લિથિયમ-આયન બેટરી: ઇલેક્ટ્રિક ફોર્કલિફ્ટ્સ માટેની બેટરી

 

ઇલેક્ટ્રિક ફોર્કલિફ્ટ એપ્લીકેશન્સમાં લીડ-એસિડમાંથી લિથિયમ-આયન બેટરી સિસ્ટમમાં સંક્રમણ છેલ્લા એક દાયકામાં મટીરીયલ હેન્ડલિંગ સાધનોમાં સૌથી નોંધપાત્ર તકનીકી ફેરફારોમાંનું એક રજૂ કરે છે.લિથિયમ આયર્ન ફોસ્ફેટ (LiFePO4)રસાયણશાસ્ત્ર ઔદ્યોગિક મોટિવ પાવર એપ્લીકેશન માટે પ્રબળ ઉકેલ તરીકે ઉભરી આવ્યું છે, જે પરંપરાગત લીડ-એસિડ રૂપરેખાંકનોની લાક્ષણિકતા 30-50Wh/kg ની સરખામણીમાં 120-180Wh/kg વચ્ચે ઊર્જા ઘનતા પ્રદાન કરે છે. આ ઈલેક્ટ્રોકેમિકલ ફાયદો સીધો જ ઓપરેશનલ કાર્યક્ષમતા લાભમાં અનુવાદ કરે છે જેને વેરહાઉસ મેનેજરો અને લોજિસ્ટિક્સ ઓપરેટરો અવગણવા પરવડી શકે તેમ નથી.

શા માટે દરેક વ્યક્તિ અચાનક આની કાળજી લે છે

અહીં ફોર્કલિફ્ટ્સ વિશેની વાત છે જે ઉદ્યોગની બહારના મોટાભાગના લોકોને ખ્યાલ નથી: આ મશીનો સતત ચાલે છે. અમે મોટા વિતરણ કેન્દ્રોમાં 16, ક્યારેક 20 કલાકની વાત કરી રહ્યા છીએ. કામ કરવાની જૂની રીત-હેવી લીડની બેટરીને અદલાબદલી કરવી-એસીડ પ્રતિરોધક ફ્લોરિંગ અને વેન્ટિલેશન સિસ્ટમ્સ સાથે સમર્પિત બેટરી રૂમની જાળવણી-, ટેક્નિશિયનોને દર અઠવાડિયે પાણીનું સ્તર તપાસવું-જેથી સમગ્ર ઇન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચર લિથિયમ ટેક્નોલોજીથી અપ્રચલિત બની જાય છે.

મેં જોયું છે કે સવલતો માત્ર બેટરી રૂમના બાંધકામ પર $50,000 થી વધુ ખર્ચ કરે છે. એસિડ ધૂમાડો, સ્પિલ કન્ટેઈનમેન્ટ, આઈવોશ સ્ટેશન, સમગ્ર સેટઅપ. લિથિયમ પેક તેમાંથી કોઈની પરવા કરતા નથી. તમે તેમને તમારા વેરહાઉસના ખૂણામાં ચાર્જ કરી શકો છો. કોઈ ખાસ રૂમની જરૂર નથી.

રસાયણશાસ્ત્ર પ્રશ્ન

બધી લિથિયમ બેટરીઓ સમાન રીતે બનાવવામાં આવતી નથી, અને આ મોટાભાગના ખરીદદારોને સમજાય છે તેના કરતાં વધુ મહત્વ ધરાવે છે.

LFP (લિથિયમ આયર્ન ફોસ્ફેટ)સારા કારણોસર ફોર્કલિફ્ટ માર્કેટ પર પ્રભુત્વ ધરાવે છે. થર્મલ રનઅવે થ્રેશોલ્ડ NCM રસાયણશાસ્ત્ર માટે આશરે 150 ડિગ્રીની સરખામણીમાં 270 ડિગ્રીની આસપાસ બેસે છે. જ્યારે તમે એવા વાતાવરણમાં ભારે મશીનરી ચલાવતા હોવ કે જ્યાં અસર થાય છે-કારણ કે ચાલો પ્રમાણિક રહીએ, ફોર્કલિફ્ટ ઓપરેટરો એવી બાબતોમાં ઝંપલાવતા હોય છે-જે સુરક્ષા માર્જિન બિન-વાટાઘાટપાત્ર બની જાય છે. સાયકલ લાઇફ સામાન્ય રીતે સ્રાવની 80% ઊંડાઈ પર 2,500 થી 4,000 ચક્ર સુધીની હોય છે.

