सेल संतुलन तकनीक और उनका उपयोग कैसे करें

एक नाममात्र लिथियम सेल को केवल 4.2V के लिए रेट किया गया है, लेकिन इसके अनुप्रयोगों जैसे EV, पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक्स, लैपटॉप, पावर बैंक आदि में हमें इसके नाममात्र वोल्टेज की तुलना में बहुत अधिक वोल्टेज की आवश्यकता होती है। यही कारण है कि डिज़ाइनर उच्च वोल्टेज मूल्यों के बैटरी पैक बनाने के लिए श्रृंखला में एक से अधिक सेल को मिलाते हैं। जैसा कि हम अपने पिछले इलेक्ट्रिक वाहन बैटरी लेख से जानते हैं, जब बैटरी को श्रृंखला में संयोजित किया जाता है तो वोल्टेज मान जुड़ जाता है। उदाहरण के लिए जब श्रृंखला में 4.2V के चार लिथियम सेल जुड़े हुए हैं तो परिणामी बैटरी पैक का प्रभावी आउटपुट वोल्टेज 16.8V होगा।

लेकिन आप कल्पना कर सकते हैं कि श्रृंखला में कई कोशिकाओं को जोड़ने के लिए है जैसे कई घोड़ों को एक रथ पर चढ़ना। यदि सभी घोड़े समान गति से दौड़ेंगे तो ही रथ को अधिकतम दक्षता के साथ चलाया जा सकेगा। चार घोड़ों में से यदि एक घोड़ा धीरे-धीरे चलता है, तो अन्य तीन को भी अपनी गति कम करनी पड़ती है, जिससे दक्षता कम हो जाती है और यदि एक घोड़ा तेजी से भागता है, तो वह अंतत: अन्य तीन घोड़ों के भार को खींचकर खुद को चोट पहुंचाएगा। इसी तरह, जब चार कोशिकाएं श्रृंखला में जुड़ी होती हैं, तो सभी चार कोशिकाओं के वोल्टेज मान अधिकतम दक्षता के साथ बैटरी पैक प्राप्त करने के लिए बराबर होने चाहिए। सभी सेल वोल्टेज को समान बनाए रखने की विधि को सेल बैलेंसिंग कहा जाता है। इस लेख में हम सेल बैलेंसिंग के बारे में अधिक जानेंगे और हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर स्तर पर उनका उपयोग कैसे करें, इसके बारे में भी संक्षेप में बताएंगे।

हमें सेल बैलेंसिंग की आवश्यकता क्यों है?

सेल बैलेंसिंग एक ऐसी तकनीक है जिसमें बैटरी पैक बनाने के लिए श्रृंखला में जुड़े प्रत्येक व्यक्तिगत सेल के वोल्टेज स्तर को बैटरी पैक की अधिकतम दक्षता प्राप्त करने के लिए बराबर रखा जाता है। जब एक बैटरी पैक बनाने के लिए विभिन्न कोशिकाओं को एक साथ जोड़ा जाता है तो हमेशा यह सुनिश्चित किया जाता है कि वे एक ही रसायन विज्ञान और वोल्टेज मान के हों। लेकिन जब एक बार पैक स्थापित हो जाता है और अलग-अलग सेल के वोल्टेज मानों को चार्ज करने और डिस्चार्ज करने के अधीन हो जाता है, तो कुछ कारणों से अलग-अलग हो जाते हैं, जिनके बारे में हम बाद में चर्चा करेंगे। वोल्टेज के स्तर में यह भिन्नता कोशिका असंतुलन का कारण बनती है जो निम्न समस्याओं में से एक को जन्म देगी

बेलगाम उष्म वायु प्रवाह

सबसे खराब चीज जो हो सकती है वह है थर्मल रनवे। जैसा कि हम जानते हैं कि लिथियम कोशिकाएं ओवरचार्जिंग और डिस्चार्जिंग के प्रति बहुत संवेदनशील होती हैं। चार सेल के एक पैक में यदि एक सेल 3.5V है जबकि दूसरा 3.2V है तो चार्ज सभी सेल को एक साथ चार्ज करेगा क्योंकि वे श्रृंखला में हैं और यह 3.5V सेल को अनुशंसित वोल्टेज से अधिक चार्ज करेगा क्योंकि अन्य बैटरी अभी भी हैं चार्ज करने की आवश्यकता है।

