EV ব্যাটারির তাপীয় ব্যবস্থাপনা: প্রধান সমাধান এবং উপকরণ

সংক্ষেপে

অপারেশনাল নিরাপত্তা নিশ্চিত করা, কর্মক্ষমতা অনুকূলিত করা এবং ব্যাটারির আয়ু বাড়ানোর জন্য ইভি ব্যাটারি এনক্লোজারের জন্য কার্যকর তাপীয় ব্যবস্থাপনা সমাধান অপরিহার্য। প্রধান কৌশলগুলির মধ্যে রয়েছে বায়ু এবং তরল কুলিংের মতো সক্রিয় সিস্টেম এবং ফেজ চেঞ্জ উপাদান (পিসিএম) ব্যবহার করে নিষ্ক্রিয় সিস্টেম। তাপ বিকিরণ এবং বিপর্যয়কর তাপীয় রানঅ্যাওয়ে ঘটনা প্রতিরোধের জন্য তাপীয় ইন্টারফেস উপকরণ (টিআইএম), এনক্যাপসুলেন্ট এবং ডাইইলেকট্রিক কোটিং সহ উপাদানগুলির একটি জটিল ইকোসিস্টেম এগুলি সক্ষম করে।

ইভি ব্যাটারিতে তাপীয় ব্যবস্থাপনার গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা

বৈদ্যুতিক যানবাহনের ব্যাটারির জন্য উন্নত তাপ ব্যবস্থাপনার প্রয়োজনীয়তা সরাসরি সাধারণভাবে ব্যবহৃত লিথিয়াম-আয়ন (Li-ion) কোষগুলির ইলেকট্রোকেমিক্যাল প্রকৃতি থেকে এসেছে। এই ব্যাটারিগুলি উচ্চ শক্তি ঘনত্ব এবং দীর্ঘ জীবনকালের একটি আকর্ষক সংমিশ্রণ অফার করে, কিন্তু এদের অভ্যন্তরীণ রাসায়নিক গঠন উল্লেখযোগ্য তাপীয় চ্যালেঞ্জ তৈরি করে। তড়িৎ চার্জের প্রবাহকে সহায়তা করে এমন ইলেকট্রোলাইট দ্রবণটি সাধারণত অত্যন্ত জ্বলনশীল জৈব যৌগ দিয়ে তৈরি হয়, যা যথাযথভাবে না পরিচালনা করলে আগুন ধরে যাওয়ার ঝুঁকি তৈরি করে। এই কারণে ব্যাটারি প্যাকটিকে একটি সংকীর্ণ আদর্শ তাপমাত্রার মধ্যে রাখা শুধুমাত্র কর্মদক্ষতার বিষয় নয়, বরং মৌলিক নিরাপত্তার বিষয়।

সবচেয়ে গুরুতর ঝুঁকি হল তাপীয় দৌড় (থার্মাল রানঅ্যাওয়ে) নামে পরিচিত একটি ঘটনা। এটি একটি ধাপে ধাপে ঘটে যাওয়া ঘটনা যা তখন শুরু হতে পারে যখন একটি একক কোষ অভ্যন্তরীণ শর্ট-সার্কিট, অতিরিক্ত চার্জ বা শারীরিক ক্ষতির কারণে অতি উত্তপ্ত হয়। এই প্রাথমিক উত্তাপ পার্শ্ববর্তী কোষগুলিকে উত্তপ্ত এবং দগ্ধ করার জন্য একটি শৃঙ্খল প্রতিক্রিয়া ঘটাতে পারে, যা পুরো মডিউল বা প্যাক জুড়ে আগুন ছড়িয়ে দেয়। এই ধরনের আগুন নেভানো অত্যন্ত কঠিন হয় এবং এটি একটি গুরুত্বপূর্ণ নিরাপত্তা সমস্যা তৈরি করে। এমন ঘটনার বিরুদ্ধে কার্যকর তাপ ব্যবস্থাপনা ব্যবস্থা হল প্রধান প্রতিরোধ, যা স্বাভাবিক কার্যকলাপের সময় তাপ বিকিরণ করার এবং ব্যর্থ হওয়া কোষগুলিকে আলাদা করে রাখার জন্য ডিজাইন করা হয় যাতে আগুন ছড়ানো বন্ধ হয়।

