फ्लडेड लेड एसिड बैटरियां (लेड बैटरियां)

परिचय

विभिन्न प्रकार की लेड एसिड बैटरियां होती हैं, इनमें शामिल हैं जेल सेल, एब्जॉर्ब्ड ग्लास मैट (AGM) और फ्लडेड। मूल लेड एसिड बैटरी की उत्पत्ति 1859 में हुई थी और तब से इसे काफी आधुनिक बनाया गया है, लेकिन सिद्धांत वही है। एब्जॉर्ब्ड ग्लास मैट बैटरियां और जेल सेल बैटरियां अक्सर वाल्व रेगुलेटेड लेड एसिड (VRLA) बैटरियों के रूप में वर्गीकृत की जाती हैं।

लेड एसिड बैटरियों में ऊर्जा से वजन या ऊर्जा से आयतन के गुण नहीं होते हैं, लेकिन वे उपयोग में बनी रहती हैं क्योंकि उनका निर्माण सस्ता होता है और उनमें उत्कृष्ट शक्ति से वजन के गुण होते हैं। लेड एसिड बैटरियों का व्यापक रूप से ऑटोमोबाइल उद्योग में उपयोग किया जाता है क्योंकि वे कम समय में बड़ी मात्रा में करंट डिस्चार्ज करने में सक्षम होती हैं; यह वही है जो एक स्थिर आंतरिक दहन (IC) इंजन को गति में लाने के लिए आवश्यक होता है (डीजल या पेट्रोल चालित आदि)।

अनुमान है कि औसत लेड एसिड बैटरी के वजन का 40-60% सीधे लेड प्लेट्स के कारण होता है (यही कारण है कि बैटरी इतनी भारी होती है)।

लेड एसिड बैटरियां कैसे काम करती हैं

लेड प्लेट्स को इलेक्ट्रोलाइट (पानी और सल्फ्यूरिक एसिड का घोल) में प्लास्टिक बैटरी केसिंग के भीतर निलंबित किया जाता है। पॉजिटिव और नेगेटिव प्लेट्स को असमान कोटिंग्स के साथ बनाया जाता है ताकि उनके बीच करंट प्रवाहित हो सके। जैसे ही प्लेट्स के बीच रासायनिक प्रतिक्रिया के कारण करंट प्रवाहित होता है, लेड सल्फेट पॉजिटिव और नेगेटिव दोनों प्लेट्स पर बनता है (लेड सल्फेट पीले कोटिंग के रूप में दिखाई देता है)। जैसे-जैसे लेड सल्फेट बढ़ता है, वोल्टेज घटने लगता है। यदि बैटरी चार्जर तुरंत नहीं जोड़ा जाता है और चार्जिंग करंट लागू नहीं किया जाता है, तो लेड सल्फेट प्लेट्स पर क्रिस्टलाइज हो जाएगा।

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लेड-एसिड बैटरी के प्रकार

आमतौर पर, निर्माण की विधि के आधार पर दो प्रकार की लेड-एसिड स्टोरेज बैटरियां होती हैं। इन बैटरियों को या तो फ्लडेड (या वेंटेड) या सील्ड कहा जाता है। फ्लडेड और सील्ड बैटरियां अपने संचालन में भी भिन्न होती हैं। सभी लेड-एसिड बैटरियां चार्जिंग के दौरान इलेक्ट्रोलिसिस नामक प्रक्रिया के माध्यम से इलेक्ट्रोड्स पर हाइड्रोजन और ऑक्सीजन गैस (गैसिंग) उत्पन्न करती हैं। ये गैसें फ्लडेड सेल से बाहर निकलने की अनुमति दी जाती हैं, हालांकि, सील्ड सेल को इस तरह से बनाया जाता है कि गैसें संलग्न और पुनः संयोजित होती हैं। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि हाइड्रोजन गैस केवल 4% वॉल्यूम में हवा में विस्फोटक होती है। फ्लडेड और सील्ड लेड-एसिड बैटरियों पर निम्नलिखित पैराग्राफ में चर्चा की गई है।

फ्लडेड लेड-एसिड बैटरियां

फ्लडेड सेल्स वे होते हैं जहां इलेक्ट्रोड्स/प्लेट्स इलेक्ट्रोलाइट में डूबे होते हैं। चूंकि चार्जिंग के दौरान उत्पन्न गैसें वातावरण में निकल जाती हैं, इसलिए इलेक्ट्रोलाइट को उसके आवश्यक स्तर पर लाने के लिए समय-समय पर डिस्टिल्ड पानी जोड़ा जाना चाहिए। फ्लडेड लेड-एसिड सेल का सबसे परिचित उदाहरण 12-वी ऑटोमोबाइल बैटरी है।

