ توانائی کی وجہ سے چارجنگ اور ڈسچارج کے دوران پیدا ہونے والی حرارت بہت زیادہ ہوتی ہے۔ اگر گرمی کو بروقت ختم نہ کیا جا سکے تو گرمی جمع ہو جائے گی اور اس کے نتیجے میں حادثات رونما ہوں گے۔ لہٰذا، انکلوژر میٹریل کے انتخاب اور ڈیزائن (اس میں مخصوص مکینیکل طاقت اور ڈسٹ پروف اور واٹر پروف ضروریات ہونی چاہئیں)، کولنگ سسٹم اور دیگر اندرونی تھرمل موصلیت کا انتخاب، گرمی کی کھپت اور آگ بجھانے کے نظام کو مدنظر رکھا جانا چاہیے۔

بیٹری کولنگ سسٹم کے انتخاب اور اطلاق کے لیے، براہ کرم سابقہ ​​اجراء کا حوالہ دیں۔

فنکشنل حفاظتی ڈیزائن

جسمانی اور کیمیائی خصوصیات اس بات کا تعین کرتی ہیں کہ مواد چارجنگ اور ڈسچارج وولٹیج کو محدود نہیں کر سکتا۔ ایک بار جب چارجنگ اور ڈسچارجنگ وولٹیج ریٹیڈ رینج سے تجاوز کر جائے تو اس سے لیتھیم بیٹری کو ناقابل واپسی نقصان پہنچے گا۔ لہٰذا، جب لیتھیم بیٹری کام کر رہی ہو تو اندرونی سیل کے وولٹیج اور کرنٹ کو معمول کی حالت میں برقرار رکھنے کے لیے پروٹیکشن سرکٹ کو شامل کرنا ضروری ہے۔ بیٹریوں کے BMS کے لیے، درج ذیل افعال کی ضرورت ہے:

• اوور وولٹیج پروٹیکشن: زیادہ چارجنگ تھرمل بھاگنے کی ایک اہم وجہ ہے۔ زیادہ چارج ہونے کے بعد، کیتھوڈ مواد ضرورت سے زیادہ لتیم آئن کے اخراج کی وجہ سے گر جائے گا، اور منفی الیکٹروڈ میں لیتھیم کی بارش بھی ہوگی، جو تھرمل استحکام میں کمی اور ضمنی رد عمل میں اضافے کا باعث بنتی ہے، جس سے تھرمل بھاگنے کا امکان ہوتا ہے۔ لہذا، یہ خاص طور پر اہم ہے کہ چارجنگ سیل کے اوپری حد وولٹیج تک پہنچنے کے بعد کرنٹ کو وقت پر کاٹ دیں۔ اس کے لیے بی ایم ایس کو اوور وولٹیج پروٹیکشن چارج کرنے کا کام کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، تاکہ سیل کا وولٹیج ہمیشہ کام کرنے کی حد کے اندر رہے۔ یہ بہتر ہوگا کہ پروٹیکشن وولٹیج رینج ویلیو نہیں ہے اور وسیع پیمانے پر مختلف ہوتی ہے، کیونکہ یہ بیٹری کے مکمل چارج ہونے کے وقت کرنٹ کو منقطع کرنے میں ناکام ہو سکتی ہے، جس کے نتیجے میں زیادہ چارج ہو جاتا ہے۔ بی ایم ایس کا پروٹیکشن وولٹیج عام طور پر سیل کے اوپری وولٹیج کے برابر یا تھوڑا سا کم ہونے کے لیے ڈیزائن کیا جاتا ہے۔
• موجودہ تحفظ سے زیادہ چارج کرنا: چارج یا خارج ہونے والی حد سے زیادہ کرنٹ کے ساتھ بیٹری کو چارج کرنا گرمی کے جمع ہونے کا سبب بن سکتا ہے۔ جب گرمی ڈایافرام کو پگھلنے کے لیے کافی جمع ہو جاتی ہے، تو یہ اندرونی شارٹ سرکٹ کا سبب بن سکتی ہے۔ لہذا موجودہ تحفظ پر بروقت چارجنگ بھی ضروری ہے۔ ہمیں اس بات پر توجہ دینی چاہیے کہ زیادہ موجودہ تحفظ ڈیزائن میں سیل کرنٹ رواداری سے زیادہ نہیں ہو سکتا۔
• وولٹیج کے تحفظ کے تحت خارج ہونا: بہت زیادہ یا بہت چھوٹا وولٹیج بیٹری کی کارکردگی کو نقصان پہنچائے گا۔ وولٹیج کے تحت مسلسل خارج ہونے سے تانبے کو تیز ہو جائے گا اور منفی الیکٹروڈ گر جائے گا، لہذا عام طور پر بیٹری میں وولٹیج کے تحفظ کے فنکشن کے تحت خارج ہوتا ہے۔
• کرنٹ پروٹیکشن پر ڈسچارج: پی سی بی کا زیادہ تر چارج اور ڈسچارج ایک ہی انٹرفیس کے ذریعے ہوتا ہے، اس صورت میں چارج اور ڈسچارج پروٹیکشن کرنٹ برابر ہے۔ لیکن کچھ بیٹریاں، خاص طور پر الیکٹرک ٹولز کے لیے بیٹریاں، تیز چارجنگ اور دیگر قسم کی بیٹریوں کو بڑے کرنٹ ڈسچارج یا چارجنگ استعمال کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، اس وقت کرنٹ متضاد ہے، اس لیے دو لوپ کنٹرول میں چارج اور ڈسچارج کرنا بہتر ہے۔
• شارٹ سرکٹ کا تحفظ: بیٹری کا شارٹ سرکٹ بھی سب سے عام خرابیوں میں سے ایک ہے۔ کچھ تصادم، غلط استعمال، نچوڑ، سوئی لگانا، پانی میں داخل ہونا وغیرہ، شارٹ سرکٹ کو دلانا آسان ہے۔ ایک شارٹ سرکٹ فوری طور پر ایک بڑا ڈسچارج کرنٹ پیدا کرے گا، جس کے نتیجے میں بیٹری کے درجہ حرارت میں تیزی سے اضافہ ہوگا۔ ایک ہی وقت میں، الیکٹرو کیمیکل رد عمل کا ایک سلسلہ عام طور پر بیرونی شارٹ سرکٹ کے بعد سیل میں ہوتا ہے، جس سے خارجی رد عمل کی ایک سیریز ہوتی ہے۔ شارٹ سرکٹ پروٹیکشن بھی اوور کرنٹ پروٹیکشن کی ایک قسم ہے۔ لیکن شارٹ سرکٹ کرنٹ لامحدود ہوگا، اور گرمی اور نقصان بھی لامحدود ہے، اس لیے تحفظ بہت حساس ہونا چاہیے اور خود بخود متحرک ہو سکتا ہے۔ عام شارٹ سرکٹ کے تحفظ کے اقدامات میں کانٹیکٹرز، فیوز، ایم او ایس وغیرہ شامل ہیں۔
• زیادہ درجہ حرارت سے تحفظ: بیٹری محیط درجہ حرارت کے لیے حساس ہے۔ بہت زیادہ یا بہت کم درجہ حرارت اس کی کارکردگی کو متاثر کرے گا۔ اس لیے بیٹری کو حد درجہ حرارت کے اندر کام کرنا ضروری ہے۔ جب درجہ حرارت بہت زیادہ یا بہت کم ہو تو بیٹری کو روکنے کے لیے BMS میں درجہ حرارت کے تحفظ کا فنکشن ہونا چاہیے۔ اسے چارج درجہ حرارت کے تحفظ اور خارج ہونے والے درجہ حرارت کے تحفظ وغیرہ میں بھی تقسیم کیا جا سکتا ہے۔
• بیلنسنگ فنکشن: نوٹ بک اور دیگر ملٹی سیریز بیٹریوں کے لیے، پروڈکشن کے عمل میں فرق کی وجہ سے خلیات میں تضاد ہے۔ مثال کے طور پر، کچھ خلیوں کی اندرونی مزاحمت دوسروں سے زیادہ ہوتی ہے۔ یہ عدم مطابقت بیرونی ماحول کے زیر اثر بتدریج بگڑتی جائے گی۔ اس لیے سیل کے توازن کو نافذ کرنے کے لیے بیلنس مینجمنٹ فنکشن کا ہونا ضروری ہے۔ توازن کی عام طور پر دو قسمیں ہیں:

1. غیر فعال توازن: ہارڈ ویئر کا استعمال کریں، جیسے وولٹیج کا موازنہ کرنے والا، اور پھر اعلی صلاحیت والی بیٹری کی اضافی طاقت کو جاری کرنے کے لیے مزاحمتی حرارت کی کھپت کا استعمال کریں۔ لیکن توانائی کی کھپت بڑی ہے، مساوات کی رفتار سست ہے، اور کارکردگی کم ہے۔