ব্যাটারির দুর্ঘটনাজনিত ব্যর্থতা প্রতিরোধের পাশাপাশি, তাপমাত্রা এর দৈনিক কর্মক্ষমতা এবং দীর্ঘস্থায়িত্বের উপর গভীর প্রভাব ফেলে। তাপ-অস্থিরতার সীমার অনেক নীচে থাকা উচ্চ তাপমাত্রাও ব্যাটারির উপাদানগুলির রাসায়নিক ক্ষয়কে ত্বরান্বিত করে, যা শক্তি ধারণক্ষমতা হ্রাস করে এবং এর কার্যকর আয়ু কমিয়ে দেয়। অন্যদিকে, খুব কম তাপমাত্রায় শক্তি ও ক্ষমতার ক্ষতি হতে পারে এবং চরম শীতে স্থায়ী ক্ষতি বা ব্যর্থতার ঝুঁকি থাকে। একটি ভালোভাবে নকশাকৃত তাপ ব্যবস্থাপনা পদ্ধতি নিশ্চিত করে যে ব্যাটারিটি এর আদর্শ তাপমাত্রার পরিসরের মধ্যে কাজ করছে, যা দক্ষতা, চার্জিং গতি এবং মোট আয়ুকে সর্বাধিক করে।

কোর তাপ ব্যবস্থাপনা কৌশল: একটি তুলনামূলক বিশ্লেষণ

EV ব্যাটারির জন্য থার্মাল ম্যানেজমেন্ট সমাধানগুলিকে সাধারণত সক্রিয় এবং নিষ্ক্রিয় সিস্টেমে ভাগ করা হয়। সক্রিয় সিস্টেমগুলি কাজ করার জন্য শক্তি খরচ করে কিন্তু উচ্চতর কর্মক্ষমতা প্রদান করে, অন্যদিকে নিষ্ক্রিয় সিস্টেমগুলি থার্মোডাইনামিক্সের নীতির উপর নির্ভর করে এবং কোনও বাহ্যিক শক্তির প্রয়োজন হয় না। কৌশলের পছন্দটি যানবাহনের কর্মক্ষমতার প্রয়োজনীয়তা, খরচের লক্ষ্য এবং ব্যাটারি প্যাকের পাওয়ার ডেনসিটির উপর নির্ভর করে।

সক্রিয় শীতল সিস্টেম

সক্রিয় সিস্টেমগুলি একটি শীতলকারী মাধ্যম সরানোর জন্য যান্ত্রিক উপাদান ব্যবহার করে এবং ব্যাটারি প্যাক থেকে তাপ স্থানান্তরিত করে। দুটি প্রধান পদ্ধতি হল:

• বায়ু শীতলনা: এটি সক্রিয় ম্যানেজমেন্টের সবচেয়ে সাধারণ রূপ, যা ব্যাটারি মডিউলগুলির চারপাশে এবং শীতলকরণ চ্যানেলগুলির মধ্য দিয়ে বাতাস পরিচালন করার জন্য ফ্যান ব্যবহার করে। এটি আপেক্ষিকভাবে সস্তা এবং হালকা। তবে, বাতাসের তাপীয় ধারণক্ষমতা কম হওয়ায় এর কার্যকারিতা সীমিত, যা উচ্চ কর্মক্ষমতার EV বা গরম জলবায়ুতে চলমান যানবাহনের জন্য কম উপযুক্ত করে তোলে যেখানে পরিবেশগত বাতাসের তাপমাত্রা বেশি।
• তরল শীতলকরণ: এটি আধুনিক ইভি-এর জন্য সবচেয়ে সাধারণ এবং কার্যকর পদ্ধতি। একটি তরল কুল্যান্ট, সাধারণত জল-গ্লাইকোল মিশ্রণ, নালী বা কোল্ড প্লেটগুলির একটি নেটওয়ার্কের মধ্য দিয়ে চার্জিত হয় যা ব্যাটারি মডিউলগুলির সংস্পর্শে আসে। তরলটি কোষগুলি থেকে তাপ শোষণ করে এবং এটিকে রেডিয়েটরে পাঠায়, যেখানে এটি পরিবেশে ছড়িয়ে পড়ে। এই পদ্ধতিটি উন্নত এবং আরও সমান শীতলকরণ প্রদান করে তবে সিস্টেমের জটিলতা, ওজন এবং খরচ বৃদ্ধি করে।