NCM અને NCA બેટરીઓ પ્રસંગોપાત દેખાય છે, મોટે ભાગે વિશિષ્ટ કોલ્ડ સ્ટોરેજ એપ્લીકેશન્સમાં જ્યાં તેમની શ્રેષ્ઠ-તાપમાન ડિસ્ચાર્જ લાક્ષણિકતાઓ વધારાની જોખમ વ્યવસ્થાપન આવશ્યકતાઓને ન્યાયી ઠેરવે છે. પરંતુ તેઓ અપવાદ છે.

LTO (લિથિયમ ટાઇટેનેટ) ઉલ્લેખને પાત્ર છે કારણ કે કેટલાક ઉત્પાદકો અલ્ટ્રા-ફાસ્ટ ચાર્જિંગ દૃશ્યો માટે તેને સખત દબાણ કરે છે. ટેક્નોલોજી કામ કરે છે-તમે આ પેકને 15-20 મિનિટમાં ખરેખર ચાર્જ કરી શકો છો-પરંતુ એનર્જી ડેન્સિટી પેનલ્ટી ગંભીર છે. તમે અંદાજે 70Wh/kg જોઈ રહ્યાં છો. મોટા ભાગની કામગીરી માટે, ગણિત કામ કરતું નથી.

પેકની અંદર ખરેખર શું થાય છે

સમગ્ર એસેમ્બલીમાં બૅટરી મેનેજમેન્ટ સિસ્ટમ કદાચ સૌથી ઓછું મૂલ્યવાન ઘટક છે. સારી BMS આગને રોકવા કરતાં વધુ કરે છે.

એકલા સેલ બેલેન્સિંગ પેક લાઈફને 20-30% સુધી વધારી શકે છે. મૉડ્યૂલની અંદરના વ્યક્તિગત કોષો ઑપરેશન દરમિયાન મેન્યુફેક્ચરિંગ ભિન્નતા અને થર્મલ ગ્રેડિએન્ટ્સને કારણે સહેજ અલગ દરે અનિવાર્યપણે વય કરશે. સક્રિય સંતુલન વિના, તમારો સૌથી નબળો કોષ સમગ્ર પેક માટે મર્યાદિત પરિબળ બની જાય છે. સિસ્ટમ અનિવાર્યપણે એક સાંકળ બની જાય છે-માત્ર-તેની-મજબૂત-તરીકે-તેની-નબળી-લિંક પરિસ્થિતિ.

લિથિયમ રસાયણશાસ્ત્રમાં ચાર્જ અંદાજની સ્થિતિ વાસ્તવિક તકનીકી પડકારો રજૂ કરે છે. LFP કોષો માટે વોલ્ટેજ વળાંક સ્રાવ ચક્રના મધ્ય 60% દ્વારા નોંધપાત્ર રીતે સપાટ છે. તમે માત્ર વોલ્ટેજને માપી શકતા નથી અને લીડ-એસિડ વડે SOC મેળવી શકો છો. આધુનિક પ્રણાલીઓ જાણીતા સંદર્ભ બિંદુઓ (ફુલ ચાર્જ વોલ્ટેજ, ડિસ્ચાર્જ એન્ડપોઇન્ટ્સ) પર આધારિત કાલમેન ફિલ્ટરિંગ અને સામયિક પુનઃકેલિબ્રેશન સાથે મળીને કુલોમ્બ ગણતરીનો ઉપયોગ કરે છે.