2. فعال توازن: زیادہ وولٹیج والے خلیوں کی طاقت کو ذخیرہ کرنے کے لیے کیپسیٹرز کا استعمال کریں اور اسے کم وولٹیج کے ساتھ سیل میں جاری کریں۔ تاہم، جب ملحقہ خلیوں کے درمیان دباؤ کا فرق چھوٹا ہوتا ہے، تو مساوات کا وقت طویل ہوتا ہے، اور مساوات وولٹیج کی حد کو زیادہ لچکدار طریقے سے سیٹ کیا جا سکتا ہے۔

معیاری توثیق

آخر میں، اگر آپ چاہتے ہیں کہ آپ کی بیٹریاں کامیابی کے ساتھ بین الاقوامی یا گھریلو مارکیٹ میں داخل ہوں، تو انہیں لیتھیم آئن بیٹری کی حفاظت کو یقینی بنانے کے لیے متعلقہ معیارات کو بھی پورا کرنے کی ضرورت ہے۔ خلیوں سے لے کر بیٹریوں تک اور میزبان مصنوعات کو ٹیسٹ کے متعلقہ معیارات پر پورا اترنا چاہیے۔ یہ مضمون الیکٹرانک آئی ٹی مصنوعات کے لیے گھریلو بیٹری کے تحفظ کی ضروریات پر توجہ مرکوز کرے گا۔

جی بی 31241-2022

یہ معیار پورٹیبل الیکٹرانک آلات کی بیٹریوں کے لیے ہے۔ یہ بنیادی طور پر ٹرم 5.2 محفوظ ورکنگ پیرامیٹرز، پی سی ایم کے لیے 10.1 سے 10.5 حفاظتی تقاضوں، سسٹم پروٹیکشن سرکٹ پر 11.1 سے 11.5 حفاظتی تقاضوں (جب بیٹری خود تحفظ کے بغیر ہے)، مستقل مزاجی کے لیے 12.1 اور 12.2 کے تقاضوں، اور ضمیمہ A (دستاویزات کے لیے) پر غور کرتا ہے۔ .

u ٹرم 5.2 کے مطابق سیل اور بیٹری کے پیرامیٹرز کا مماثل ہونا چاہیے، جس کو سمجھا جا سکتا ہے کیونکہ بیٹری کے کام کرنے والے پیرامیٹرز کو سیل کی حد سے زیادہ نہیں ہونا چاہیے۔ تاہم، کیا بیٹری کے تحفظ کے پیرامیٹرز کو یقینی بنانے کی ضرورت ہے کہ بیٹری کے کام کرنے والے پیرامیٹرز سیل کی حد سے زیادہ نہ ہوں؟ مختلف تفہیم ہیں، لیکن بیٹری ڈیزائن کی حفاظت کے نقطہ نظر سے، جواب ہاں میں ہے۔ مثال کے طور پر، سیل (یا سیل بلاک) کا زیادہ سے زیادہ چارج کرنٹ 3000mA ہے، بیٹری کا زیادہ سے زیادہ ورکنگ کرنٹ 3000mA سے زیادہ نہیں ہونا چاہیے، اور بیٹری کے پروٹیکشن کرنٹ کو یہ بھی یقینی بنانا چاہیے کہ چارجنگ کے عمل میں کرنٹ سے زیادہ نہیں ہونا چاہیے۔ 3000mA صرف اسی طریقے سے ہم مؤثر طریقے سے حفاظت اور خطرات سے بچ سکتے ہیں۔ تحفظ کے پیرامیٹرز کے ڈیزائن کے لیے، براہ کرم ضمیمہ A کا حوالہ دیں۔ یہ استعمال میں سیل – بیٹری – میزبان کے پیرامیٹر ڈیزائن پر غور کرتا ہے، جو نسبتاً جامع ہے۔

حفاظتی سرکٹ والی بیٹریوں کے لیے، 10.1~10.5 بیٹری پروٹیکشن سرکٹ سیفٹی ٹیسٹ درکار ہے۔ یہ باب بنیادی طور پر اوور وولٹیج پروٹیکشن، چارجنگ اوور کرنٹ پروٹیکشن، وولٹیج پروٹیکشن کے تحت ڈسچارج، کرنٹ پروٹیکشن سے زیادہ ڈسچارج اور شارٹ سرکٹ پروٹیکشن کی تحقیقات کرتا ہے۔ ان کا ذکر اوپر میں کیا گیا ہے۔فنکشنل سیفٹی ڈیزائناور بنیادی ضروریات۔ GB 31241 کو 500 بار چیک کرنے کی ضرورت ہے۔