প্যাসিভ কুলিং সিস্টেম

প্যাসিভ সিস্টেমগুলি চালিত উপাদান ছাড়াই তাপ পরিচালনা করে, যা এগুলিকে সরল এবং আরও নির্ভরযোগ্য করে তোলে, যদিও প্রায়শই সক্রিয় সিস্টেমগুলির চেয়ে কম ক্ষমতাশালী হয়।

• ফেজ চেঞ্জ ম্যাটেরিয়াল (PCM) এই উপকরণগুলি তাদের অবস্থা পরিবর্তন করার সময়, সাধারণত কঠিন থেকে তরলে, লীনতাপের বড় পরিমাণ শোষণ করে। ব্যাটারি প্যাকে ফেজ চেঞ্জ ম্যাটেরিয়াল (PCM)-এর সংযোজন করা হয় এবং এটি ঘটকগুলি দ্বারা উৎপাদিত তাপ শোষণ করে, প্রক্রিয়াটিতে গলে যায়। এটি ঘটকের তাপমাত্রা স্থিতিশীল রাখে। যখন ব্যাটারি ঠান্ডা হয়, PCM আবার কঠিন হয়ে যায়, সঞ্চিত তাপ নির্গত করে। যদিও এগুলি অত্যন্ত নির্ভরযোগ্য, তবুও এদের ধারণক্ষমতা সীমিত, এবং এগুলি ধ্রুবক উচ্চ-শক্তির কার্যকলাপের চেয়ে মাঝে মাঝে উৎপন্ন তাপের পরিমাণ নিয়ন্ত্রণের জন্য বেশি উপযুক্ত।

কৌশলের তুলনা

তাপীয় সিস্টেমে প্রয়োজনীয় উপকরণ এবং উপাদান

যেকোনো তাপীয় ব্যবস্থাপনা কৌশলের কার্যকারিতা ব্যাটারি আবদ্ধনের মধ্যে তাপ এবং বিদ্যুত্ স্থানান্তর, ব্লক বা ব্যবস্থাপনার জন্য প্রকৌশলী বিশেষ উপকরণের একটি বাস্তুসংস্থানের উপর নির্ভর করে। এই উপকরণগুলি হল অদৃশ্য নায়ক যারা শীতল করার সিস্টেমকে কার্যকরভাবে এবং নিরাপদে কাজ করার অনুমতি দেয়।

থার্মাল ইন্টারফেস উপকরণ (টিআইএম): যেসব তল মসৃণ মনে হয় সেগুলিও ক্ষুদ্র ত্রুটির কারণে বায়ু ফাঁক তৈরি করে। যেহেতু বায়ু তাপের খারাপ পরিবাহী, এই ফাঁকগুলি তাপ স্থানান্তরকে বাধা দেয়। একটি তাপ উৎস (যেমন একটি ব্যাটারি ঘটক) এবং একটি শীতলকারী উপাদান (যেমন একটি কোল্ড প্লেট) এর মধ্যে এই ফাঁকগুলি পূরণ করতে টিআইএম ব্যবহার করা হয়, যাতে করে দক্ষ তাপ প্রবাহ নিশ্চিত করা যায়। এগুলি থার্মালি কন্ডাক্টিভ আঠালো, প্রয়োগযোগ্য গ্যাপ ফিলার, গ্রিজ বা প্যাডের আকারে হতে পারে। কঠিন প্যাডের পরিবর্তে প্রয়োগযোগ্য ফিলার ব্যবহার করলে গাড়ির ওজনও কমানো যেতে পারে, যা রেঞ্জ সর্বাধিক করার জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