તાપમાનનું નિરીક્ષણ બહુવિધ બિંદુઓ પર થાય છે-સામાન્ય રીતે દર 8-12 કોષો-શટડાઉન પ્રોટોકોલ સાથે જો કોઈ સેન્સર થ્રેશોલ્ડ મૂલ્યો કરતાં વધી જાય તો ટ્રિગર થાય છે. CAN બસ સંચાર આ ડેટાને ફોર્કલિફ્ટના મુખ્ય નિયંત્રકને સતત ફીડ કરે છે.

પૈસાની વાતચીત

આ તે છે જ્યાં વસ્તુઓ રસપ્રદ બને છે, અને જ્યાં મેં જોયું છે કે પ્રાપ્તિ ટીમો ખર્ચાળ ભૂલો કરે છે.

લિથિયમ પેક માટે પ્રારંભિક ખરીદી કિંમત સમકક્ષ લીડ-એસીડ બેટરીની કિંમત કરતાં આશરે 2.5 થી 3 ગણી ચાલે છે. આ સંખ્યા લોકોને ડરાવે છે. તે ન જોઈએ, પરંતુ તે કરે છે.

બે પાળી ચાલતી સામાન્ય 80V/500Ah એપ્લિકેશનને ધ્યાનમાં લો:

લીડ-એસિડ દૃશ્ય માટે બે બેટરી પેક (એક ચાર્જિંગ જ્યારે એક ચલાવે છે), ચાર્જર, બેટરી હેન્ડલિંગ સાધનો અને ઉપરોક્ત બેટરી રૂમ ઈન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચરની જરૂર છે. તમે દર 4-5 વર્ષે તે બેટરીઓ પણ બદલી રહ્યા છો. દૈનિક બૅટરી સ્વેપ માટેના મજૂરી ખર્ચમાં દરરોજ બે વાર, તમારા લોડ કરેલા મજૂરી દર ગમે તે હોય, સ્વેપ દીઠ 15-20 મિનિટનો વધારો થાય છે.

યોગ્ય સંચાલન સાથે લિથિયમ પેક 8-10 વર્ષ સુધી ચાલે છે. કોઈ સ્વેપિંગ નથી. બેટરી રૂમ નથી. વિરામ દરમિયાન તક ચાર્જિંગ તેને અનિશ્ચિત સમય માટે ચાલુ રાખે છે.

TCO ગણતરીને 10-વર્ષની ક્ષિતિજ પર ચલાવો અને લિથિયમ સામાન્ય રીતે 25-40% થી જીતે છે, સ્થાનિક વીજળીના દરો અને મજૂરી ખર્ચ પર ભારે આધાર રાખે છે. ત્રણ-પાળી કામગીરી 18-24 મહિનામાં વળતર આપે છે. સિંગલ-શિફ્ટ એપ્લિકેશન કદાચ ક્યારેય પેબેક સુધી પહોંચી શકતી નથી, તેથી જ હું હંમેશા કંઈપણ ભલામણ કરતા પહેલા ઉપયોગની પેટર્ન વિશે પૂછું છું.

કોલ્ડ સ્ટોરેજ: એ સ્પેશિયલ બીસ્ટ

-20 ડિગ્રીથી ઓછી ફ્રીઝર એપ્લિકેશનો અનન્ય પડકારો રજૂ કરે છે જે અલગ ચર્ચાને પાત્ર છે.

સ્ટાન્ડર્ડ લિથિયમ પેક નીચા તાપમાને નોંધપાત્ર ક્ષમતા ઘટાડાનો અનુભવ કરે છે-ક્યારેક -25 ડિગ્રી પર 30-40% નુકશાન. ઇલેક્ટ્રોલાઇટની આયનીય વાહકતા નાટકીય રીતે ઘટે છે. આંતરિક પ્રતિકાર વધે છે. ગંભીર રીતે ઠંડા પેકને ચાર્જ કરવાનો પ્રયાસ એનોડ પર લિથિયમ પ્લેટિંગને જોખમમાં મૂકે છે, જે કોષોને કાયમી ધોરણે નુકસાન પહોંચાડે છે અને સલામતી માટે જોખમો બનાવે છે.