u اگر پروٹیکشن سرکٹ کے بغیر بیٹری اس کے چارجر یا اینڈ ڈیوائس کے ذریعے محفوظ ہے، تو 11.1~11.5 سسٹم پروٹیکشن سرکٹ کا سیفٹی ٹیسٹ بیرونی پروٹیکشن ڈیوائس کے ساتھ کیا جائے گا۔ چارج اور خارج ہونے والے مادہ کے وولٹیج، موجودہ اور درجہ حرارت کنٹرول بنیادی طور پر تحقیقات کی جاتی ہیں. یہ بات قابل غور ہے کہ پروٹیکشن سرکٹس والی بیٹریوں کے مقابلے میں، پروٹیکشن سرکٹس کے بغیر بیٹریاں صرف اصل استعمال میں آلات کے تحفظ پر انحصار کر سکتی ہیں۔ خطرہ زیادہ ہے، اس لیے عام آپریشن اور سنگل فالٹ کنڈیشنز کا الگ الگ ٹیسٹ کیا جائے گا۔ یہ آخری آلہ کو دوہری تحفظ حاصل کرنے پر مجبور کرتا ہے۔ بصورت دیگر یہ باب 11 میں امتحان پاس نہیں کر سکتا۔

u آخر میں، اگر بیٹری میں ایک سے زیادہ سیریز سیلز ہیں، تو آپ کو غیر متوازن چارجنگ کے رجحان پر غور کرنے کی ضرورت ہے۔ باب 12 کے موافقت ٹیسٹ کی ضرورت ہے۔ پی سی بی کے توازن اور تفریق دباؤ کے تحفظ کے افعال کی بنیادی طور پر یہاں چھان بین کی جاتی ہے۔ یہ فنکشن سنگل سیل بیٹریوں کے لیے ضروری نہیں ہے۔

جی بی 4943.1-2022

یہ معیار AV مصنوعات کے لیے ہے۔ بیٹری سے چلنے والی الیکٹرانک مصنوعات کے بڑھتے ہوئے استعمال کے ساتھ، GB 4943.1-2022 کا نیا ورژن ضمیمہ M میں بیٹریوں کے لیے مخصوص ضروریات دیتا ہے، بیٹریوں کے ساتھ آلات اور ان کے تحفظ کے سرکٹس کا جائزہ لے رہا ہے۔ بیٹری پروٹیکشن سرکٹ کی تشخیص کی بنیاد پر، ثانوی لیتھیم بیٹریوں پر مشتمل آلات کے لیے اضافی حفاظتی تقاضے بھی شامل کیے گئے ہیں۔

u سیکنڈری لیتھیم بیٹری پروٹیکشن سرکٹ بنیادی طور پر اوور چارج، اوور ڈسچارج، ریورس چارجنگ، چارجنگ سیفٹی پروٹیکشن (درجہ حرارت)، شارٹ سرکٹ پروٹیکشن وغیرہ کی تحقیقات کرتا ہے۔ واضح رہے کہ ان تمام ٹیسٹوں میں پروٹیکشن سرکٹ میں ایک ہی خرابی کی ضرورت ہوتی ہے۔ بیٹری اسٹینڈرڈ جی بی 31241 میں اس ضرورت کا ذکر نہیں ہے۔ لہذا بیٹری پروٹیکشن فنکشن کے ڈیزائن میں، ہمیں بیٹری اور ہوسٹ کی معیاری ضروریات کو یکجا کرنے کی ضرورت ہے۔ اگر بیٹری میں صرف ایک تحفظ ہے اور کوئی فالتو اجزاء نہیں ہیں، یا بیٹری میں کوئی پروٹیکشن سرکٹ نہیں ہے اور پروٹیکشن سرکٹ صرف میزبان فراہم کرتا ہے، تو میزبان کو ٹیسٹ کے اس حصے کے لیے شامل کیا جانا چاہیے۔

نتیجہ

آخر میں، ایک محفوظ بیٹری کو ڈیزائن کرنے کے لیے، خود مواد کے انتخاب کے علاوہ، بعد میں ساختی ڈیزائن اور فعال حفاظتی ڈیزائن بھی اتنے ہی اہم ہیں۔ اگرچہ مختلف معیارات میں مصنوعات کے لیے مختلف تقاضے ہوتے ہیں، اگر بیٹری کے ڈیزائن کی حفاظت کو مختلف مارکیٹوں کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے مکمل طور پر سمجھا جا سکتا ہے، تو لیڈ ٹائم کو بہت کم کیا جا سکتا ہے اور مصنوعات کو مارکیٹ میں تیز کیا جا سکتا ہے۔ مختلف ممالک اور خطوں کے قوانین، ضوابط اور معیارات کو یکجا کرنے کے علاوہ، ٹرمینل مصنوعات میں بیٹریوں کے حقیقی استعمال کی بنیاد پر مصنوعات کو ڈیزائن کرنا بھی ضروری ہے۔