सेल डिग्रेडेशन

जब एक लिथियम सेल को उसके अनुशंसित मूल्य से थोड़ा ऊपर भी अधिभारित किया जाता है, तो सेल की दक्षता और जीवन चक्र कम हो जाता है। उदाहरण के लिए चार्ज वोल्टेज में मामूली वृद्धि 4.2V से 4.25V बैटरी को 30% तक कम कर देगी। इसलिए अगर सेल बैलेंसिंग सही नहीं है तो थोड़ी सी भी ओवरचार्जिंग से बैटरी की लाइफ टाइम कम हो जाएगी।

पैक का अधूरा चार्ज

चूँकि एक पैक में बैटरी पुराने पड़ने वाली कुछ कोशिकाएँ इसकी पड़ोसी कोशिकाओं की तुलना में कमजोर हो सकती हैं। ये सप्ताह की कोशिकाएं भारी समस्या होंगी क्योंकि वे सामान्य स्वस्थ कोशिका की तुलना में तेजी से चार्ज और डिस्चार्ज होंगी। श्रृंखला कोशिकाओं के साथ एक बैटरी पैक चार्ज करते समय चार्जिंग प्रक्रिया को रोक दिया जाना चाहिए, भले ही एक सेल अधिकतम वोल्टेज तक पहुंच जाए। इस तरह अगर एक बैटरी पैक में दो सेल सप्ताह में मिलते हैं तो वे तेजी से चार्जर करेंगे और इस प्रकार शेष कोशिकाओं को अधिकतम चार्ज नहीं किया जाएगा जैसा कि नीचे दिखाया गया है।

पैक ऊर्जा का अधूरा उपयोग

इसी तरह से जब बैटरी पैक को डिस्चार्ज किया जा रहा होता है, तो कमजोर कोशिकाएं स्वस्थ कोशिका की तुलना में तेजी से डिस्चार्ज होती हैं और वे अन्य कोशिकाओं की तुलना में तेजी से न्यूनतम वोल्टेज तक पहुंचती हैं। जैसा कि हमने अपने बीएमएस लेख में सीखा है कि पैक लोड से डिस्कनेक्ट हो जाएगा, भले ही एक सेल न्यूनतम वोल्टेज तक पहुंच जाए। यह पैक ऊर्जा की अप्रयुक्त क्षमता की ओर जाता है जैसा कि नीचे दिखाया गया है।

उपरोक्त सभी संभावित नुकसानों पर विचार करते हुए, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि बैटरी पैक का अधिकतम दक्षता तक उपयोग करने के लिए एक सेल बैलेंसिंग अनिवार्य होगा । अभी भी कुछ एप्लिकेशन हैं जहां शुरुआती लागत बहुत कम होनी चाहिए और उन अनुप्रयोगों में बैटरी प्रतिस्थापन एक समस्या नहीं है जो सेल बैलेंसिंग से बचा जा सकता है। लेकिन इलेक्ट्रिक वाहनों सहित अधिकांश अनुप्रयोगों में, बैटरी पैक से अधिकतम रस प्राप्त करने के लिए सेल बैलेंसिंग अनिवार्य है।

बैटरी पैक में सेल असंतुलित होने का क्या कारण है?

अब हम जानते हैं कि बैटरी पैक में सभी कोशिकाओं को संतुलित रखना क्यों महत्वपूर्ण है। लेकिन समस्या को ठीक से संबोधित करने के लिए हमें यह जानना चाहिए कि कोशिकाएं पहले हाथ में असंतुलित क्यों हो जाती हैं। जैसा कि पहले बताया गया है कि कोशिकाओं को श्रृंखला में रखकर एक बैटरी पैक का निर्माण किया जाता है, यह सुनिश्चित किया जाता है कि सभी कोशिकाएँ समान वोल्टेज स्तरों में हों। इसलिए एक ताज़ा बैटरी पैक में हमेशा संतुलित कोशिकाएँ होंगी। लेकिन जैसा कि पैक को प्रयोग में लाया जाता है, निम्नलिखित कारणों से कोशिकाएं असंतुलित हो जाती हैं ।