હેતુ-બિલ્ટ કોલ્ડ સ્ટોરેજ બેટરીઓ હીટિંગ સિસ્ટમ્સનો સમાવેશ કરે છે જે ચાર્જિંગ શરૂ થાય તે પહેલાં સક્રિય થાય છે. કેટલીક ડિઝાઇન પ્રતિકારક ગરમી તત્વોનો ઉપયોગ કરે છે; અન્ય ગરમ શીતકનું પરિભ્રમણ કરે છે. જ્યાં સુધી કોષનું તાપમાન લઘુત્તમ થ્રેશોલ્ડ કરતાં વધી ન જાય, સામાન્ય રીતે 0 ડિગ્રીની આસપાસ હોય ત્યાં સુધી પેક ચાર્જ સ્વીકારશે નહીં.

આ જટિલતા, ખર્ચ અને સંભવિત નિષ્ફળતાના મુદ્દા ઉમેરે છે. પરંતુ વૈકલ્પિક-ચાર્જ કરતાં પહેલાં બેટરીને આસપાસના તાપમાનમાં લાવવું-પહેલાં સ્થાને લિથિયમ રોકાણને યોગ્ય ઠેરવતા ઓપરેશનલ ફાયદાઓને હરાવે છે.

સ્થાપન વાસ્તવિકતાઓ

પ્લગ-અને-પ્લે માર્કેટિંગ આખી વાર્તા જણાવતું નથી.

પ્રતિસંતુલિત ફોર્કલિફ્ટ્સમાં વજનનું વિતરણ ખૂબ મહત્વનું છે. લીડ-એસીડ બેટરી આવશ્યક બેલાસ્ટ તરીકે કાર્ય કરે છે; ટ્રક શાબ્દિક રીતે તે સમૂહની આસપાસ રચાયેલ છે. લિથિયમ પેકનું વજન 50-70% ઓછું હોય છે. મોટા ભાગના ઉત્પાદકો ભરપાઈ કરવા માટે સ્ટીલ બેલાસ્ટ પ્લેટ્સ ઉમેરે છે, પરંતુ આ માટે યોગ્ય એન્જિનિયરિંગની જરૂર છે. મેં ખરાબ રીતે એક્ઝિક્યુટ થયેલા રૂપાંતરણ જોયા છે જ્યાં ટ્રક લોડ હેઠળ અસ્થિર બની ગઈ હતી.

ચાર્જરની સુસંગતતાની પણ ખાતરી આપવામાં આવતી નથી. લીડ-એસિડ ચાર્જર મૂળભૂત રીતે અલગ ચાર્જિંગ પ્રોફાઇલ્સનો ઉપયોગ કરે છે-બલ્ક, શોષણ, સમાનીકરણ તબક્કાઓ-જે લિથિયમ કોષોને નુકસાન પહોંચાડે છે. તમને યોગ્ય CC-CV વળાંકો અને BMS સંચાર ક્ષમતા સાથે લિથિયમ-વિશિષ્ટ ચાર્જિંગ સાધનોની જરૂર છે.

માઉન્ટિંગ પરિમાણો ક્યારેક કામ કરે છે, ક્યારેક નથી. બેટરી કમ્પાર્ટમેન્ટમાં ફેરફાર અસામાન્ય નથી.

પ્રમાણન આલ્ફાબેટ સૂપ

બેટરી ખરીદનાર કોઈપણ માટે, નિયમનકારી લેન્ડસ્કેપમાં શામેલ છે:

પરિવહન સલામતી માટે UN38.3 (શિપિંગ માટે ફરજિયાત)

IEC 62619 ખાસ કરીને ઔદ્યોગિક લિથિયમ બેટરીને આવરી લે છે

ઉત્તર અમેરિકન બજારોમાં UL 2580

યુરોપીયન જમાવટ માટે CE માર્કિંગ

યોગ્ય દસ્તાવેજો વિના બેટરી સ્વીકારશો નહીં. આ માત્ર જવાબદારી સુરક્ષા નથી-તે મૂળભૂત ચકાસણી છે કે કોઈએ ઉત્પાદન વેચતા પહેલા તેનું ખરેખર પરીક્ષણ કર્યું હતું.