सील्ड लेड-एसिड बैटरियां

इन प्रकार की बैटरियों में इलेक्ट्रोलाइट संलग्न होता है, लेकिन आंतरिक दबाव एक निश्चित सीमा से अधिक होने पर गैसों को बाहर निकलने की अनुमति देने के लिए एक वेंट या वाल्व होता है। चार्जिंग के दौरान, एक लेड-एसिड बैटरी पॉजिटिव इलेक्ट्रोड पर ऑक्सीजन गैस उत्पन्न करती है।

सील्ड लेड-एसिड बैटरियां इस तरह से डिज़ाइन की गई हैं कि चार्जिंग के दौरान उत्पन्न ऑक्सीजन को बैटरी में कैप्चर और पुनः संयोजित किया जाता है। इसे ऑक्सीजन पुनः संयोजन चक्र कहा जाता है और यह तब तक अच्छी तरह से काम करता है जब तक कि चार्ज दर बहुत अधिक न हो। चार्ज की बहुत अधिक दर से केस का टूटना, थर्मल रनअवे, या आंतरिक यांत्रिक क्षति हो सकती है।

वाल्व-रेगुलेटेड बैटरी सबसे आम प्रकार की सील्ड बैटरी है। इसे स्थिर और दूरसंचार बैटरी अनुप्रयोगों के लिए विकसित किया गया था। इन प्रकार की सील्ड बैटरियों में एक स्प्रिंग-नियंत्रित वाल्व होता है जो पूर्वनिर्धारित दबाव पर गैसों को वेंट करता है। बैटरी डिज़ाइन के आधार पर विशिष्ट दबाव सीमाएं 2 से 5 पीएसआईजी तक होती हैं। हालांकि "वाल्व-रेगुलेटेड" शब्द का अक्सर सील्ड लेड-एसिड बैटरियों का वर्णन करने के लिए पर्यायवाची के रूप में उपयोग किया जाता है, सभी सील्ड बैटरियां वाल्व-रेगुलेटेड नहीं होती हैं। कुछ बैटरी डिज़ाइन अतिरिक्त दबाव को राहत देने के लिए बदली जाने योग्य वेंट प्लग या अन्य तंत्र का उपयोग करते हैं। सक्रिय सेवा में बैटरियों के लिए आवश्यक रखरखाव को कम करने के लिए सील्ड बैटरियों को विकसित किया गया था। चूंकि इलेक्ट्रोलाइट स्तर को गैसों को फंसाकर और पुनः संयोजित करके संरक्षित किया जाता है, इसलिए बैटरी के जीवनकाल में डिस्टिल्ड पानी जोड़ने की कोई आवश्यकता नहीं होनी चाहिए। इन बैटरियों को अक्सर "रखरखाव मुक्त" कहा जाता है। वास्तव में, अनसील्ड प्रकार की बैटरियों पर लागू सभी रखरखाव प्रथाएं सील्ड प्रकार की बैटरियों पर लागू होती हैं। एकमात्र अपवाद यह है कि इलेक्ट्रोलाइट स्तर को बनाए नहीं रखा जा सकता है और न ही इसे बनाए रखने की आवश्यकता होनी चाहिए।

बैकअप पावर स्रोत अनुप्रयोगों के लिए सील्ड प्रकार की बैटरियों से अक्सर बचा जाता है। एक कारण यह है कि सील्ड प्रकार की बैटरियों की चार्ज की स्थिति को सामान्य विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण माप द्वारा निर्धारित नहीं किया जा सकता है। सील्ड प्रकार की बैटरियों की चार्ज की स्थिति को मापने के लिए विश्वसनीय वैकल्पिक विधियों का विकास किया जा रहा है। दूसरा कारण यह है कि वे उच्च तापमान के प्रति संवेदनशील होते हैं।

संचालन और निर्माण

निम्नलिखित पैराग्राफ लेड-एसिड बैटरियों के सामान्य संचालन और निर्माण का वर्णन करते हैं।

लेड-एसिड बैटरी सक्रिय सामग्री

बैटरी में सक्रिय सामग्री वे होती हैं जो विद्युत रासायनिक चार्ज/डिस्चार्ज प्रतिक्रिया में भाग लेती हैं। इनमें इलेक्ट्रोलाइट और पॉजिटिव और नेगेटिव इलेक्ट्रोड शामिल होते हैं। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, लेड-एसिड बैटरी में इलेक्ट्रोलाइट सल्फ्यूरिक एसिड (H₂SO₄) का पतला घोल होता है। पूरी तरह से चार्ज की गई बैटरी का नेगेटिव इलेक्ट्रोड स्पंज लेड (Pb) से बना होता है और पॉजिटिव इलेक्ट्रोड लेड डाइऑक्साइड (PbO₂) से बना होता है।

