पावर बैटरी पैक का कुल वोल्टेज व्यक्तिगत कोशिकाओं के वोल्टेज और श्रृंखला में जुड़े कोशिकाओं की संख्या पर निर्भर करता है। हालांकि कोई सैद्धांतिक ऊपरी सीमा नहीं है, व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, वोल्टेज आम तौर पर कई दसियों वोल्ट से लेकर कई सौ वोल्ट तक होता है। एक विस्तृत विवरण इस प्रकार है:
पावर बैटरी पैक के कुल वोल्टेज की गणना
पावर बैटरी पैक का कुल वोल्टेज एक श्रृंखला सर्किट में वोल्टेज जोड़ के सिद्धांत का पालन करता है। सूत्र है: कुल वोल्टेज=एक व्यक्तिगत सेल का वोल्टेज × श्रृंखला में कोशिकाओं की संख्या। उदाहरण के लिए, यदि एक व्यक्तिगत सेल में 3.7V का वोल्टेज है और 100 ऐसे सेल श्रृंखला में जुड़े हुए हैं, तो कुल वोल्टेज 370V होगा।
व्यक्तिगत कोशिकाओं के लिए विशिष्ट वोल्टेज रेंज
किसी व्यक्तिगत सेल का वोल्टेज उसकी रासायनिक संरचना के आधार पर काफी भिन्न होता है, जो सीधे कुल पैक वोल्टेज की ऊपरी सीमा को प्रभावित करता है:
लेड-एसिड बैटरियां: आमतौर पर प्रति सेल 2V का नाममात्र वोल्टेज होता है; आमतौर पर कम गति वाले इलेक्ट्रिक वाहनों या ऊर्जा भंडारण प्रणालियों में उपयोग किया जाता है।
निकेल-कैडमियम (NiCd) / निकेल-मेटल हाइड्राइड (NiMH) बैटरियां: प्रति सेल 1.2V का नाममात्र वोल्टेज होता है। इनका उपयोग शुरुआती हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहनों में किया जाता था लेकिन पर्यावरण संबंधी चिंताओं के कारण इन्हें बड़े पैमाने पर बंद कर दिया गया है।
लिथियम आयन बैटरी:
लिथियम आयरन फॉस्फेट (एलएफपी): 3.2V प्रति सेल; उच्च सुरक्षा के लिए जाना जाता है और अक्सर वाणिज्यिक वाहनों में उपयोग किया जाता है।
लिथियम निकल कोबाल्ट मैंगनीज ऑक्साइड (एनसीएम) / लिथियम निकल कोबाल्ट एल्यूमीनियम ऑक्साइड (एनसीए): 3.6–3.7V प्रति सेल; उच्च ऊर्जा घनत्व प्रदान करते हैं और यात्री वाहनों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।
लिथियम टाइटेनेट (LTO): 2.4V प्रति सेल; उत्कृष्ट तेज़-चार्जिंग क्षमताएं हैं लेकिन उच्च लागत पर आती हैं।
श्रृंखला में कोशिकाओं की संख्या के लिए व्यावहारिक सीमाएँ
श्रृंखला में जुड़े सेल की संख्या वाहन की बिजली आवश्यकताओं और बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीएमएस) के डिजाइन द्वारा निर्धारित की जाती है। सामान्य कॉन्फ़िगरेशन में शामिल हैं:
यात्री वाहन:
एलएफपी बैटरी पैक: श्रृंखला में लगभग 100-120 सेल, जिसके परिणामस्वरूप कुल वोल्टेज 320-384V होता है।
एनसीएम/एनसीए (टर्नरी लिथियम) बैटरी पैक: श्रृंखला में लगभग 90-100 सेल, जिसके परिणामस्वरूप कुल वोल्टेज 324-370V होता है।
हाई-एंड मॉडल (उदाहरण के लिए, टेस्ला मॉडल एस): 400V आर्किटेक्चर का उपयोग करें; कुछ मॉडल श्रृंखला में अधिक संख्या में कोशिकाओं को जोड़कर इसे 450V से अधिक तक बढ़ा देते हैं। वाणिज्यिक वाहन:
इलेक्ट्रिक बसें: पेलोड क्षमता और ड्राइविंग रेंज की आवश्यकताओं के कारण, ये अक्सर 600-800V उच्च-वोल्टेज आर्किटेक्चर का उपयोग करते हैं, श्रृंखला में बैटरी सेल की संख्या 200-300 इकाइयों तक पहुंचती है।
हेवी-ड्यूटी ट्रक: कुछ मॉडलों में उच्च-शक्ति इलेक्ट्रिक मोटरों को समर्थन देने के लिए कुल सिस्टम वोल्टेज 800V से अधिक होता है।
विशिष्ट अनुप्रयोग:
एविएशन-ग्रेड पावर बैटरियां: वजन कम करने के लिए, ये उच्च-वोल्टेज डिज़ाइन (उदाहरण के लिए, 1000V से ऊपर) का उपयोग करते हैं, जिसके लिए इन्सुलेशन और थर्मल प्रबंधन चुनौतियों के समाधान की आवश्यकता होती है।
ऊर्जा भंडारण प्रणाली (ईएसएस): ग्रिड आवश्यकताओं के आधार पर, कुल सिस्टम वोल्टेज को 1500V या इससे भी अधिक तक बढ़ाया जा सकता है।
कुल सिस्टम वोल्टेज के लिए सीमित कारक
हालाँकि कुल सिस्टम वोल्टेज की कोई सैद्धांतिक ऊपरी सीमा नहीं है, व्यावहारिक अनुप्रयोग निम्नलिखित कारकों द्वारा बाधित होते हैं:
बैटरी सुरक्षा: उच्च वोल्टेज से विद्युत आर्किंग और इन्सुलेशन विफलता का खतरा बढ़ जाता है, जिसके लिए बेहतर बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीएमएस) निगरानी और मजबूत विद्युत अलगाव की आवश्यकता होती है।
सामग्री वोल्टेज सहनशीलता: बैटरी बाड़े, कनेक्टर और वायरिंग हार्नेस उच्च वोल्टेज को झेलने में सक्षम होने चाहिए, जिससे लागत और वजन दोनों बढ़ जाते हैं।
चार्जिंग इंफ्रास्ट्रक्चर संगतता: मौजूदा फास्ट-चार्जिंग मानक (जैसे सीसीएस और सीएचएडीएमओ) मुख्य रूप से 400-800V रेंज का समर्थन करते हैं; अल्ट्रा-हाई-वोल्टेज सिस्टम के लिए विशेष, संगत चार्जिंग स्टेशनों की आवश्यकता होती है।
मोटर नियंत्रक दक्षता: उच्च वोल्टेज कम धारा की अनुमति देता है, जिससे ट्रांसमिशन हानि कम हो जाती है; हालाँकि, इसके लिए उच्च-वोल्टेज-रेटेड पावर इलेक्ट्रॉनिक घटकों (उदाहरण के लिए, SiC MOSFETs) के उपयोग की आवश्यकता होती है।
उद्योग के रुझान: उच्च वोल्टेज और मानकीकरण की ओर बदलाव
ड्राइविंग रेंज और चार्जिंग दक्षता में सुधार के लिए, बैटरी पैक में उच्च कुल वोल्टेज की ओर एक स्पष्ट रुझान है:
400V आर्किटेक्चर: वर्तमान में मुख्यधारा मानक, अधिकांश यात्री और वाणिज्यिक वाहनों को कवर करता है।
800V हाई-वोल्टेज प्लेटफ़ॉर्म: पोर्शे टेक्कन और हुंडई IONIQ 5 जैसे बड़े पैमाने पर उत्पादित मॉडल में लागू किया गया, जो 350kW तक की चार्जिंग पावर को सक्षम करता है, जो केवल 10 मिनट में 300 किमी की रेंज जोड़ने के लिए पर्याप्त है।
अल्ट्रा-हाई वोल्टेज की खोज: कुछ कंपनियां 1200V से अधिक की प्रणालियों पर शोध कर रही हैं, हालांकि इसके लिए सामग्री विज्ञान और सुरक्षा में महत्वपूर्ण बाधाओं पर काबू पाने की आवश्यकता है।
इसके साथ ही, उद्योग अनुसंधान, विकास और विनिर्माण लागत को कम करने के लिए उच्च-वोल्टेज प्रणालियों के मानकीकरण की दिशा में काम कर रहा है। उदाहरण के लिए, चाइना सोसाइटी ऑफ ऑटोमोटिव इंजीनियर्स द्वारा जारी "बैटरी इलेक्ट्रिक यात्री वाहनों के लिए तकनीकी विनिर्देश", यह निर्धारित करता है कि 2025 के बाद लॉन्च किए गए नए वाहन मॉडल में उच्च-वोल्टेज सिस्टम 800V आर्किटेक्चर के साथ संगत होना चाहिए।
सारांश
ट्रैक्शन बैटरी पैक का कुल वोल्टेज व्यक्तिगत कोशिकाओं के वोल्टेज और श्रृंखला में जुड़े कोशिकाओं की संख्या से निर्धारित होता है; व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, प्रदर्शन, लागत और सुरक्षा के बीच संतुलन बनाया जाना चाहिए। जैसे-जैसे प्रौद्योगिकी आगे बढ़ रही है, उच्च वोल्टेज की ओर बदलाव एक स्पष्ट प्रवृत्ति बन गया है; हालाँकि, विशिष्ट वोल्टेज स्तर को वाहन की बाजार स्थिति, इच्छित उपयोग परिदृश्यों और आपूर्ति श्रृंखला क्षमताओं को ध्यान में रखते हुए व्यापक डिजाइन के माध्यम से निर्धारित किया जाना चाहिए।