এনক্যাপসুলেন্ট: এই উপকরণগুলি, যা প্রায়শই পলিইউরেথেন ফোম, দ্বৈত উদ্দেশ্য পূরণ করে। প্রথমত, এটি কাঠামোগত সমর্থন প্রদান করে, ব্যাটারি অ্যাসেম্বলিকে একক হিসাবে গঠন করে এবং কোষগুলিকে আঘাত ও কম্পন থেকে রক্ষা করে। দ্বিতীয়ত, আরও গুরুত্বপূর্ণভাবে, এটি আগুনের বাধা হিসাবে কাজ করে। একক কোষের তাপীয় নিয়ন্ত্রণহীন অবস্থায় প্রবেশের ক্ষেত্রে, একটি অগ্নি-নিরোধক এনক্যাপসুলেন্ট ঘটনাটিকে পৃথক করতে পারে, আগুন এবং তীব্র তাপ পাশের কোষগুলিতে ছড়িয়ে পড়া থেকে রোধ করে। যানবাহনের যাত্রীদের নিরাপদে অপসারণের জন্য এই ধারণ অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

ডাইইলেকট্রিক কোটিং: ব্যাটারি প্যাকের মতো উচ্চ-ভোল্টেজ পরিবেশে বৈদ্যুতিক আর্কিং রোধ করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। বাস বার, কুলিং প্লেট এবং কোষের খোল সহ উপাদানগুলিতে বৈদ্যুতিক অন্তরণের জন্য ডাইইলেকট্রিক কোটিং প্রয়োগ করা হয়। উন্নত কোটিংগুলি তাপ পরিবাহী হওয়ার জন্যও ডিজাইন করা হয়, যাতে সংক্ষেপ সার্কিট রোধ করার পাশাপাশি তাপ অপসারণে এটি ভূমিকা রাখতে পারে। কমপ্যাক্ট এবং শক্তি-ঘন ব্যাটারি ডিজাইন তৈরির জন্য এই দ্বৈত কার্যকারিতা অপরিহার্য।

অন্তরক উপকরণ: কিছু উপাদান তাপ সরিয়ে নিয়ে যাওয়ার জন্য ডিজাইন করা হয়, অন্যগুলি এটি ব্লক করার জন্য ডিজাইন করা হয়। মাইকা, সিরামিক কাগজ বা এয়ারোজেলের মতো কম-পরিবাহিতা নিরোধক উপকরণগুলি কৌশলগতভাবে স্থাপন করা হয় যাতে একটি ত্রুটিপূর্ণ সেলের তাপ থেকে সুস্থ সেলগুলিকে রক্ষা করা যায়। ব্যাটারির স্তরযুক্ত নিরাপত্তা ব্যবস্থার একটি গুরুত্বপূর্ণ অংশ গঠন করে সেল থেকে সেলে তাপীয় রানঅ্যাওয়ে প্রসারণ রোধ করার আরেকটি প্রধান কৌশল হল এটি।

সিস্টেম-স্তরের একীভূতকরণ: ব্যাটারি এনক্লোজার ইকোসিস্টেম ডিজাইন করা

কার্যকর তাপ ব্যবস্থাপনা কোনও একক উপাদানের বিষয় নয়, বরং ব্যাটারি এনক্লোজারের ভিতরে উপকরণ এবং কৌশলগুলি সমন্বিতভাবে কাজ করে এমন একটি সমগ্র ব্যবস্থার বিষয়। তাপ পরিবাহিতা এবং তাপ নিরোধকতার প্রয়োজনীয়তা মিলিয়ে এই একীভূত পদ্ধতিকে প্রায়শই তাপীয় ব্যবস্থাপনা ইকোসিস্টেম বলা হয়, যেখানে স্বাভাবিক ক্রিয়াকলাপের সময় সেলগুলি ঠান্ডা করার জন্য তাপ পরিবাহিতার প্রয়োজন এবং তাপীয় রানঅ্যাওয়ের মতো অস্বাভাবিক ঘটনার সময় সেলগুলিকে রক্ষা করার জন্য তাপ নিরোধকতার প্রয়োজন মিলিয়ে নেওয়া হয়। সেল রসায়ন থেকে শুরু করে চূড়ান্ত এনক্লোজার পর্যন্ত প্রতিটি উপাদানের একটি ভূমিকা রয়েছে।