लेड-एसिड सेल की इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री

सभी लेड-एसिड बैटरियां एक ही मौलिक प्रतिक्रियाओं पर काम करती हैं। जैसे-जैसे बैटरी डिस्चार्ज होती है, इलेक्ट्रोड्स में सक्रिय सामग्री (पॉजिटिव इलेक्ट्रोड में लेड डाइऑक्साइड और नेगेटिव इलेक्ट्रोड में स्पंज लेड) इलेक्ट्रोलाइट में सल्फ्यूरिक एसिड के साथ प्रतिक्रिया करती है ताकि लेड सल्फेट और पानी बन सके। रिचार्ज पर, दोनों इलेक्ट्रोड्स पर लेड सल्फेट वापस लेड डाइऑक्साइड (पॉजिटिव) और स्पंज लेड (नेगेटिव) में बदल जाता है, और सल्फेट आयन (SO₄^2-) इलेक्ट्रोलाइट घोल में वापस जाकर सल्फ्यूरिक एसिड बनाते हैं। सेल में शामिल प्रतिक्रियाएं निम्नलिखित हैं।

पॉजिटिव इलेक्ट्रोड पर

नेगेटिव इलेक्ट्रोड पर

कुल मिलाकर सेल के लिए

इसलिए, एकल लेड-एसिड सेल द्वारा विकसित की जा सकने वाली अधिकतम ओपन-सर्किट वोल्टेज 2.041 वी है।

नेगेटिव और पॉजिटिव प्लेट निर्माण विधियाँ

लेड-एसिड बैटरी इलेक्ट्रोड्स के निर्माण के लिए सबसे सरल विधि प्लांटे प्लेट है, जिसका नाम लेड-एसिड बैटरी के आविष्कारक के नाम पर रखा गया है। एक प्लांटे प्लेट केवल शुद्ध लेड से बनी एक सपाट प्लेट होती है। चूंकि लेड-एसिड बैटरी की क्षमता इलेक्ट्रोलाइट के संपर्क में आने वाले इलेक्ट्रोड्स के सतह क्षेत्र के अनुपात में होती है, इसलिए इलेक्ट्रोड्स के प्रति इकाई आयतन या वजन के सतह क्षेत्र को बढ़ाने के लिए विभिन्न योजनाएं अपनाई जाती हैं। प्लांटे प्लेट्स को उनके सतह क्षेत्र को बढ़ाने के लिए खांचे या छिद्रित किया जाता है। नीचे दी गई छवि में एक विशिष्ट प्लांटे प्लेट दिखाई गई है।

सतह क्षेत्र को बढ़ाने के लिए सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली विधि सक्रिय सामग्री को एक पेस्ट में बनाना है जो एक स्पंज की तरह कार्य करता है जहां इलेक्ट्रोलाइट सभी छिद्रों को भरता है। पेस्ट, या सक्रिय सामग्री, एक फ्रेम या ग्रिड संरचना में लगाई जाती है जो इसे यांत्रिक रूप से समर्थन देती है और चार्ज और डिस्चार्ज चक्र दोनों के दौरान करंट ले जाने वाले विद्युत कंडक्टर के रूप में कार्य करती है। आज सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली प्लेट पेस्टेड प्लेट है, जिसे फ्लैट प्लेट भी कहा जाता है। यह ग्रिड संरचना एक शहद के छत्ते के क्रॉस सेक्शन जैसा एक जाली का काम करती है, जिसमें संरचना पर सभी आयताकार खिड़कियों को पेस्ट से भरा जाता है। नीचे दी गई छवि में एक पेस्टेड प्लेट ग्रिड का विशTypical Construction of a Pasted Plate Grid

पॉजिटिव इलेक्ट्रोड्स आमतौर पर पेस्टेड प्लेट या ट्यूबलर निर्माण के होते हैं। ट्यूबलर इलेक्ट्रोड्स भारी साइक्लिंग अनुप्रयोगों के लिए लोकप्रिय पॉजिटिव प्लेट्स हैं। यह निर्माण एक सामान्य बस (बसबार) से जुड़े ऊर्ध्वाधर रीढ़ की एक श्रृंखला वाली एक फ्रेम संरचना का उपयोग करता है। पेस्ट को माइक्रो-पोरस, गैर-प्रवाहकीय ट्यूबों में रखा जाता है जिन्हें व्यक्तिगत रीढ़ पर रखा जाता है। नीचे दी गई छवि में ट्यूबलर प्लेट निर्माण का एक सरलीकृत दृश्य दिखाया गया है। उपयोग की गई प्लेट के प्रकार की परवाह किए बिना, किसी भी बैटरी की क्षमता को समानांतर में कई प्लेट्स जोड़कर बढ़ाया जाता है।