एसओसी असंतुलन

सेल के एसओसी को मापना जटिल है; इसलिए यह एक बैटरी में व्यक्तिगत कोशिकाओं के एसओसी को मापने के लिए बहुत जटिल है। एक आदर्श सेल बैलेंसिंग तकनीक को समान वोल्टेज (OCV) स्तरों के बजाय एक ही SOC की कोशिकाओं से मेल खाना चाहिए। लेकिन चूँकि यह संभव नहीं है कि पैक बनाते समय कोशिकाओं का वोल्टेज की शर्तों पर ही मिलान किया जाता है, इसलिए SOC में बदलाव के कारण OCV में नियत समय में बदलाव हो सकता है।

आंतरिक प्रतिरोध भिन्नता

एक ही आंतरिक प्रतिरोध (IR) की कोशिकाओं को खोजना बहुत कठिन है और बैटरी की उम्र के रूप में सेल की IR भी बदल जाती है और इस प्रकार एक बैटरी पैक में सभी कोशिकाओं में समान IR नहीं होगा। जैसा कि हम जानते हैं कि आईआर सेल के आंतरिक प्रतिबाधा में योगदान देता है जो एक सेल के वर्तमान प्रवाह को निर्धारित करता है। चूँकि IR सेल के माध्यम से करंट का विविध होता है और इसका वोल्टेज भी भिन्न होता है।

तापमान

सेल की चार्जिंग और डिस्चार्जिंग क्षमता भी इसके आसपास के तापमान पर निर्भर करती है। ईवीएस या सौर सरणियों की तरह एक विशाल बैटरी पैक में कोशिकाओं को एक बेकार क्षेत्रों में वितरित किया जाता है और पैक के बीच तापमान में अंतर हो सकता है जिससे एक सेल चार्ज होता है या शेष कोशिकाओं की तुलना में तेजी से निर्वहन होता है जिससे असंतुलन पैदा होता है।

उपरोक्त कारणों से यह स्पष्ट है कि हम ऑपरेशन के दौरान सेल को असंतुलित होने से नहीं रोक सकते। तो, एकमात्र समाधान बाहरी प्रणाली का उपयोग करना है जो कोशिकाओं को असंतुलित होने के बाद फिर से संतुलित होने के लिए मजबूर करता है। इस प्रणाली को बैटरी बैलेंसिंग सिस्टम कहा जाता है । वहाँ बैटरी सेल संतुलन के लिए कई अलग-अलग प्रकार के हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर तकनीकों का उपयोग किया जाता है। आइए प्रकारों और व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली तकनीकों पर चर्चा करें।

बैटरी सेल संतुलन के प्रकार

सेल बैलेंसिंग तकनीकों को मोटे तौर पर निम्नलिखित चार श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है जो नीचे सूचीबद्ध हैं। हम प्रत्येक श्रेणी के बारे में चर्चा करेंगे।

पैसिव सेल बैलेंसिंग
सक्रिय सेल संतुलन
दोषरहित सेल संतुलन
रिडॉक्स शटल

1. पैसिव सेल बैलेंसिंग

पैसिव सेल बैलेंसिंग विधि सभी की सबसे सरल विधि है। इसका उपयोग उन जगहों पर किया जा सकता है जहां लागत और आकार प्रमुख बाधाएं हैं। निम्नलिखित दो प्रकार के निष्क्रिय कोशिका संतुलन हैं।

चार्ज शंटिंग

इस पद्धति में एक अवरोधक की तरह एक डमी लोड का उपयोग अतिरिक्त वोल्टेज के निर्वहन के लिए किया जाता है और इसे अन्य कोशिकाओं के साथ बराबर किया जाता है। इन रेसिस्टर्स को बाईपास रेसिस्टर्स या ब्लीडिंग रेसिस्टर्स कहा जाता है । एक पैक में श्रृंखला में जुड़े प्रत्येक सेल का अपना बायपास अवरोधक एक स्विच के माध्यम से जुड़ा होगा जैसा कि नीचे दिखाया गया है।

ऊपर नमूना सर्किट चार कोशिकाओं को दिखाता है जिनमें से प्रत्येक MOSFET जैसे स्विच के माध्यम से दो बाईपास प्रतिरोधों से जुड़ा हुआ है। कंट्रोलर सभी चार कोशिकाओं के वोल्टेज को मापता है और सेल के लिए मस्जिद को चालू करता है जिसका वोल्टेज अन्य कोशिकाओं की तुलना में अधिक है । जब उस विशेष कोशिका पर मच्छर को चालू किया जाता है, तो प्रतिरोधों के माध्यम से निर्वहन शुरू होता है। चूंकि हम प्रतिरोधों के मूल्य को जानते हैं, इसलिए हम अनुमान लगा सकते हैं कि सेल द्वारा कितना चार्ज छितराया जा रहा है। सेल के साथ समानांतर में जुड़े संधारित्र का उपयोग स्विचिंग के दौरान वोल्टेज स्पाइक्स को फ़िल्टर करने के लिए किया जाता है।

