एक प्रमुख इलेक्ट्रॉनिक घटक वितरक, जो नई ऊर्जा वाहन, मोटरसाइकिल और बीईएस उद्योगों की जरूरतों को पूरा करने और उनकी समस्याओं का समाधान करने पर ध्यान केंद्रित करता है ।
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BESS सहायक पावर और कंट्रोल सर्किट: मुख्य DC पथ से परे घटक चयन
बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणाली (BESS) में, अक्सर बैटरी पैक, उच्च-वोल्टेज बॉक्स, कंबाइनर बॉक्स और पावर रूपांतरण प्रणाली (PCS) के बीच मुख्य DC पावर पथ पर ध्यान केंद्रित किया जाता है। हालांकि, यह प्रणाली निगरानी, नियंत्रण, संचार और समन्वित संचालन के लिए सहायक परिपथों पर भी निर्भर करती है।
ये सर्किट मुख्य बैटरी सर्किट के बराबर शक्ति का प्रवाह नहीं करते, लेकिन इनकी परिचालन आवश्यकताएं कम महत्वपूर्ण नहीं हैं। एक अस्थिर नियंत्रण आपूर्ति, एक असंगत संचार इंटरफ़ेस या एक अनुपयुक्त रिले, परिचालन आदेशों और असामान्य स्थितियों के प्रति व्यापक प्रणाली की प्रतिक्रिया को प्रभावित कर सकते हैं।
इसलिए, BESS डिजाइनरों के लिए, घटक चयन में मुख्य विद्युत पथ और सहायक इलेक्ट्रॉनिक सर्किट दोनों को शामिल किया जाना चाहिए।
सहायक परिपथ विभिन्न कार्यों को पूरा करते हैं।
सर्किट की सटीक व्यवस्था सिस्टम आर्किटेक्चर के अनुसार भिन्न होती है, लेकिन सहायक इलेक्ट्रॉनिक्स आमतौर पर कई कार्यों को सपोर्ट करते हैं।
कंट्रोल पावर सप्लाई मुख्य स्विचिंग पाथ से स्वतंत्र रूप से उन इलेक्ट्रॉनिक्स और इंटरफेस को पावर सप्लाई करती है जिन्हें पावर की आवश्यकता होती है। डिज़ाइन के आधार पर, इसमें डीसी-डीसी रूपांतरण, वोल्टेज विनियमन और स्थानीय पावर वितरण शामिल हो सकता है।
मॉनिटरिंग के माध्यम से वोल्टेज, करंट, तापमान और उपकरण की स्थिति जैसी जानकारी एकत्र की जाती है। सेंसर, सिग्नल-कंडीशनिंग सर्किट और संचार इंटरफेस इस जानकारी को बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीएमएस) या उच्च-स्तरीय नियंत्रक तक पहुंचाने में मदद करते हैं।
स्विचिंग नियंत्रण, कॉन्टैक्टर और रिले जैसे उपकरणों का समन्वय करता है। नियंत्रण परिपथ को आवश्यक ड्राइव स्थितियाँ प्रदान करनी चाहिए और, जहाँ लागू हो, स्विचिंग स्थिति के बारे में प्रतिक्रिया प्राप्त करनी चाहिए।
संचार प्रणाली बीएमएस, पीसीएस, निगरानी उपकरणों और पर्यवेक्षी नियंत्रण उपकरणों को आपस में जोड़ती है। आवश्यक इंटरफ़ेस सिस्टम डिज़ाइन और कनेक्टेड उपकरणों द्वारा उपयोग किए जाने वाले प्रोटोकॉल पर निर्भर करता है।
इन कार्यों का मूल्यांकन अलग-अलग किया जाना चाहिए। एक सर्किट के लिए उपयुक्त घटक दूसरे सर्किट की वोल्टेज, करंट, पर्यावरणीय या इंटरफ़ेस संबंधी आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकता है।
सहायक बिजली आपूर्ति से शुरू करें
अलग-अलग घटकों का चयन करने से पहले सहायक बिजली की आवश्यकताओं को परिभाषित किया जाना चाहिए।
इंजीनियरों को उपलब्ध इनपुट सप्लाई, आवश्यक आउटपुट वोल्टेज, अधिकतम लोड, स्टार्टअप व्यवहार और अपेक्षित परिचालन स्थितियों की पहचान करनी होती है। यदि डीसी-डीसी कनवर्टर का उपयोग किया जाता है, तो इसकी इनपुट रेंज स्रोत से अपेक्षित वोल्टेज भिन्नताओं को कवर करने वाली होनी चाहिए, जबकि इसका आउटपुट कनेक्टेड इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए उपयुक्त होना चाहिए।
कई मापदंडों पर ध्यान देना आवश्यक है:
इनपुट वोल्टेज रेंज: अपेक्षित परिचालन स्थितियों के अंतर्गत न्यूनतम और अधिकतम इनपुट वोल्टेज की पुष्टि करें।
आउटपुट वोल्टेज और करंट: सामान्य लोड और स्टार्टअप या स्विचिंग के दौरान होने वाली किसी भी अस्थायी वृद्धि को ध्यान में रखें।
रूपांतरण दक्षता: बिजली की हानि और उसके परिणामस्वरूप संलग्नक के अंदर उत्पन्न होने वाली गर्मी पर विचार करें।
क्षणिक प्रतिक्रिया: यह जांचें कि कनेक्टेड लोड में परिवर्तन होने पर आपूर्ति कैसे प्रतिक्रिया करती है।
सुरक्षा विशेषताएं: ओवरकरंट, ओवरवोल्टेज, अंडरवोल्टेज और थर्मल सुरक्षा के लिए आवश्यकताओं का मूल्यांकन करें।
पृथक्करण संबंधी आवश्यकताएँ: निर्धारित करें कि परिपथ संरचना और लागू डिजाइन मानकों के अनुसार गैल्वेनिक पृथक्करण आवश्यक है या नहीं।
सही चयन आपूर्ति की जाने वाली लोड मात्रा और सहायक परिपथ की व्यवस्था पर निर्भर करता है। किसी कनवर्टर का चयन केवल इसलिए नहीं किया जाना चाहिए क्योंकि उसके नाममात्र इनपुट और आउटपुट वोल्टेज मेल खाते प्रतीत होते हैं।
नियंत्रण परिपथों को संगत स्विचिंग घटकों की आवश्यकता होती है।
BESS नियंत्रण परिपथों में, किए जा रहे कार्य के आधार पर, रिले, कॉन्टैक्टर या अर्धचालक उपकरणों का उपयोग किया जा सकता है।
कम शक्ति वाले नियंत्रण या इंटरफ़ेस फ़ंक्शन के लिए उपयोग की जाने वाली रिले की आवश्यकताएँ उच्च-धारा बैटरी सर्किट को स्विच करने वाले डीसी कॉन्टैक्टर से भिन्न होती हैं। इन्हें एक दूसरे के स्थान पर उपयोग करने योग्य समझना गलत चयन का कारण बन सकता है।
रिले के लिए, इंजीनियरों को कॉइल वोल्टेज, कॉइल पावर, संपर्क विन्यास, वास्तविक लोड के लिए संपर्क रेटिंग, विद्युत सहनशीलता और आवश्यक इन्सुलेशन विशेषताओं की जांच करने की आवश्यकता हो सकती है।
रिले से जुड़ा लोड विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। प्रतिरोधक लोड को स्विच करना, संधारित्र, प्रेरक या इलेक्ट्रॉनिक लोड को स्विच करने के समान नहीं होता। केवल एक धारा मान पर निर्भर रहने के बजाय, लागू रेटिंग और परिचालन स्थितियों की समीक्षा की जानी चाहिए।
जहां एक नियंत्रण परिपथ मुख्य डीसी कॉन्टैक्टर को नियंत्रित करता है, वहां डिजाइन में कॉन्टैक्टर की कॉइल आवश्यकताओं, नियंत्रण-आपूर्ति सहनशीलता और इसकी स्थिति की पुष्टि करने के लिए उपयोग किए जाने वाले किसी भी सहायक फीडबैक संपर्कों पर भी विचार किया जाना चाहिए।
नियंत्रण परिपथ और स्विच्ड पावर परिपथ की अलग-अलग जिम्मेदारियां होती हैं। उनके घटकों का चयन उनकी संबंधित विद्युत जिम्मेदारियों के अनुसार किया जाना चाहिए।
मॉनिटरिंग सिग्नल सेंसर से कहीं अधिक कारकों पर निर्भर करते हैं।
प्रदर्शन की निगरानी संपूर्ण सिग्नल पथ पर निर्भर करती है, न कि केवल संवेदन तत्व पर।
एक सामान्य मापन पथ में एक सेंसर, सिग्नल-कंडीशनिंग सर्किटरी, एनालॉग-टू-डिजिटल रूपांतरण चरण और एक संचार इंटरफ़ेस शामिल हो सकते हैं। वास्तविक व्यवस्था बीएमएस या निगरानी आर्किटेक्चर पर निर्भर करती है।
इस पथ में इलेक्ट्रॉनिक घटकों का मूल्यांकन करते समय, इंजीनियरों को निम्नलिखित बातों पर विचार करना चाहिए:
मापन सीमा और आवश्यक सटीकता
इनपुट प्रतिबाधा और सिग्नल अनुकूलता
शोर के प्रति संवेदनशीलता और फ़िल्टरिंग आवश्यकताएँ
जहां आवश्यक हो, सर्किट के अनुभागों के बीच अलगाव
परिचालन तापमान और दीर्घकालिक स्थिरता
कनेक्टर और वायरिंग संबंधी आवश्यकताएँ
बैटरी के अंदर का विद्युत वातावरण चुनौतीपूर्ण हो सकता है। स्विचिंग, पावर रूपांतरण और लंबी केबल के कारण विद्युत शोर उत्पन्न हो सकता है जो मापन संकेतों या संचार को प्रभावित करता है।