एंटीमनी/कैल्शियम/सेलेनियम/टिन अलॉयिंग

पेस्टेड और ट्यूबलर प्लेट बैटरियों दोनों में ग्रिड संरचना एक लेड अलॉय से बनी होती है। एक शुद्ध लेड ग्रिड संरचना अपने आप में सक्रिय सामग्री का समर्थन करते हुए लंबवत खड़े होने के लिए पर्याप्त मजबूत नहीं होती है। अतिरिक्त ताकत और बेहतर विद्युत गुणों के लिए लेड के साथ थोड़ी मात्रा में अन्य धातुओं को मिलाया जाता है। सबसे अधिक मिलाई जाने वाली धातुएं एंटीमनी, कैल्शियम, टिन और सेलेनियम हैं।

Typical Construction of a Tubular Plate

आज ग्रिड को सख्त करने के लिए उपयोग किए जाने वाले दो सबसे सामान्य अलॉय एंटीमनी और कैल्शियम हैं। इन प्रकार के ग्रिड वाली बैटरियों को कभी-कभी "लेड-एंटीमनी" और "लेड-कैल्शियम" बैटरियां कहा जाता है। टिन को लेड-कैल्शियम ग्रिड्स में साइक्लेबिलिटी में सुधार के लिए जोड़ा जाता है। लेड-एंटीमनी और लेड-कैल्शियम ग्रिड वाली बैटरियों के बीच मुख्य अंतर निम्नलिखित हैं:

1. लेड-एंटीमनी बैटरियों को लेड-कैल्शियम बैटरियों की तुलना में अधिक बार गहराई से साइकिल किया जा सकता है। 
2. फ्लडेड लेड-एंटीमनी बैटरियों को उनके जीवन के अंत के करीब अधिक बार रखरखाव की आवश्यकता होती है क्योंकि वे अधिक पानी का उपयोग करती हैं और समय-समय पर समानता चार्ज की आवश्यकता होती है। 
3. लेड-कैल्शियम बैटरियों की स्व-डिस्चार्ज दरें कम होती हैं जैसा कि नीचे दी गई छवि में दिखाया गया है और इसलिए, फ्लोट चार्ज पर लेड-एंटीमनी बैटरियों की तुलना में कम करंट खींचेंगी। 
4. लेड-कैल्शियम पॉजिटिव प्लेट्स की लंबाई और चौड़ाई में वृद्धि हो सकती है क्योंकि ग्रिड ऑक्सीकरण अनाज की सीमाओं पर होता है। यह ऑक्सीकरण आमतौर पर दीर्घकालिक ओवरचार्जिंग के कारण होता है, जो यूपीएस और अन्य बैटरियों पर निरंतर-फ्लोट चार्जिंग के लिए सामान्य है। ग्रिड्स का आकार इतना बढ़ सकता है कि उनके कंटेनरों का झुकना या टूटना हो सकता है।

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Self-Discharge Rates of Three Grid Materials

ग्रिड अलॉय का एक और प्रकार लेड-सेलेनियम है। वास्तव में, यह बैटरी वास्तव में एक कम लेड-एंटीमनी ग्रिड है जिसमें थोड़ी मात्रा में सेलेनियम होता है। लेड-सेलेनियम में विशेषताएं होती हैं जो लेड-कैल्शियम और लेड-एंटीमनी के बीच कहीं आती हैं।

जब शुद्ध लेड को एक अलॉय के साथ मिलाया जाता है तो बैटरी के प्रदर्शन में अवांछनीय विशेषताएं पेश की जा सकती हैं। आधुनिक बैटरी निर्माता सेलेनियम, कैडमियम, टिन और आर्सेनिक जैसे डोपिंग एजेंटों को पेश करके एंटीमनी और कैल्शियम की मात्रा को कम करने का प्रयास करते हैं। जब आर्सेनिक और एंटीमनी युक्त बैटरियों को चार्ज किया जाता है (विशेष रूप से ओवरचार्ज किया जाता है) तो जहरीली गैसें आर्सिन (AsH₃) और स्टिबिन (SbH₃) निकल सकती हैं। इस पर चार्जिंग के लिए समर्पित पैराग्राफ में आगे चर्चा की गई है।

विशिष्ट गुरुत्व

बैटरी संचालन के प्रमुख मापदंडों में से एक इलेक्ट्रोलाइट का विशिष्ट गुरुत्व है। विशिष्ट गुरुत्व एक निर्दिष्ट तापमान पर एक घोल के वजन का पानी के समान मात्रा के वजन के अनुपात को दर्शाता है। विशिष्ट गुरुत्व का उपयोग सेल या बैटरी की चार्ज की स्थिति के संकेतक के रूप में किया जाता है। हालांकि, विशिष्ट गुरुत्व माप बैटरी की क्षमता का निर्धारण नहीं कर सकते। डिस्चार्ज के दौरान, जैसा कि नीचे दी गई छवि में संकेत दिया गया है, विशिष्ट गुरुत्व एम्पीयर-घंटे डिस्चार्ज के साथ रैखिक रूप से घटता है।