જાળવણી (અથવા તેનો અભાવ)

સાચા ફાયદાઓમાંનો એક: લિથિયમ પેકને લગભગ કોઈ નિયમિત જાળવણીની જરૂર નથી.

પાણી આપવાનું નથી. કોઈ સમાનતા ચાર્જિંગ નથી. કોઈ એસિડ તટસ્થતા નથી. સાફ કરવા માટે કોઈ ટર્મિનલ કાટ નથી. BMS આપમેળે સંતુલન સંભાળે છે.

તમારે શું કરવું જોઈએ: ભૌતિક નુકસાન માટે સમયાંતરે દ્રશ્ય નિરીક્ષણ, કનેક્ટરની સ્થિતિ તપાસો અને મોનિટરિંગ સિસ્ટમમાંથી ડેટા સમીક્ષા. મોટા ભાગના ફ્લીટ મેનેજમેન્ટ સોફ્ટવેર કોષોને સમસ્યા બનતા પહેલા અસામાન્ય વર્તન દર્શાવતા ફ્લેગ કરી શકે છે.

મોનિટરિંગ ભાગ લોકોને ખ્યાલ કરતાં વધુ મહત્વ ધરાવે છે. આ સિસ્ટમો નોંધપાત્ર ડાયગ્નોસ્ટિક ડેટા જનરેટ કરે છે. તેનો સક્રિયપણે ઉપયોગ કરવાથી પેક જીવન લંબાય છે; તેને અવગણવાનો અર્થ એ છે કે જરૂરી કરતાં વહેલા બેટરી બદલવી.

ચાર્જિંગ ફિલોસોફી શિફ્ટ

ઓપોર્ચ્યુનિટી ચાર્જિંગ એ સાધનસામગ્રીના સંચાલન વિશે ઓપરેશન્સ કેવી રીતે વિચારે છે તે મૂળભૂત રીતે બદલે છે.

લીડ-એસીડ બેટરી સંપૂર્ણ ડિસ્ચાર્જ-ચાર્જ સાયકલ પસંદ કરે છે. આંશિક ચાર્જિંગ મેમરી અસરો અને સ્તરીકરણ સમસ્યાઓ બનાવે છે. તમારે આવશ્યકપણે તમારા બેટરી વપરાશની યોજના કરવાની જરૂર છે.

લિથિયમ કોષો આંશિક ચક્ર પસંદ કરે છે. લંચ બ્રેક દરમિયાન 40% થી 80% સુધી ચાર્જ કરવું એ વાસ્તવમાં સારું-લાભકારક છે. ચાર્જની સ્થિતિને 20% અને 80% ની વચ્ચે રાખવાથી ચક્ર જીવન મહત્તમ બને છે. તમે એક અલગ ઓપરેશનલ કાર્ય તરીકે બેટરી મેનેજમેન્ટ વિશે વિચારવાનું બંધ કરો અને તેને સતત પૃષ્ઠભૂમિ પ્રવૃત્તિ તરીકે ગણવાનું શરૂ કરો.

આ બૅટરી ફેરફારો વિના વાસ્તવિક મલ્ટિ-શિફ્ટ ઑપરેશનને સક્ષમ કરે છે. એક પેક, એક ટ્રક, 24-કલાકનું કવરેજ. ઉચ્ચ-થ્રુપુટ વાતાવરણમાં ઉત્પાદકતાની અસરો નોંધપાત્ર છે.