ডিজাইনটি তাপ স্থানান্তরের সম্পূর্ণ পথ বিবেচনা করতে হবে। ব্যাটারি সেলের কোর থেকে তাপকে কার্যকরভাবে একটি TIM এর মাধ্যমে একটি কোল্ড প্লেটের মধ্যে এবং অবশেষে একটি রেডিয়েটরে স্থানান্তরিত করতে হবে। একই সময়ে, ব্যর্থতার পরিস্থিতিতে একটি সেল থেকে অন্য সেলে তাপ পাশাপাশি স্থানান্তর করা থেকে সিস্টেমটি তা প্রতিরোধ করতে হবে। এটি প্রয়োজন সতর্কতার সাথে উপাদান নির্বাচন এবং স্থাপন, যেখানে প্রয়োজন সেখানে পরিবাহী এবং নিরোধক উভয় ধরনের উন্নত তাপীয় স্থাপত্য তৈরি করা।

আবরণটির কাঠামোগত ডিজাইন নিজেই মৌলিক, যা সমস্ত তাপীয় উপাদানের জন্য কাঠামো প্রদান করে এবং আর্দ্রতা এবং রাস্তার লবণের মতো বাহ্যিক পরিবেশগত বিপদের বিরুদ্ধে চূড়ান্ত বাধা হিসাবে কাজ করে। এমন সূক্ষ্ম প্রকৌশলী উপাদান প্রয়োজন হওয়া অটোমোটিভ প্রকল্পগুলির জন্য, একটি বিশ্বস্ত অংশীদার থেকে কাস্টম অ্যালুমিনিয়াম এক্সট্রুশন বিবেচনা করুন। শাওই মেটাল টেকনোলজি একটি ব্যাপক ওয়ান স্টপ সেবা প্রদান করে , আপনার যাচাইকরণ প্রক্রিয়াকে ত্বরান্বিত করার জন্য দ্রুত প্রোটোটাইপিং থেকে শুরু করে সম্পূর্ণ পরিসরের উৎপাদন পর্যন্ত, সবকিছুই কঠোর IATF 16949 প্রত্যয়িত মান ব্যবস্থার অধীনে পরিচালিত হয়।

অবশেষে, একটি সম্পূর্ণ সিস্টেম-স্তরের ডিজাইনে ভেন্টিং কৌশলও অন্তর্ভুক্ত থাকে। যদি কোনো কোষ ব্যর্থ হয় এবং তাপীয় দৌড়ে (থার্মাল রানঅ্যাওয়ে) প্রবেশ করে, তবে এটি গরম গ্যাসের এক বিশাল পরিমাণ নির্গত করে। নিয়ন্ত্রিত ভেন্টগুলি এই গ্যাসগুলিকে প্যাক থেকে নিয়ন্ত্রিত উপায়ে বের হওয়ার অনুমতি দেওয়ার জন্য ডিজাইন করা হয়, যাতে উত্তপ্ত নির্গমন থেকে সংলগ্ন কোষগুলিকে রক্ষা করা যায় এবং বিপজ্জনক চাপের সঞ্চয় রোধ করা যায়। শীতলকরণ, নিরোধকতা, কাঠামোগত সামগ্রী এবং ভেন্টিং-এর এই একীভূতকরণ একটি সত্যিকারের দৃঢ় এবং নিরাপদ EV ব্যাটারি আবরণ নির্ধারণ করে।