Changes in Voltage and Specific Gravity During Charge and Discharge

इसलिए, पूरी तरह से चार्ज की गई स्थिर स्थिति संचालन और डिस्चार्ज पर, इलेक्ट्रोलाइट के विशिष्ट गुरुत्व का माप सेल की चार्ज की स्थिति का एक अनुमानित संकेत प्रदान करता है। डिस्चार्ज के दौरान विशिष्ट गुरुत्व के लिए नीचे की ओर ढलान वाली रेखा नीचे दिए गए समीकरण द्वारा अनुमानित की जाती है:

विशिष्ट गुरुत्व=सेल ओपन सर्किट वोल्टेज-0.845।

या

सेल ओपन सर्किट वोल्टेज = विशिष्ट गुरुत्व + 0.845।

उपरोक्त समीकरणों से समय-समय पर अनुमानित विशिष्ट गुरुत्व की विद्युत निगरानी की अनुमति मिलती है। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, सील्ड लेड-एसिड बैटरियों पर विशिष्ट गुरुत्व माप नहीं लिया जा सकता है। सील्ड बैटरी की चार्ज की स्थिति के संकेतक के रूप में सेल ओपन-सर्किट वोल्टेज का माप उपयोग किया गया है। सील्ड बैटरियों की चार्ज की स्थिति का निर्धारण करने के लिए अधिक विश्वसनीय विधियों का विकास किया जा रहा है।

बैटरी के डिस्चार्ज के दौरान विशिष्ट गुरुत्व शुद्ध पानी के निकट एक मूल्य तक घटता है और रिचार्ज के दौरान बढ़ता है। जब विशिष्ट गुरुत्व अपने उच्चतम संभव मूल्य तक पहुँच जाता है तो बैटरी को पूरी तरह से चार्ज माना जाता है।

विशिष्ट गुरुत्व, निश्चित रूप से, तापमान और सेल में इलेक्ट्रोलाइट की मात्रा के साथ भिन्न होता है। जब इलेक्ट्रोलाइट निम्न-स्तर के निशान के पास होता है, तो विशिष्ट गुरुत्व नाममात्र से अधिक होता है और सेल को पूर्ण स्तर तक लाने के लिए पानी जोड़ने के साथ गिरता है। इलेक्ट्रोलाइट का आयतन तापमान बढ़ने के साथ फैलता है और तापमान गिरने के साथ सिकुड़ता है, इसलिए घनत्व या विशिष्ट गुरुत्व रीडिंग को प्रभावित करता है। जैसे-जैसे इलेक्ट्रोलाइट का आयतन फैलता है, रीडिंग कम हो जाती हैं और इसके विपरीत, ठंडे तापमान के साथ विशिष्ट गुरुत्व बढ़ता है।

किसी दिए गए बैटरी के लिए विशिष्ट गुरुत्व उस अनुप्रयोग द्वारा निर्धारित किया जाता है जिसमें इसका उपयोग किया जाएगा, जिसमें संचालन तापमान और बैटरी जीवन को ध्यान में रखा जाता है। कुछ अनुप्रयोगों के लिए विशिष्ट विशिष्ट गुरुत्व तालिका 1 में दिखाए गए हैं।

तालिका 1. फ्लडेड बैटरियों के लिए विशिष्ट गुरुत्व।

किसी दिए गए अनुप्रयोग के लिए बैटरी के चयन में, विचार करने के लिए उच्च या निम्न विशिष्ट गुरुत्व के कुछ प्रभाव हैं:

उच्च विशिष्ट गुरुत्व का घोल निम्न विशिष्ट गुरुत्व वाले घोल की तुलना में प्रति इकाई आयतन भारी होता है। इसलिए, चार्जिंग के दौरान निर्मित अधिक केंद्रित इलेक्ट्रोलाइट बैटरी जार के तल में डूब जाता है, जिससे विशिष्ट गुरुत्व में एक ग्रेडिएंट बनता है। ओवरचार्ज पर होने वाली गैसिंग एक "मिक्सर" के रूप में कार्य करती है और सेल में विशिष्ट गुरुत्व को समान बनाती है। गलत रीडिंग से बचने के लिए, विशिष्ट गुरुत्व माप केवल एक समानता चार्ज और कम से कम 72 घंटे के लिए बाद के फ्लोट चार्ज के बाद ही लिया जाना चाहिए। पाठक को एएनएसआई/आईईईई स्टैंडर्ड 450, जनरेटिंग स्टेशनों और सबस्टेशनों के लिए बड़े लेड स्टोरेज बैटरियों के रखरखाव, परीक्षण और प्रतिस्थापन के लिए आईईईई अनुशंसित अभ्यास से विशिष्ट गुरुत्व पर अतिरिक्त मार्गदर्शन प्राप्त करना चाहिए।