यह विधि बहुत कुशल नहीं है क्योंकि विद्युत ऊर्जा को प्रतिरोधों में गर्मी के रूप में विसर्जित किया जाता है और सर्किट भी स्विचिंग घाटे का लेखा-जोखा रखता है। एक और दोष यह है कि पूरे डिस्चार्ज करंट में मोसफेट आता है जो ज्यादातर कंट्रोलर आईसी में बनता है और इसलिए डिस्चार्ज करंट को कम वैल्यू तक सीमित रखना पड़ता है जिससे डिस्चार्जिंग टाइम बढ़ जाता है। कमियों को दूर करने का एक तरीका यह है कि डिस्चार्ज करंट को बढ़ाने के लिए बाहरी स्विच का उपयोग किया जाए जैसा कि नीचे दिखाया गया है

आंतरिक पी-चैनल MOSFET को नियंत्रक द्वारा ट्रिगर किया जाएगा जो सेल को प्रतिरोधों R1 और R2 के माध्यम से निर्वहन (I-पूर्वाग्रह) का कारण बनता है। R2 का मान इस तरह से चुना जाता है कि डिस्चार्ज करंट (I-bias) के प्रवाह के कारण उसके पार होने वाली वोल्टेज ड्रॉप दूसरे N- चैनल MOSFET को ट्रिगर करने के लिए पर्याप्त है। इस वोल्टेज को गेट सोर्स वोल्टेज (Vgs) कहा जाता है और MOSFET को बायस करने के लिए आवश्यक करंट को बायसिंग करंट (I-bias) कहा जाता है।

एक बार एन-चैनल एमओएसएफईटी चालू होने के बाद अब संतुलन अवरोधक आर-बाल के माध्यम से बहता है । इस रोकनेवाला का मूल्य कम हो सकता है और अधिक धारा को पारित करने की अनुमति देता है, हालांकि इस प्रकार बैटरी को तेजी से छुट्टी दे रहा है। इस करंट को ड्रेन करंट (I-drain) कहा जाता है। इस सर्किट में कुल डिस्चार्ज करंट ड्रेन करंट और बायस करंट का योग होता है। जब पी-चैनल MOSFET को नियंत्रक द्वारा बंद कर दिया जाता है तो बायसिंग करंट शून्य होता है और इस प्रकार वोल्टेज वीजीएस भी शून्य हो जाता है। यह एन-चैनल MOSFET को फिर से चालू करने के लिए बैटरी को बंद कर देता है।

निष्क्रिय सेल संतुलन आईसी

भले ही पैसिव बैलेंसिंग तकनीक कुशल न हो लेकिन आमतौर पर इस सादगी और कम लागत के कारण इसका अधिक उपयोग किया जाता है। हार्डवेयर डिजाइन करने के बजाय आप कुछ आसानी से उपलब्ध IC जैसे LTC6804 और BQ77PL900 को क्रमशः Linear और Texas उपकरणों जैसे प्रसिद्ध निर्माताओं से उपयोग कर सकते हैं। इन आईसी को कई कोशिकाओं की निगरानी के लिए कैस्केड किया जा सकता है और विकास के समय और लागत को बचाता है।

चार्ज लिमिटिंग

चार्ज लिमिटिंग विधि सभी की सबसे अक्षम विधि है। यहां केवल बैटरी की सुरक्षा और जीवन काल को दक्षता पर ध्यान देते हुए माना जाता है। इस पद्धति में व्यक्तिगत सेल वोल्टेज की निरंतर निगरानी की जाती है।

चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान, भले ही एक सेल फुल चार्ज वोल्टेज तक पहुंच जाए, चार्जिंग को अन्य सेल को आधे रास्ते में छोड़ दिया जाता है। इसी तरह से डिस्चार्ज करने के दौरान भी अगर एक सेल न्यूनतम कट-ऑफ वोल्टेज तक पहुंचता है तो बैटरी पैक को लोड से तब तक काट दिया जाता है जब तक कि पैक फिर से चार्ज न हो जाए।

