ডায়োড ব্যর্থতা ব্যাটারি চক্র জীবন প্রভাবিত করবে?

一, ব্যাটারি সিস্টেমে ডায়োডের মূল ফাংশন এবং ত্রুটির ঝুঁকি
একটি ডায়োডের মূল কাজ
ডায়োডগুলি ব্যাটারি সিস্টেমে প্রধানত তিনটি কার্য সম্পাদন করে:

অ্যান্টি-রিভার্স চার্জিং সুরক্ষা: ব্যাটারির অতিরিক্ত ডিসচার্জের কারণে ক্ষমতার ক্ষয় এড়ানো, একটি নন-চার্জিং অবস্থায় বাহ্যিক সার্কিটে ব্যাটারিকে রিভার্সে ডিসচার্জ হতে বাধা দেয়। উদাহরণস্বরূপ, ফটোভোলটাইক এনার্জি স্টোরেজ সিস্টেমে, অ্যান্টি-রিভার্স চার্জিং ডায়োডগুলি ফটোভোলটাইক প্যানেলের মাধ্যমে রাতের ব্যাটারি রিভার্স ডিসচার্জের পথকে ব্লক করতে পারে।
ব্যালেন্স সার্কিট কন্ট্রোল: ব্যাটারি প্যাক ব্যালেন্স সার্কিটে, ডায়োডগুলি ত্রুটিপূর্ণ কোষগুলিকে বিচ্ছিন্ন করতে এবং প্যাকের সামগ্রিক কার্যকারিতাকে প্রভাবিত করা থেকে অতিরিক্ত চার্জ বা অতিরিক্ত ডিসচার্জিং প্রতিরোধ করতে ব্যবহৃত হয়। উদাহরণস্বরূপ, টেসলা মডেল এস এর ব্যাটারি প্যাক সেল স্তরের ভারসাম্য অর্জনের জন্য বাইপাস ডায়োড ব্যবহার করে।
ভোল্টেজ ক্ল্যাম্প সুরক্ষা: BMS-এ, ডায়োডগুলি ব্যাটারির ভোল্টেজের ওঠানামার পরিসর সীমিত করতে এবং ওভারভোল্টেজ বা আন্ডারভোল্টেজের কারণে ব্যাটারি কোষের ক্ষতি প্রতিরোধ করতে ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রকদের সাথে সহযোগিতা করে।
ডায়োড ফল্টের সাধারণ মোড
তিনটি প্রধান ধরনের ডায়োড ফল্ট আছে:

একমুখী পরিবাহিতা ব্যর্থতা: সামনের দিকে সঞ্চালন করতে অক্ষমতা বা রিভার্স লিকেজ, যার ফলে সার্কিটের কার্যকারিতা নষ্ট হয়। উদাহরণস্বরূপ, যখন অ্যান্টি-রিভার্স চার্জিং ডায়োডটি সামনের দিকে খোলা সার্কিট করা হয়, তখন ব্যাটারি চার্জ করা যায় না; রিভার্স ব্রেকডাউন ঘটলে, ব্যাটারি ডিসচার্জ হতে থাকে।
প্যারামিটার ড্রিফ্ট: ফরোয়ার্ড ভোল্টেজ ড্রপ (VF) বা অতিরিক্ত রিভার্স লিকেজ কারেন্ট (IR) বৃদ্ধির ফলে সিস্টেমের দক্ষতা কমে যেতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, যখন Schottky ডায়োড VF 0.3V থেকে 0.6V পর্যন্ত বৃদ্ধি পায়, তখন ব্যালেন্সিং সার্কিটের পাওয়ার খরচ দ্বিগুণ হয়।
থার্মাল রনওয়ে: ওভারকারেন্ট বা ওভারভোল্টেজ ডায়োডের সংযোগের তাপমাত্রা 150 ডিগ্রির বেশি হতে পারে, যার ফলে কার্বনাইজেশন বা এমনকি প্যাকেজিং উপাদান গলে যেতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, বাইপাস ডায়োডের অতিরিক্ত উত্তাপের কারণে একটি নির্দিষ্ট শক্তি সঞ্চয়স্থান সংলগ্ন কোষগুলির তাপীয় পলাতক অভিজ্ঞতা লাভ করে।
2, ব্যাটারি চক্র জীবনের উপর ডায়োড ব্যর্থতার প্রভাব পথ
ওভারচার্জিং/ওভার ডিসচার্জিং ক্ষতি
যখন অ্যান্টি রিভার্স চার্জিং ডায়োড ব্যর্থ হয়, তখন বহিরাগত সার্কিট রিভার্স ভোল্টেজ বা BMS কন্ট্রোল ত্রুটির কারণে ব্যাটারি অতিরিক্ত চার্জ/ওভারডিসচার্জ হতে পারে। যেমন:

ওভারচার্জ ক্ষতি: যখন লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি অতিরিক্ত চার্জ করা হয়, তখন ধনাত্মক ইলেক্ট্রোড উপাদানের গঠন ভেঙে যায় এবং ইলেক্ট্রোলাইট গ্যাস তৈরি করতে পচে যায়, যার ফলে ব্যাটারি ফুলে যায় এবং ক্ষমতা হ্রাস পায়। পরীক্ষায় দেখা গেছে যে যখন 4.5V-এ অতিরিক্ত চার্জ করা হয়, তখন টারনারি লিথিয়াম ব্যাটারির ক্ষমতা ক্ষয় হার স্বাভাবিক চার্জিংয়ের চেয়ে তিনগুণ দ্রুত হয়।
ওভারডিসচার্জ ক্ষতি: যখন ব্যাটারি 2.5V এর নিচে ডিসচার্জ হয়, তখন নেতিবাচক কপার কারেন্ট সংগ্রাহক দ্রবীভূত হয় এবং ধনাত্মক ইলেক্ট্রোডে জমা হয়, যা তামার ডেনড্রাইট তৈরি করে এবং অভ্যন্তরীণ শর্ট সার্কিট সৃষ্টি করে। একটি বৈদ্যুতিক গাড়ির একটি কেস স্টাডি দেখায় যে 2.0V তে ডিসচার্জ করা একটি ব্যাটারি প্যাকের সাইকেল লাইফ 1000 গুণ থেকে 300 গুণে হ্রাস পেয়েছে।
ভারসাম্য ব্যর্থতার কারণে ক্ষমতার ক্ষয়
একটি ব্যাটারি প্যাকে, ডায়োড ব্যর্থতার কারণে ব্যালেন্স সার্কিট ব্যর্থ হতে পারে, যা "ব্যারেল প্রভাব" এর দিকে পরিচালিত করে:

সিঙ্গেল সেল ওভারচার্জিং/ওভারডিসচার্জিং: যদি একটি সেল খোলা ডায়োডের কারণে ভারসাম্য বজায় রাখতে না পারে, তাহলে এর ভোল্টেজ সমগ্র গ্রুপের গড় মান থেকে বিচ্যুত হতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, একটি এনার্জি স্টোরেজ সিস্টেমে, ব্যালেন্সিং ডায়োডের ব্যর্থতার কারণে, একটি একক সেল 4.3V-এ অতিরিক্ত চার্জ করা হয়েছিল এবং 200 চক্রের পরে গোষ্ঠীর সম্পূর্ণ ক্ষমতা 20% কমে গেছে।
পুরো গ্রুপের ক্ষমতার ভারসাম্যহীনতা: দীর্ঘমেয়াদী ভারসাম্য ব্যর্থতা কোষের ক্ষমতা পরিবর্তনশীলতা বৃদ্ধির দিকে পরিচালিত করতে পারে। গবেষণা দেখায় যে যখন ব্যাটারি কোষের ক্ষমতার আদর্শ বিচ্যুতি 0.5% থেকে 2% পর্যন্ত বৃদ্ধি পায়, তখন গ্রুপের সামগ্রিক চক্রের আয়ু 40% দ্বারা সংক্ষিপ্ত হয়।
তাপ ব্যবস্থাপনা ব্যর্থতার কারণে বার্ধক্যজনিত ত্বরণ
ডায়োড ব্যর্থতার কারণে স্থানীয় অতিরিক্ত গরম হতে পারে এবং ব্যাটারি বার্ধক্য ত্বরান্বিত হতে পারে:

তাপীয় পলাতক শৃঙ্খল বিক্রিয়া: যখন বাইপাস ডায়োড অতিরিক্ত গরম হয়, তখন তাপ সংলগ্ন কোষে স্থানান্তরিত হয়, যা SEI ফিল্ম পচন এবং ইলেক্ট্রোলাইট পচনের মতো পার্শ্ব প্রতিক্রিয়া সৃষ্টি করে। উদাহরণস্বরূপ, একটি নির্দিষ্ট ফোটোভোলটাইক শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থায়, ডায়োড অতিরিক্ত উত্তাপের কারণে, সংলগ্ন কোষগুলির তাপমাত্রা 80 ডিগ্রিতে বেড়ে যায় এবং ক্ষমতা ক্ষয় হার স্বাভাবিক কোষের তুলনায় 5 গুণ দ্রুত ছিল।
তাপীয় চাপের ক্ষতি: বারবার তাপীয় শক কোষের ট্যাব ভাঙ্গা এবং ডায়াফ্রাম সংকোচনের কারণ হতে পারে। পরীক্ষায় দেখা গেছে যে 60 ডিগ্রি থেকে 25 ডিগ্রি পর্যন্ত 10টি তাপচক্রের পরে, ব্যাটারি কোষের ক্ষমতা ক্ষয়ের হার 15% বৃদ্ধি পায়।
3, ইন্ডাস্ট্রি কেস স্টাডি এবং ডেটা সাপোর্ট
1. বৈদ্যুতিক গাড়ির ক্ষেত্র: টেসলা মডেল এস ব্যাটারি প্যাক ব্যর্থতা
2018 সালে, টেসলা BMS-এ অ্যান্টি-রিভার্স চার্জিং ডায়োডের লুকানো ত্রুটির কারণে কিছু মডেল এস মডেল প্রত্যাহার করেছিল। ত্রুটির কারণ:

ওভারডিসচার্জের ঘটনা: 12% যানবাহন ব্যাটারি 2.0V এর নিচে ওভারডিসচার্জ অনুভব করে, যার ফলে পুরো ক্ষমতা তার প্রাথমিক মূল্যের 60% ক্ষয় হয়ে যায়।
থার্মাল পালানোর ঝুঁকি: 3% যানবাহন ডায়োড অতিরিক্ত উত্তাপের কারণে ব্যাটারি কোষের তাপীয় পলাতক অনুভব করে, যার জন্য পুরো ব্যাটারি প্যাক প্রতিস্থাপনের প্রয়োজন হয়।
টেসলা ডায়োড নির্বাচন আপগ্রেড করে ব্যর্থতার হার 0.2%-এর নিচে কমিয়েছে (1N4007-এর পরিবর্তে Schottky ডায়োডকে 1000V সহ্য ভোল্টেজ এবং 50A কারেন্ট প্রতিরোধ করে) এবং তাপ অপচয়ের নকশা অপ্টিমাইজ করে।
2. এনার্জি স্টোরেজ সিস্টেম ফিল্ড: একটি ফটোভোলটাইক পাওয়ার স্টেশন ব্যাটারি প্যাকের অকাল বার্ধক্য
2023 সালে, পূর্ব চীনে একটি 5MW ফোটোভোলটাইক পাওয়ার স্টেশনের লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি প্যাকটি 2 বছরের অপারেশনের পরে 80% এর ক্ষমতা হ্রাস পেয়েছে, যা 10 বছরের ডিজাইনের আয়ুষ্কালের অনেক কম। তদন্তের পরে, এটি পাওয়া গেছে যে:

সুষম ডায়োড লিকেজ: কিছু ডায়োড 100 μA পর্যন্ত রিভার্স লিকেজ কারেন্ট অনুভব করে (মান মান<1 μ A), resulting in continuous power consumption of the balancing circuit.
তাপ ব্যবস্থাপনার ব্যর্থতা: ডায়োডের অতিরিক্ত উত্তাপের ফলে সংলগ্ন কোষের তাপমাত্রা 55 ডিগ্রি বেড়ে যায়, যা SEI ফিল্মের ঘনত্বকে ত্বরান্বিত করে।
লো লিকেজ ডায়োড (BAS70 সিরিজ) প্রতিস্থাপন এবং বায়ু নালী নকশা অপ্টিমাইজ করে, সিস্টেম ক্ষমতা ক্ষয় হার প্রতি বছর 5% এর মধ্যে হ্রাস করা হয়েছে।
3. কনজিউমার ইলেকট্রনিক্স ক্ষেত্র: অস্বাভাবিক RTC ব্যাটারি লাইফ
একটি নির্দিষ্ট শিল্প নিয়ন্ত্রক CR2025 ব্যাটারি ব্যবহার করে RTC পাওয়ার জন্য, যার পরিকল্পিত জীবনকাল 5 বছর, কিন্তু এটি প্রকৃত ব্যবহারের 6 মাস পরে প্রতিস্থাপনের জন্য অনুরোধ করে। সনাক্তকরণ পাওয়া গেছে:

ডায়োডের রিভার্স লিকেজ: অ্যান্টি রিভার্স চার্জিং ডায়োডের রিভার্স লিকেজ কারেন্ট 5 μA (মান মান<0.1 μ A), causing the battery to discharge continuously.
RTC চিপ লজিক ত্রুটি: অভ্যন্তরীণভাবে উৎপাদিত RTC চিপ ভুলভাবে স্ট্যান্ডবাই পাওয়ার মোডে ওয়ার্কিং মোডে প্রবেশ করেছে, যার পাওয়ার খরচ 100 μA।
কম লিকেজ ডায়োড (1N4148) প্রতিস্থাপন করে এবং RTC চিপ নির্বাচন অপ্টিমাইজ করে, ব্যাটারি লাইফ ডিজাইনের মানতে পুনরুদ্ধার করা হয়েছিল।
4, ইঞ্জিনিয়ারিং অনুশীলনে অপ্টিমাইজেশন স্কিম
1. নির্বাচন অপ্টিমাইজেশান
ভোল্টেজ এবং কারেন্ট রেজিস্ট্যান্স প্যারামিটার: ডায়োডের রেট করা ভোল্টেজ সর্বোচ্চ সিস্টেম ভোল্টেজের 1.5 গুণ বেশি বা সমান হওয়া উচিত এবং রেট করা কারেন্ট সর্বোচ্চ অপারেটিং কারেন্টের 2 গুণ বেশি বা সমান হওয়া উচিত। উদাহরণস্বরূপ, একটি 48V ব্যাটারি সিস্টেমে 100V এর ভোল্টেজ প্রতিরোধের এবং 20A এর বর্তমান প্রতিরোধের সাথে ডায়োড ব্যবহার করা উচিত।
কম ফুটো বৈশিষ্ট্য: বিপরীত লিকেজ কারেন্ট সহ Schottky ডায়োড পছন্দ করুন<0.1 μ A (such as SB5100) or ultrafast recovery diodes (such as UF4007).
তাপ প্রতিরোধের নিয়ন্ত্রণ: একটি তাপ প্রতিরোধের সঙ্গে একটি প্যাকেজিং ফর্ম চয়ন করুন<5 ℃/W (such as DO-214AA), and match it with a heat sink.
2. তাপ অপচয় নকশা
ফোর্সড এয়ার কুলিং: ঘন ডায়োড আছে এমন জায়গায় ফ্যান ইনস্টল করুন, যার বাতাসের গতি 2m/s এর বেশি বা সমান, এবং জংশন তাপমাত্রা 85 ডিগ্রির নিচে নিয়ন্ত্রণ করুন।
Thermal conductive material: Fill the gap between the diode and the heat sink with thermal conductive silicone grease (thermal conductivity>2W/m · K) তাপ প্রতিরোধের কমাতে।
বিন্যাস অপ্টিমাইজেশান: তাপীয় বিকিরণের প্রভাব এড়াতে ডায়োড এবং ব্যাটারি সেলের মধ্যে দূরত্ব 10 মিমি-এর বেশি হওয়া উচিত।
3. পর্যবেক্ষণ এবং সুরক্ষা
Online detection: Monitor the voltage and temperature at both ends of the diode through BMS, and trigger an alarm when VF deviation>10% or temperature>100 ডিগ্রি।
অপ্রয়োজনীয় নকশা: নির্ভরযোগ্যতা উন্নত করতে ডবল ডায়োডগুলি সমালোচনামূলক পথে সমান্তরালভাবে সংযুক্ত থাকে। উদাহরণস্বরূপ, টেসলা পাওয়ারওয়াল একটি ডুয়াল ডায়োড অ্যান্টি রিভার্স চার্জিং স্কিম গ্রহণ করে।
Regular maintenance: Check diode parameters every six months and replace components with VF deviation>15% or IR>5 μ A.