BESS में बैटरी तापमान निगरानी: संवेदन बिंदुओं से लेकर सिस्टम सुरक्षा तक

बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणाली में तापमान की निगरानी एक बुनियादी कार्य है, लेकिन माप का महत्व इस बात पर बहुत अधिक निर्भर करता है कि तापमान कहाँ मापा जाता है और डेटा का उपयोग कैसे किया जाता है।

BESS में, ऊष्मा केवल बैटरी सेल से ही उत्पन्न नहीं होती। करंट ले जाने वाले कनेक्शन, बसबार, कॉन्टैक्टर, फ्यूज, केबल और अन्य विद्युत घटक भी स्थानीय ऊष्मा स्रोत बन सकते हैं। इसलिए, किसी एक स्थान से लिया गया तापमान मान केवल आंशिक जानकारी ही दे सकता है।

बैटरी रैक और उच्च-वोल्टेज विद्युत प्रणालियों के लिए, तापमान निगरानी को व्यापक निगरानी और सुरक्षा संरचना के हिस्से के रूप में माना जाना चाहिए।

तापमान का मापन कहाँ किया जाना चाहिए?

ऐसा कोई एक तापमान बिंदु नहीं है जो संपूर्ण बैटरी रैक की स्थिति को दर्शा सके।

सिस्टम के विभिन्न हिस्सों में अलग-अलग तापीय स्थितियां हो सकती हैं।

बैटरी स्तर पर, तापमान की निगरानी सेल या मॉड्यूल पर केंद्रित हो सकती है क्योंकि बैटरी का तापमान चार्जिंग, डिस्चार्जिंग और समग्र परिचालन स्थितियों को प्रभावित करता है।

विद्युत स्तर पर, अन्य स्थानों पर भी ध्यान देने की आवश्यकता हो सकती है:

• बसबार कनेक्शन

• केबल टर्मिनल

• उच्च-धारा कनेक्शन बिंदु

• डीसी कॉन्टैक्टर

• फ्यूज इंस्टॉलेशन पॉइंट्स

• बैटरी रैक या विद्युत आवरण के अंदर अन्य घटक

इन स्थानों का तापीय व्यवहार बैटरी सेल के समान होना आवश्यक नहीं है।

इसलिए, एक रैक का औसत तापमान सामान्य हो सकता है, जबकि एक विशेष कनेक्शन बिंदु आसपास के क्षेत्र की तुलना में काफी अधिक गर्म हो सकता है।

यही कारण है कि सेंसर की स्थिति उतनी ही महत्वपूर्ण है जितना कि स्वयं सेंसर।

किसी हॉटस्पॉट का महत्व औसत तापमान से अधिक हो सकता है।

बैटरी की तापीय निगरानी को कभी-कभी मुख्य रूप से तापमान में समग्र वृद्धि का पता लगाने के तरीके के रूप में देखा जाता है।

हालांकि, सिस्टम की सुरक्षा के लिए, तापमान में वृद्धि का स्थान भी उतना ही महत्वपूर्ण हो सकता है।

स्थानीय स्तर पर वृद्धि निम्नलिखित से संबंधित हो सकती है:

• संपर्क प्रतिरोध में वृद्धि

• एक कमजोर या खराब कनेक्शन

• उच्च धारा सांद्रता

• खराब ऊष्मा अपव्यय

• असामान्य लोडिंग

• घटक की उम्र बढ़ना

इसलिए, उपयुक्त विद्युत कनेक्शन पर स्थापित तापमान सेंसर ऐसी जानकारी प्रदान कर सकता है जो सामान्य परिवेश-तापमान माप से दिखाई नहीं देगी।

यह विशेष रूप से कॉम्पैक्ट BESS डिज़ाइनों में प्रासंगिक है जहां उच्च-धारा वाले घटकों को एक दूसरे के करीब स्थापित किया जाता है।

इसका उद्देश्य हर जगह सेंसर लगाना नहीं है। बल्कि उन बिंदुओं की पहचान करना है जहां तापमान डेटा बैटरी और विद्युत प्रणाली की स्थितियों के बारे में उपयोगी जानकारी प्रदान कर सकता है।

बैटरी का तापमान और विद्युत तापमान अलग-अलग माप हैं।

बैटरी का तापमान और विद्युत घटकों का तापमान स्वतः ही एक समान नहीं माना जाना चाहिए।

बैटरी सेल अपने अपेक्षित तापमान सीमा के भीतर काम कर रहा हो सकता है, जबकि केबल टर्मिनल या बसबार कनेक्शन में असामान्य स्थानीय ताप उत्पन्न हो रहा हो।