यद्यपि यह विधि अक्षम है, यह लागत और आकार की आवश्यकताओं को कम करती है। इसलिए इसका उपयोग एक ऐसे अनुप्रयोग में किया जाता है जहां बैटरी को अक्सर चार्ज किया जा सकता है।

2. सक्रिय सेल संतुलन

निष्क्रिय सेल संतुलन में अतिरिक्त चार्ज का उपयोग नहीं किया गया था, इसलिए इसे अक्षम माना जाता है। जबकि एक्टिव बैलेंसिंग में अतिरिक्त चार्ज फॉर्म एक सेल को समान चार्ज करने के लिए कम चार्ज के दूसरे सेल में स्थानांतरित किया जाता है । यह कैपेसिटर और इंडक्टर्स जैसे चार्ज स्टोरिंग तत्वों का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है। सक्रिय सेल संतुलन करने के लिए कई तरीके हैं जो आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले लोगों पर चर्चा करते हैं।

चार्ज शटल्स (फ्लाइंग कैपेसिटर)

यह विधि कैपेसिटर का उपयोग उच्च वोल्टेज सेल से लो वोल्टेज सेल में चार्ज ट्रांसफर करने के लिए करती है। संधारित्र को एसपीडीटी स्विच के माध्यम से जोड़ा जाता है। प्रारंभ में स्विच संधारित्र को उच्च वोल्टेज सेल से जोड़ता है और एक बार संधारित्र चार्ज होने पर स्विच इसे कम वोल्टेज सेल से जोड़ता है जहां संधारित्र से चार्ज सेल में प्रवाहित होता है। चूंकि कोशिकाओं के बीच चार्ज बंद हो रहा है इसलिए इस विधि को चार्ज शटल कहा जाता है। नीचे दिए गए आंकड़े से आपको बेहतर समझने में मदद करनी चाहिए।

इन संधारित्रों को फ्लाइंग कैपेसिटर कहा जाता है क्योंकि कम वोल्टेज और उच्च वोल्टेज कोशिकाओं के बीच उड़ान भरने वालों को चार्जर्स के बीच ले जाया जाता है। इस विधि के साथ दोष यह है कि चार्ज केवल आसन्न कोशिकाओं के बीच स्थानांतरित किया जा सकता है। साथ ही संधारित्र को चार्ज करने के लिए अधिक समय लगता है और फिर शुल्क स्थानांतरित करने के लिए छुट्टी दे दी जाती है। यह बहुत कम कुशल भी है क्योंकि संधारित्र के चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान ऊर्जा में नुकसान होगा और स्विचिंग घाटे का भी हिसाब रखना होगा। नीचे दी गई छवि दिखाती है कि फ्लाइंग कैपेसिटर को बैटरी पैक में कैसे जोड़ा जाएगा

आगमनात्मक कनवर्टर (बक बूस्ट विधि)

एक्टिव सेल बैलेंसिंग का एक अन्य तरीका इंडक्टर्स और स्विचिंग सर्किट का उपयोग करना है। इस विधि में स्विचिंग सर्किट में हिरन बूस्टर कनवर्टर होता है । उच्च वोल्टेज सेल से चार्ज को प्रारंभ करनेवाला में पंप किया जाता है और फिर हिरन बूस्टर कनवर्टर का उपयोग करके कम वोल्टेज सेल में छुट्टी दे दी जाती है । नीचे दी गई आकृति केवल दो कोशिकाओं और एकल हिरन बूस्टर कनवर्टर के साथ एक प्रेरक कनवर्टर का प्रतिनिधित्व करती है।

उपरोक्त सर्किट चार्ज को MOSFETS sw1 और sw2 को निम्न तरीके से स्विच करके सेल 1 से सेल 2 में स्थानांतरित किया जा सकता है। पहले स्विच SW1 बंद हो जाता है, इससे सेल 1 से चार्ज चालू I-प्रभारी के साथ प्रारंभ करनेवाला में प्रवाहित हो जाएगा। एक बार जब प्रारंभ करनेवाला पूरी तरह से चार्ज हो जाता है तो स्विच SW1 खोला जाता है और स्विच sw2 बंद हो जाता है।