डिस्चार्ज दर और तापमान का क्षमता और जीवन पर प्रभाव

जिस दर से बैटरी डिस्चार्ज होती है और उसका संचालन तापमान उसकी क्षमता और जीवन पर गहरा प्रभाव डालता है। बैटरी क्षमता पर डिस्चार्ज दर के प्रभाव का एक उदाहरण नीचे दी गई छवि में ट्रैक्शन बैटरियों के लिए दिखाया गया है। यह छवि दिखाती है कि कम दर पर डिस्चार्ज की गई बैटरियां उन बैटरियों की तुलना में उच्च क्षमता प्रदान करने में सक्षम होंगी जो उच्च दर पर डिस्चार्ज की जाती हैं।

डिस्चार्ज की गहराई भी बैटरी के जीवन को प्रभावित करती है। जैसा कि नीचे दी गई छवि में एक विशिष्ट ट्रैक्शन बैटरी के लिए दिखाया गया है, क्षमता के लगभग 80% से अधिक डिस्चार्ज बैटरी के जीवन को छोटा कर सकते हैं।

ठंडे संचालन तापमान से थोड़ा अतिरिक्त जीवन मिलेगा, लेकिन लेड एसिड सेल्स की क्षमता भी कम हो जाएगी। उच्च तापमान उच्च क्षमता देता है (नीचे दी गई छवि देखें) लेकिन जीवन पर हानिकारक प्रभाव डालता है।

Typical Effects of Discharge Rate on Battery Capacity

Typical Effects of Depth of Discharge on Traction Battery Life

Typical Effects of Operating Temperatures on Traction Battery Capacity

अनुप्रयोग

लेड-एसिड स्टोरेज बैटरियों के उपयोग के लिए कई अनुप्रयोग हैं। वे विद्युत उपयोगिता कंपनियों द्वारा लोड लेवलिंग में उपयोग की जाने वाली अत्यधिक बड़ी बैटरी प्रणालियों से लेकर हाथ के उपकरणों में उपयोग की जाने वाली अपेक्षाकृत छोटी बैटरियों तक हैं। बैटरियों को गहरी और बार-बार साइकिल चलाने की आवश्यकता हो सकती है जैसे कि इलेक्ट्रिक वाहन शक्ति के लिए उपयोग की जाने वाली बैटरियां या वे "फ्लोट" पर रह सकती हैं जैसे कि आपातकालीन प्रकाश अनुप्रयोग में और शायद ही कभी डिस्चार्ज की जाती हैं। स्पष्ट रूप से, ये सभी अनुप्रयोग एक ही बैटरी का उपयोग नहीं कर सकते। संचालन तापमान, वांछित क्षमता, वोल्टेज और शक्ति आवश्यकताओं जैसे मापदंडों पर प्रतिबंध, आदि, चुनी गई बैटरी के प्रकार को प्रभावित करते हैं।

उपरोक्त सभी विचारों को बैटरी के ड्यूटी चक्र को निर्धारित करके ध्यान में रखा जाता है। ड्यूटी चक्र एक सेल या बैटरी के आवश्यक संचालन मापदंडों को चार्ज और डिस्चार्ज दरों, डिस्चार्ज की गहराई, चक्र की लंबाई और स्टैंडबाय मोड में समय की लंबाई जैसे कारकों को शामिल करता है। ड्यूटी चक्र को ज्ञात होना चाहिए और बैटरी खरीद विनिर्देश में शामिल किया जाना चाहिए। ड्यूटी चक्र और चुनी गई बैटरी चार्जर के प्रकार को भी निर्धारित करेगी। बैटरियों और अनुप्रयोगों से मेल खाने वाले चार्जर्स पर अधिक विवरण बाद के पैराग्राफ में शामिल हैं। ड्यूटी चक्र पर अधिक जानकारी "आकार और चयन" शीर्षक वाले अनुभाग में शामिल है।

लेड-एसिड बैटरी अनुप्रयोगों की प्रमुख श्रेणियां स्टार्टिंग, लाइटिंग और इग्निशन (एसएलआई); औद्योगिक, जिसमें ट्रैक्शन और स्थिर अनुप्रयोग शामिल हैं; और छोटे पोर्टेबल उपकरण। प्रत्येक प्रकार का संक्षिप्त विवरण नीचे शामिल है साथ ही प्रत्येक प्रकार के उदाहरण उपयोग भी शामिल हैं।