इसका विपरीत भी हो सकता है। बैटरी मॉड्यूल के संचालन की स्थिति के कारण उसका तापमान बढ़ सकता है, जबकि आसपास के विद्युत कनेक्शन सामान्य सीमा के भीतर ही रहें।

सुरक्षा संबंधी निर्णय लेने के लिए तापमान डेटा का उपयोग करते समय यह अंतर महत्वपूर्ण होता है।

मॉनिटरिंग सिस्टम को यह जानना आवश्यक है कि प्रत्येक माप क्या दर्शाता है, न कि सभी तापमान मूल्यों को एक समान मानना।

इसी कारणवश, निगरानी संरचना को परिभाषित करते समय प्रत्येक संवेदन बिंदु के भौतिक स्थान पर विचार किया जाना चाहिए।

सेंसर डेटा से लेकर बीएमएस निर्णयों तक

तापमान मापन तब अधिक उपयोगी हो जाता है जब इसे बीएमएस और व्यापक नियंत्रण प्रणाली से जोड़ा जाता है।

एक बीएमएस तापमान की जानकारी के साथ-साथ सेल वोल्टेज, पैक वोल्टेज और चार्ज/डिस्चार्ज करंट जैसे अन्य बैटरी मापदंडों का उपयोग करके यह निर्धारित कर सकता है कि बैटरी अपनी परिभाषित सीमाओं के भीतर काम कर रही है या नहीं।

तापमान कई निर्णयों को प्रभावित कर सकता है, जिनमें शामिल हैं:

• चार्जिंग या डिस्चार्जिंग जारी रहनी चाहिए या नहीं

• क्या वर्तमान को सीमित किया जाना चाहिए?

• क्या किसी असामान्य स्थिति से अलार्म बजना चाहिए?

• क्या सुरक्षा सीमा तक पहुँच गया है?

• क्या बैटरी को किसी भिन्न परिचालन अवस्था में प्रवेश करने की आवश्यकता है?

महत्वपूर्ण बात यह है कि सेंसर स्वयं सुरक्षा संबंधी निर्णय नहीं लेता है।

सेंसर माप प्रदान करता है। बीएमएस कॉन्फ़िगर किए गए सुरक्षा और नियंत्रण तर्क के अनुसार डेटा की व्याख्या करता है।

जैसे-जैसे बैटरी सिस्टम में अधिक निगरानी बिंदुओं और अधिक विस्तृत परिचालन जानकारी का उपयोग होता है, यह अंतर और भी महत्वपूर्ण हो जाता है।

तापमान का अंतर भी उपयोगी जानकारी दे सकता है।

पूर्ण तापमान हमेशा एकमात्र उपयोगी मान नहीं होता है।

संवेदन बिंदुओं के बीच का अंतर बैटरी प्रणाली की स्थिति के बारे में अतिरिक्त जानकारी प्रदान कर सकता है।

उदाहरण के लिए, यदि कई तुलनीय बैटरी खंड समान परिस्थितियों में काम करते हैं, लेकिन एक स्थान पर लगातार तापमान का अंतर दिखाई देता है, तो उस भिन्नता की आगे जांच की जानी चाहिए।

यही सिद्धांत विद्युत कनेक्शन बिंदुओं पर भी लागू होता है।

किसी एक तापमान का मान अपने आप में स्वीकार्य प्रतीत हो सकता है, जबकि कई बिंदुओं के बीच तुलना करने पर एक असामान्य पैटर्न का पता चल सकता है।

इससे बहु-बिंदु तापमान निगरानी न केवल सुरक्षा के लिए, बल्कि स्थिति निगरानी और रखरखाव के लिए भी उपयोगी हो जाती है।

इसलिए निगरानी प्रणाली की गुणवत्ता सेंसर के प्रदर्शन और एकत्रित डेटा की व्याख्या करने के तरीके दोनों पर निर्भर करती है।

वायर्ड और वायरलेस तापमान निगरानी

वायर्ड और वायरलेस सेंसिंग के बीच चुनाव सिस्टम की भौतिक संरचना पर निर्भर करता है।

वायर्ड सेंसर मॉनिटरिंग सिस्टम से सीधा कनेक्शन प्रदान कर सकते हैं, लेकिन अधिक संख्या में सेंसिंग पॉइंट होने पर वायरिंग की आवश्यकता बढ़ सकती है।

कई मॉड्यूल और कई निगरानी स्थानों वाले बैटरी रैक में, केबल रूटिंग एक व्यावहारिक डिजाइन संबंधी विचार बन सकता है।