अब, प्रारंभ करनेवाला जो पूरी तरह से चार्ज होता है, इसकी ध्रुवीयता को उलट देगा और निर्वहन करना शुरू कर देगा। इस बार चार्ज फॉर्म प्रारंभ करनेवाला सेल I में 1 प्रवाह के साथ बहता है। एक बार प्रारंभ करनेवाला पूरी तरह से छुट्टी दे दी है स्विच sw2 खोला है और स्विच sw1 प्रक्रिया को दोहराने के लिए बंद है। नीचे दिए गए वेवफॉर्म आपको एक स्पष्ट तस्वीर प्राप्त करने में मदद करेंगे।

समय t0 के दौरान स्विच sw1 बंद (चालू) होता है जो वर्तमान I चार्ज को बढ़ाता है और वोल्टेज को प्रारंभ करनेवाला (VL) को बढ़ाने के लिए चार्ज करता है। तब एक बार जब प्रारंभ करनेवाला पूरी तरह से चार्ज हो जाता है तो t1 स्विच sw1 खोला जाता है (बंद किया जाता है) जो प्रारंभ करनेवाला को उस चार्ज को डिस्चार्ज करने के लिए बनाता है जो वह पिछले चरण में जमा हुआ था। जब एक प्रारंभ करनेवाला निर्वहन करता है तो यह अपनी ध्रुवता को बदलता है इसलिए वोल्टेज वीएल को नकारात्मक में दिखाया गया है। जब डिस्चार्ज करंट डिस्चार्ज करंट (I निर्वहन) अपने अधिकतम मूल्य से घट जाता है। यह सभी वर्तमान इसे चार्ज करने के लिए सेल 2 में प्रवेश करता है। समय t2 से t3 तक एक छोटे से अंतराल की अनुमति है और फिर t3 पर पूरा चक्र फिर से दोहराता है।

यह विधि एक बड़े नुकसान से भी ग्रस्त है कि चार्ज केवल उच्च सेल से निचले सेल में स्थानांतरित किया जा सकता है। स्विचिंग और डायोड वोल्टेज ड्रॉप में नुकसान पर भी विचार किया जाना चाहिए। लेकिन यह संधारित्र विधि की तुलना में तेज और कुशल है।

प्रेरक कनवर्टर (फ्लाई आधारित आधारित)

जैसा कि हमने चर्चा की है कि हिरन बूस्टर कनवर्टर विधि केवल उच्च सेल को निम्न सेल में स्थानांतरित कर सकती है। फ्लाई बैक कन्वर्टर और ट्रांसफार्मर का उपयोग करके इस समस्या से बचा जा सकता है। फ्लाईबैक प्रकार के कन्वर्टर में वाइंडिंग का प्राथमिक पक्ष बैटरी पैक से जुड़ा होता है और द्वितीयक पक्ष बैटरी पैक के प्रत्येक अलग-अलग सेल से जुड़ा होता है जैसा कि नीचे दिखाया गया है।

जैसा कि हम जानते हैं कि बैटरी डीसी के साथ काम करती है और वोल्टेज के स्विच होने तक ट्रांसफार्मर पर कोई प्रभाव नहीं पड़ेगा। तो चार्जिंग प्रक्रिया शुरू करने के लिए प्राथमिक कॉइल साइड Sp पर स्विच को स्विच किया जाता है। यह डीसी को स्पंदित डीसी में परिवर्तित करता है और ट्रांसफार्मर प्राथमिक पक्ष सक्रिय होता है।

अब द्वितीयक पक्ष में प्रत्येक कोशिका का अपना स्विच और द्वितीयक कुंडल होता है। कम वोल्टेज सेल के मॉस्फ़ेट को स्विच करके हम ट्रांसफार्मर के लिए द्वितीयक के रूप में कार्य करने के लिए उस विशेष कॉइल को बना सकते हैं। इस तरह चार्ज प्राइमरी कॉइल को सेकेंडरी कॉइल में ट्रांसफर कर दिया जाता है। यह समग्र बैटरी पैक वोल्टेज को कमजोर सेल में निर्वहन करने का कारण बनता है।

इस विधि का सबसे बड़ा फायदा यह है कि पैक में किसी भी कमजोर सेल को पैक वोल्टेज से आसानी से चार्ज किया जा सकता है और विशेष सेल को डिस्चार्ज नहीं किया जाता है। लेकिन चूंकि इसमें एक ट्रांसफार्मर शामिल होता है, यह एक बड़े स्थान पर होता है और सर्किट की जटिलता अधिक होती है।