स्टार्टिंग, लाइटिंग और इग्निशन

एसएलआई बैटरियों का उपयोग अधिकांश लोग हर दिन करते हैं और ये किसी भी अन्य प्रकार की लेड-एसिड स्टोरेज बैटरी की तुलना में अधिक संख्या में उत्पादित की जाती हैं। इनका उपयोग ऑटोमोबाइल और अधिकांश अन्य प्रकार के आंतरिक दहन इंजनों को शुरू करने के लिए किया जाता है। वे गहरे डिस्चार्ज अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त नहीं हैं, लेकिन संक्षिप्त समय के लिए उच्च करंट की आवश्यकता वाले उपयोगों के लिए उत्कृष्ट हैं। उन्हें आमतौर पर "आंशिक फ्लोट" तरीके से चार्ज किया जाता है, जिसका अर्थ है कि वाहन के चलने के दौरान बैटरी केवल एक फ्लोट चार्ज प्राप्त करती है। नीचे दी गई छवि में एक विशTypical Effects of Operating Temperatures on Traction Battery Capacity

आकार और चयन

लेड-एसिड बैटरियों का आकार और चयन एएनएसआई/आईईईई स्टैंडर्ड 485, जनरेटिंग स्टेशनों और सबस्टेशनों के लिए बड़े लेड स्टोरेज बैटरियों के आकार के लिए आईईईई अनुशंसित अभ्यास के अनुसार किया जाना चाहिए। जैसा कि पहले वर्णित है, ड्यूटी चक्र बैटरी आकार और चयन में सबसे महत्वपूर्ण मानदंड है। एएनएसआई/आईईईई स्टैंडर्ड 485 में निर्देश और ड्यूटी चक्र निर्धारित करने के लिए एक नमूना अभ्यास शामिल है। नीचे दी गई छवि में एक सरल ड्यूटी चक्र आरेख दिखाया गया है।

Diagram of a Duty Cycle

प्रत्येक लोड (L1-6 द्वारा निर्दिष्ट) को एक निर्दिष्ट समय और अवधि के लिए एक निश्चित एम्परेज की आवश्यकता होती है। उदाहरण ड्यूटी चक्र में, यह माना जाता है कि 120वें मिनट में एक यादृच्छिक रूप से होने वाला लोड (L7) होता है। ड्यूटी चक्र में यादृच्छिक रूप से होने वाले लोड्स का प्लेसमेंट भी एएनएसआई/आईईईई स्टैंडर्ड 485 में शामिल है।

एएनएसआई/आईईईई स्टैंडर्ड 485 द्वारा अनुशंसित अन्य चयन कारक निम्नलिखित हैं:

1. भौतिक विशेषताएं, जैसे कि सेल्स का आकार और वजन, कंटेनर सामग्री, वेंट कैप्स, इंटरसेल कनेक्टर्स और टर्मिनल्स 
2. स्थापना का नियोजित जीवन और सेल डिज़ाइन का अपेक्षित जीवन 
3. डिस्चार्ज की आवृत्ति और गहराई 
4. परिवेश तापमान 
5. विभिन्न सेल डिज़ाइनों के लिए रखरखाव आवश्यकताएं 
6. सेल डिज़ाइन की भूकंपीय विशेषताएं।

रखरखाव

उचित रखरखाव बैटरी के जीवन को लंबा करेगा और यह सुनिश्चित करने में सहायता करेगा कि यह अपनी डिज़ाइन आवश्यकताओं को पूरा करने में सक्षम है। एक अच्छा बैटरी रखरखाव कार्यक्रम बैटरी प्रतिस्थापन की आवश्यकता निर्धारित करने में एक मूल्यवान सहायता के रूप में कार्य करेगा। बैटरी रखरखाव हमेशा प्रशिक्षित कर्मियों द्वारा किया जाना चाहिए जो बैटरियों और शामिल सुरक्षा सावधानियों के बारे में जानकार हों।

निम्नलिखित सामग्री का अधिकांश भाग फ्लडेड, गैर-रखरखाव-मुक्त बैटरियों से संबंधित है। हालांकि, तथाकथित "रखरखाव-मुक्त" और वाल्व-रेगुलेटेड बैटरियों को भी कुछ रखरखाव की आवश्यकता होती है। उन्हें पानी जोड़ने या विशिष्ट गुरुत्व की जांच करने की आवश्यकता नहीं होती है, लेकिन उन्हें समय-समय पर सफाई, सेल और बैटरी कुल फ्लोट वोल्टेज की निगरानी, लोड (क्षमता) परीक्षण, टर्मिनल प्रतिरोध माप, या टर्मिनल बोल्ट की सफाई और टॉर्किंग की आवश्यकता हो सकती है, जो अनुप्रयोग के महत्व पर निर्भर करता है।

सामान्य

सामान्य तौर पर, एक अच्छा रखरखाव और निरीक्षण कार्यक्रम प्रासंगिक मानकों पर आधारित होना चाहिए, जैसे कि एएनएसआई/आईईईई स्टैंडर्ड 450, जनरेटिंग स्टेशनों और सबस्टेशनों के लिए बड़े लेड स्टोरेज बैटरियों के रखरखाव, परीक्षण और प्रतिस्थापन के लिए आईईईई अनुशंसित अभ्यास। इन और अन्य संदर्भों से कुछ अनुशंसित प्रथाएं निम्नलिखित पैराग्राफ में प्रस्तुत की गई हैं।