वायरलेस तापमान निगरानी प्रणाली संवेदन बिंदुओं और डेटा संग्रह प्रणाली के बीच आवश्यक सिग्नल वायरिंग की मात्रा को कम कर सकती है। यह उन स्थितियों में उपयोगी हो सकता है जहां स्थापना स्थान सीमित है या जहां निगरानी बिंदु एक बड़ी विद्युत संरचना में फैले हुए हैं।

वायरलेस सेंसिंग उन स्थानों पर भी प्रासंगिक हो सकती है जहां निगरानी की आवश्यकता होती है, जैसे कि बसबार, केबल कनेक्शन या अन्य विद्युत इंटरफेस जहां अतिरिक्त वायरिंग जोड़ना असुविधाजनक होता है।

चुनाव अभी भी संचार विधि, स्थापना वातावरण, माप सटीकता, बिजली आपूर्ति और रखरखाव आवश्यकताओं सहित संपूर्ण सिस्टम आवश्यकताओं पर आधारित होना चाहिए।

बैटरी सेल से परे तापमान की निगरानी

जैसे-जैसे BESS की विद्युत संरचनाएं अधिक कॉम्पैक्ट होती जाती हैं, तापमान की निगरानी जरूरी नहीं कि बैटरी मॉड्यूल तक ही सीमित रहे।

बैटरी के चारों ओर का विद्युत पथ महत्वपूर्ण तापीय जानकारी भी प्रदान कर सकता है।

उदाहरण के लिए, उच्च-धारा कनेक्शन में संपर्क प्रतिरोध के कारण अतिरिक्त ताप उत्पन्न हो सकता है। एक फ़्यूज़ ऐसे संलग्न स्थान में कार्य कर सकता है जहाँ का स्थानीय तापमान बाहरी परिवेश के तापमान से काफ़ी भिन्न हो। एक कॉन्टैक्टर भी निरंतर धारा और स्थापना वातावरण के आधार पर अपनी विशिष्ट तापीय स्थितियों का अनुभव कर सकता है।

ये माप इंजीनियरों को बैटरी से संबंधित तापीय समस्या और विद्युत पथ से जुड़ी समस्या के बीच अंतर करने में मदद कर सकते हैं।

यही कारण है कि तापमान की निगरानी और घटकों का चयन पूरी तरह से अलग-अलग डिजाइन कार्यों के रूप में नहीं माना जाना चाहिए।

किसी सुरक्षा या स्विचिंग घटक के आसपास का ऊष्मीय वातावरण उसके परिचालन मार्जिन को प्रभावित कर सकता है, जबकि घटक स्वयं स्थानीय ऊष्मीय वातावरण में योगदान कर सकता है।

सेंसर की स्थापना विद्युत और तापीय संरचना के अनुरूप होनी चाहिए।

सेंसर की स्थापना पर विचार करते समय, बीईएसएसएस की भौतिक संरचना को ध्यान में रखना सबसे अच्छा है।

एक उपयोगी तरीका यह पहचानना है:

जहां ऊष्मा उत्पन्न होती है → जहां ऊष्मा जमा हो सकती है → जहां तापमान में परिवर्तन किसी असामान्य स्थिति का संकेत दे सकता है

इससे सिस्टम के विभिन्न भागों में संवेदन प्राथमिकताओं में भिन्नता आ सकती है।

बैटरी मॉड्यूल के लिए बैटरी की परिचालन सीमा निर्धारित करने हेतु तापमान की निगरानी आवश्यक हो सकती है।

बसबार और टर्मिनलों में उच्च धारा प्रवाहित होने के कारण उनकी निगरानी आवश्यक हो सकती है।

कनेक्शन बिंदुओं पर ध्यान देना आवश्यक हो सकता है क्योंकि स्थानीय प्रतिरोध केंद्रित ऊष्मा उत्पन्न कर सकता है।

अन्य घटकों की निगरानी तब आवश्यक हो सकती है जब उनका परिचालन तापमान विश्वसनीयता या सुरक्षा आवश्यकताओं के साथ सीधा संबंध रखता हो।

यह दृष्टिकोण केवल सेंसरों की संख्या बढ़ाने की तुलना में अधिक उपयोगी है।

अधिक डेटा का मतलब यह नहीं है कि निगरानी बेहतर होगी। संवेदन बिंदुओं से ऐसी जानकारी मिलनी चाहिए जिस पर कार्रवाई की जा सके।

तापमान निगरानी और BESS सुरक्षा एक साथ काम करते हैं

तापमान की निगरानी एक व्यापक सुरक्षा प्रणाली का एक हिस्सा है।

एक BESS में, विद्युत सुरक्षा में फ्यूज, डीसी कॉन्टैक्टर, इन्सुलेशन निगरानी, ​​​​वर्तमान माप और बीएमएस सुरक्षा कार्य शामिल हो सकते हैं।