3. दोषरहित संतुलन

दोषरहित संतुलन एक हाल ही में विकसित विधि है जो हार्डवेयर घटकों को कम करके और अधिक सॉफ्टवेयर नियंत्रण प्रदान करके नुकसान को कम करती है। यह सिस्टम को सरल और डिज़ाइन करने में अधिक आसान बनाता है। यह विधि एक मैट्रिक्स स्विचिंग सर्किट का उपयोग करती है जो चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान एक सेल से सेल को जोड़ने या निकालने की क्षमता प्रदान करती है। आठ कोशिकाओं के लिए एक सरल मैट्रिक्स स्विचिंग सर्किट नीचे दिखाया गया है।

चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान, सेल जो उच्च वोल्टेज का है स्विच स्विच का उपयोग करके पैक से हटा दिया जाएगा। उपरोक्त आंकड़े में सेल 5 को स्विच का उपयोग करके पैक से हटा दिया जाता है। रेड स्विच सर्कल को ओपन स्विच और ब्लू स्विच सर्कल को बंद स्विच मानें। इस प्रकार चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान कमजोर कोशिकाओं के बाकी समय को बढ़ाया जाता है ताकि चार्जिंग के दौरान उन्हें संतुलित किया जा सके। लेकिन चार्ज वोल्टेज को तदनुसार समायोजित किया जाना है। उसी तकनीक का निर्वहन करने के दौरान भी किया जा सकता है।

4. रिडॉक्स शटल

अंतिम विधि हार्डवेयर डिजाइनरों के लिए नहीं है, बल्कि रासायनिक इंजीनियरों के लिए है। लीड एसिड बैटरी में हमें सेल बैलेंसिंग की समस्या नहीं होती है क्योंकि जब एक लीड एसिड बैटरी को ओवरचार्ज किया जाता है तो यह गैसिंग का कारण बनता है जो इसे चार्ज होने से रोकता है। रेडॉक्स शटल के पीछे का विचार लिथियम सेल के इलेक्ट्रोलाइट के रसायन विज्ञान को बदलकर लिथियम कोशिकाओं पर समान प्रभाव प्राप्त करने का प्रयास करना है। इस संशोधित इलेक्ट्रोलाइट को सेल को ओवरचार्ज होने से रोकना चाहिए।

सेल बैलेंसिंग एल्गोरिदम

एक प्रभावी सेल बैलेंसिंग तकनीक को हार्डवेयर को एक उचित एल्गोरिदम से जोड़ना चाहिए। सेल बैलेंसिंग के लिए कई एल्गोरिदम हैं और यह हार्डवेयर डिज़ाइन पर निर्भर करता है। लेकिन प्रकारों को दो अलग-अलग वर्गों में उबाला जा सकता है।

ओपन सर्किट वोल्टेज (OCV) को मापना

यह आसान और सबसे अधिक पालन की जाने वाली विधि है। यहां ओपन सेल वोल्टेज प्रत्येक सेल के लिए मापा जाता है और सेल बैलेंसिंग सर्किट श्रृंखला में जुड़े सभी कोशिकाओं के वोल्टेज मूल्यों को बराबर करने के लिए काम करता है। OCV (ओपन सर्किट वोल्टेज) को मापना सरल है और इसलिए इस एल्गोरिथ्म की जटिलता कम है।

प्रभारी का माप (SOC)

इस विधि में कोशिकाओं का SOC संतुलित होता है। जैसा कि हम पहले से ही जानते हैं कि सेल का एसओसी मापना एक जटिल काम है क्योंकि हमें एसओसी के मूल्य की गणना करने के लिए समय की अवधि में वोल्टेज और सेल के वर्तमान मूल्य को ध्यान में रखना होगा। यह एल्गोरिथ्म जटिल है और उन जगहों पर उपयोग किया जाता है जहां एयरोस्पेस और अंतरिक्ष उद्योगों की तरह उच्च दक्षता और सुरक्षा की आवश्यकता होती है।

यह यहां लेख समाप्त करता है। आशा है कि अब आपको एक संक्षिप्त विचार मिल गया है कि हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर स्तर में सेल संतुलन क्या है। यदि आपके पास कोई विचार या तकनीक है, तो उन्हें टिप्पणी अनुभाग में साझा करें या तकनीकी सहायता प्राप्त करने के लिए मंचों का उपयोग करें।