વ્હેર થિંગ્સ ગો રોંગ

સમજવા યોગ્ય સામાન્ય નિષ્ફળતા મોડ્સ:

• BMS નિષ્ફળતાઓવોરંટી દાવાઓની આશ્ચર્યજનક ટકાવારી માટે જવાબદાર છે. ઇલેક્ટ્રોનિક્સ કઠોર વાતાવરણમાં રહે છે ઉત્પાદકો વચ્ચે ગુણવત્તા નાટકીય રીતે બદલાય છે.
• સંપર્કકર્તા વેલ્ડીંગત્યારે થાય છે જ્યારે મુખ્ય પાવર કોન્ટેક્ટર્સ ફ્યુઝ બંધ થાય છે, સામાન્ય રીતે વર્તમાન ઘટનાઓને કારણે. આને રોકવા માટે યોગ્ય રીતે ડિઝાઇન કરેલી સિસ્ટમમાં પ્રી-ચાર્જ સર્કિટનો સમાવેશ થાય છે. સસ્તી ડિઝાઇન ક્યારેક નથી કરતી.
• સંચાર ખામીઓBMS અને ફોર્કલિફ્ટ કંટ્રોલર વચ્ચેની બેટરી સંપૂર્ણપણે કાર્યરત હોય ત્યારે પણ ટ્રકને ફસાયેલી છોડી શકે છે. CAN બસ અમલીકરણ ગુણવત્તા બાબતો.

સેલ નિષ્ફળતાઓ થાય છે પરંતુ પ્રતિષ્ઠિત ઉત્પાદકો સાથે પ્રમાણમાં દુર્લભ છે. જ્યારે તે થાય છે, મોડ્યુલર પેક ડિઝાઇન સમગ્ર બેટરીને બદલે અસરગ્રસ્ત મોડ્યુલોને બદલવાની મંજૂરી આપે છે.

આગળ જોઈએ છીએ

ઓટોમોટિવ એપ્લીકેશન્સ માટે સોલિડ-સ્ટેટ બેટરીઓ કાયમ "પાંચ વર્ષ દૂર" રહે છે, પરંતુ ઔદ્યોગિક ઉદ્દેશ્ય શક્તિ માટેની ટેક્નોલોજી સમયરેખા સંભવતઃ લાંબી લંબાય છે. વર્તમાન લિક્વિડ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સિસ્ટમ્સ એટલી સારી રીતે કામ કરે છે કે રિપ્લેસમેન્ટ પ્રેશર મર્યાદિત છે.

વધુ રસપ્રદ નજીકના-ગાળાના વિકાસમાં સિલિકોન-એનોડ કોષોનો સમાવેશ થાય છે જે ઉર્જા ઘનતાને 200Wh/kg કરતાં આગળ વધારી શકે છે, અને ઉત્પાદન સ્કેલમાં વધારો થતાં ખર્ચમાં સતત ઘટાડો થાય છે. બૅટરી--એક-સેવા મૉડલ તરીકે ટ્રેક્શન મેળવી રહી છે, ખાસ કરીને નાના ઑપરેશન માટે કે જે મોટા મૂડી ખર્ચને શોષી શકતા નથી.

માર્ગ સ્પષ્ટ છે. નવી ફોર્કલિફ્ટ વેચાણ લિથિયમ રૂપરેખાંકનો માટે વધુને વધુ ડિફોલ્ટ છે. લીડ-એસિડ રાતોરાત અદૃશ્ય થઈ જતું નથી-ત્યાં એક વિશાળ સ્થાપિત આધાર છે અને ટેક્નોલોજી ઓછી-ઉપયોગની એપ્લિકેશનો માટે આર્થિક રીતે સમજદાર રહે છે-પરંતુ સંક્રમણ તેના ટિપીંગ બિંદુને પાર કરી ગયું છે.

આ ટેક્નોલોજી ચોક્કસ કામગીરી માટે અર્થપૂર્ણ છે કે કેમ તે સંપૂર્ણપણે વિગતો પર આધાર રાખે છે: ઉપયોગના કલાકો, શિફ્ટ પેટર્ન, પર્યાવરણીય પરિસ્થિતિઓ, મૂડીની ઉપલબ્ધતા અને ઓપરેશનલ પ્રાથમિકતાઓ. કોઈ સાર્વત્રિક જવાબ નથી. પરંતુ આ સિસ્ટમો ખરેખર કેવી રીતે કાર્ય કરે છે તે સમજવું-માર્કેટિંગ સામગ્રીની બહાર-એ જાણકાર નિર્ણય લેવા માટેનું પ્રથમ પગલું છે.