तापमान की निगरानी जानकारी का एक और स्रोत प्रदान करती है जो असामान्य परिचालन स्थितियों की पहचान करने में मदद कर सकती है।

इन कार्यों की अलग-अलग भूमिकाएँ होती हैं।

तापमान सेंसर एक भौतिक स्थिति का पता लगाता है।

बीएमएस अन्य बैटरी संबंधी जानकारी के साथ उस स्थिति का मूल्यांकन करता है।

इसके बाद एक नियंत्रण प्रणाली उचित प्रतिक्रिया निर्धारित कर सकती है।

सिस्टम की संरचना और खराबी की स्थिति के आधार पर, एक फ्यूज या कॉन्टैक्टर भौतिक अलगाव या व्यवधान का कार्य प्रदान कर सकता है।

संपूर्ण सुरक्षा रणनीति तैयार करते समय इन भूमिकाओं को स्पष्ट रखना महत्वपूर्ण है।

यह एक आम डिजाइन संबंधी गलती को भी रोकता है: यह उम्मीद करना कि एक निगरानी उपकरण या एक सुरक्षा घटक अकेले ही सिस्टम-स्तर की समस्या का समाधान कर देगा।

समय बीतने के साथ तापमान संबंधी डेटा का महत्व बढ़ता जाता है।

तापमान का माप लेते समय तो वह उपयोगी होता ही है, लेकिन रिकॉर्ड किया गया तापमान डेटा अतिरिक्त मूल्य प्रदान कर सकता है।

निरंतर निगरानी से यह पता चल सकता है कि कोई विशेष बिंदु विभिन्न चार्जिंग और डिस्चार्जिंग स्थितियों में कैसा व्यवहार करता है।

समय बीतने के साथ, इंजीनियर निम्नलिखित बातों की पहचान करने में सक्षम हो सकते हैं:

• एक ही स्थान पर बार-बार तापमान में वृद्धि होना

• बैटरी के विभिन्न भागों के बीच अंतर

• समान भार के तहत ऊष्मीय व्यवहार में परिवर्तन

• असामान्य तापमान पैटर्न

• किसी खराबी या रखरखाव की घटना से पहले घटित होने वाली स्थितियाँ

इससे तापमान की निगरानी केवल अलार्म उत्पन्न करने तक सीमित नहीं रह जाती।

यह इंजीनियरों को उन स्थानों की पहचान करने में मदद करके रखरखाव संबंधी निर्णयों में भी सहायता कर सकता है जिन्हें गहन निरीक्षण की आवश्यकता होती है।

बड़े या अधिक जटिल बैटरी सिस्टम के लिए, यह ऐतिहासिक जानकारी तेजी से उपयोगी हो सकती है क्योंकि सिस्टम की परिचालन स्थिति उसके सेवा जीवन के दौरान बदलती रहती है।

बैटरी रैक के साथ-साथ मॉनिटरिंग लेयर को डिजाइन करना

तापमान की निगरानी तब सबसे अच्छी तरह काम करती है जब इसे बैटरी रैक डिजाइन के दौरान ध्यान में रखा जाता है, न कि विद्युत संरचना तय हो जाने के बाद इसे जोड़ा जाता है।

बैटरी मॉड्यूल, बसबार, उच्च-धारा कनेक्शन, सुरक्षा घटक, शीतलन प्रणाली और संवेदन बिंदु एक ही भौतिक स्थान में स्थित होते हैं और तापीय रूप से परस्पर क्रिया करते हैं।

इसलिए मॉनिटरिंग आर्किटेक्चर को वास्तविक रैक संरचना को प्रतिबिंबित करना चाहिए।

यह उच्च-वोल्टेज बैटरी रैक डिजाइन के व्यापक दृष्टिकोण के अनुरूप है: बैटरी की निगरानी, ​​थर्मल प्रबंधन, सुरक्षा और विद्युत एकीकरण को अलग-अलग कार्यों के रूप में मानने के बजाय एक साथ काम करने की आवश्यकता है।

BESS डेवलपर्स के लिए, व्यावहारिक प्रश्न केवल यह नहीं है कि कितने तापमान सेंसर की आवश्यकता है। बल्कि यह है कि किन स्थानों की निगरानी करने की आवश्यकता है, प्रत्येक बिंदु क्या जानकारी प्रदान करता है, और उस जानकारी का उपयोग BMS या सिस्टम कंट्रोलर द्वारा कैसे किया जाएगा।

इसलिए तापमान संवेदन प्रणाली के डिजाइन का एक अभिन्न अंग बन जाता है, न कि केवल रैक के अंदर स्थापित एक और घटक।