फ्लडेड लेड-एसिड बैटरियां उचित रखरखाव के साथ 10 वर्षों या उससे अधिक समय तक कार्य कर सकती हैं। उचित रखरखाव के छह सामान्य नियम हैं:

1. चार्जर को बैटरी आवश्यकताओं से मिलाएं। 
2. बैटरी को ओवर डिस्चार्ज करने से बचें। 
3. इलेक्ट्रोलाइट को उचित स्तर पर बनाए रखें (आवश्यकतानुसार पानी जोड़ें)। 
4. बैटरी को साफ रखें। 
5. बैटरी को अधिक गरम होने से बचाएं। 
6. कमजोर बैटरियों/सेल्स को समय-समय पर एक समान चार्ज प्रदान करें।

बैटरी आवश्यकताओं से चार्जर का मिलान

खराब चार्जिंग अभ्यास बैटरी के जीवन को छोटा करने के लिए किसी भी अन्य कारण से अधिक जिम्मेदार है। चार्जिंग विभिन्न तरीकों से की जा सकती है, लेकिन डिस्चार्ज के विपरीत दिशा में बैटरी के माध्यम से करंट चलाने का उद्देश्य वही रहता है। चार्जिंग का सबसे महत्वपूर्ण पहलू बैटरी अनुप्रयोग के लिए चार्जर का मिलान करना है। चार्जर चुनते समय, बैटरी के प्रकार, जिस तरह से बैटरी डिस्चार्ज की जाएगी, चार्ज के लिए उपलब्ध समय, बैटरी का अनुभव करने वाले तापमान चरम और बैटरी में सेल्स की संख्या (आउटपुट वोल्टेज) पर विचार करना आवश्यक है। उपयुक्त चार्जिंग विधि निर्धारित करने के लिए खरीद के समय बैटरी निर्माता से परामर्श करना महत्वपूर्ण है।

सामान्य तौर पर, लेड-एसिड बैटरियों को किसी भी दर पर रिचार्ज किया जा सकता है जो अत्यधिक गैसिंग, ओवरचार्ज या उच्च तापमान का उत्पादन नहीं करता है। डिस्चार्ज की गई बैटरियों को शुरू में उच्च करंट पर रिचार्ज किया जा सकता है। हालांकि, एक बार जब बैटरी अपनी पूर्ण चार्ज के करीब पहुंच जाती है तो गैसिंग और अत्यधिक ओवरचार्जिंग को कम करने के लिए करंट को कम करना होगा।

लेड-एसिड बैटरियों को चार्ज करने के लिए योजनाओं की एक विस्तृत विविधता मौजूद है। हालांकि विभिन्न चार्जिंग तकनीकों पर एक पूर्ण चर्चा इस पाठ्यक्रम के दायरे से बाहर है, सामान्य तरीकों का सामान्य विवरण निम्नलिखित है।

स्थिर-वोल्टेज चार्जिंग

स्थिर-वोल्टेज (अक्सर स्थिर-क्षमता कहा जाता है) चार्जर्स चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान बैटरी की चार्ज की स्थिति की परवाह किए बिना बैटरी को लगभग समान वोल्टेज इनपुट बनाए रखते हैं। स्थिर-वोल्टेज चार्जर्स बैटरी को उच्च प्रारंभिक करंट प्रदान करते हैं क्योंकि बैटरी और चार्जर के बीच अधिक संभावित अंतर होता है। एक स्थिर-वोल्टेज चार्जर पहले 30 मिनट में पिछले डिस्चार्ज का 70% तक वापस कर सकता है। यह कई बैटरी अनुप्रयोगों में उपयोगी साबित होता है जिसमें कई डिस्चार्ज परिदृश्य शामिल होते हैं। जैसे-जैसे बैटरी चार्ज होती है, इसका वोल्टेज तेजी से बढ़ता है। यह करंट को चला रही क्षमता को कम करता है, जिसके साथ चार्ज करंट में तेजी से कमी आती है जैसा कि नीचे दी गई छवि में दर्शाया गया है। परिणामस्वरूप, भले ही बैटरी जल्दी से आंशिक चार्ज तक पहुंच जाती है, पूर्ण चार्ज प्राप्त करने के लिए लंबे समय तक चार्जिंग की आवश्यकता होती है।

इस व्यवहार को देखते हुए, स्थिर-वोल्टेज चार्जर्स को अक्सर दो बहुत अलग मोड में पाया जाता है: एक तेज़ चार्जर के रूप में जो कम समय में चार्ज का उच्च प्रतिशत बहाल करता है या एक फ्लोट चार्जर के रूप