इसलिए, घटक विनिर्देशों के साथ-साथ ग्राउंडिंग, शील्डिंग, रूटिंग और इंटरफेस डिजाइन पर भी विचार किया जाना चाहिए।
उपयुक्त नाममात्र विनिर्देशों वाले सेंसर को भी अंतिम प्रणाली में विश्वसनीय माप प्रदान करने के लिए उचित सिग्नल कंडीशनिंग और स्थापना प्रक्रियाओं की आवश्यकता हो सकती है।
संचार इंटरफेस सिस्टम आर्किटेक्चर से मेल खाने चाहिए।
बीएमएस, पीसीएस और सुपरवाइजरी कंट्रोलर के बीच संचार से बीएसईएस के विभिन्न भागों को परिचालन संबंधी जानकारी का आदान-प्रदान करने की अनुमति मिलती है।
भौतिक इंटरफ़ेस, विद्युत विशेषताएँ और संचार प्रोटोकॉल सभी कनेक्टेड उपकरण के साथ संगत होने चाहिए।
डिजाइन के आधार पर, सर्किट को ट्रांसीवर, आइसोलेशन डिवाइस, सुरक्षा घटक, कनेक्टर और सहायक बिजली आपूर्ति की आवश्यकता हो सकती है।
चयन प्रक्रिया में निम्नलिखित बातें स्थापित होनी चाहिए:
किन उपकरणों को संचार करने की आवश्यकता है?
किस भौतिक इंटरफ़ेस और प्रोटोकॉल की आवश्यकता है?
क्या गैल्वेनिक पृथक्करण आवश्यक है?
केबल की अपेक्षित लंबाई और स्थापना वातावरण
विद्युत शोर का स्तर और क्षणिक जोखिम
कनेक्टर का प्रकार और पिन असाइनमेंट
संचार घटकों का मूल्यांकन संपूर्ण इंटरफ़ेस के हिस्से के रूप में किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, सही प्रोटोकॉल समर्थन वाले ट्रांसीवर का चयन करना ही विश्वसनीय संचार की गारंटी नहीं देता है यदि वायरिंग, टर्मिनेशन, ग्राउंडिंग या आइसोलेशन व्यवस्था अनुपयुक्त हो।
ये विवरण तब विशेष रूप से प्रासंगिक हो जाते हैं जब कई उपप्रणालियाँ एक कॉम्पैक्ट आवरण के भीतर जुड़ी होती हैं या कई उपकरण अनुभागों में वितरित होती हैं।
कनेक्टर और इंटरकनेक्ट भी विश्वसनीयता को प्रभावित करते हैं।
सहायक परिपथों में अक्सर नियंत्रण संकेतों, माप चैनलों, संचार और स्थानीय बिजली वितरण के लिए कई कम-शक्ति वाले कनेक्शन होते हैं।
यद्यपि ये कनेक्शन मुख्य डीसी बस की तुलना में कम धारा प्रवाहित करते हैं, फिर भी इन्हें उपयुक्त विद्युत और यांत्रिक विशिष्टताओं की आवश्यकता होती है।
महत्वपूर्ण कारकों में रेटेड वोल्टेज और करंट, संपर्क प्रतिरोध, तार का आकार, मिलान-चक्र आवश्यकताएं, कंपन प्रतिरोध, तापमान सीमा और पर्यावरण संरक्षण शामिल हैं।
स्थापना का वातावरण मायने रखता है। किसी सुरक्षित इलेक्ट्रॉनिक डिब्बे के अंदर उपयोग किए जाने वाले कनेक्टर को बैटरी के घेरे की दीवार के पास या कंपन, नमी या तापमान में बदलाव वाले क्षेत्र में स्थापित कनेक्टर से अलग परिस्थितियों का सामना करना पड़ सकता है।
पिन असाइनमेंट और वायरिंग व्यवस्था की भी सिस्टम दस्तावेज़ के अनुसार जाँच कर लेनी चाहिए। गलत कनेक्शन माप की सटीकता, संचार या नियंत्रण व्यवहार को प्रभावित कर सकते हैं।
जिन असेंबली को नियमित सर्विसिंग की आवश्यकता होती है, उनके लिए कनेक्टर की सुलभता और कनेक्शनों की सही पहचान करने की क्षमता भी रखरखाव की दक्षता को प्रभावित कर सकती है।
तापीय स्थितियाँ और स्थापना स्थान
सहायक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण अक्सर अन्य उपकरणों के निकट स्थापित किए जाते हैं, जिनमें बिजली रूपांतरण उपकरण, कॉन्टैक्टर, वायरिंग टर्मिनल और बैटरी निगरानी हार्डवेयर शामिल हैं।
परिणामस्वरूप उत्पन्न होने वाला ऊष्मीय वातावरण, किसी व्यक्तिगत घटक को निर्दिष्ट करने के लिए उपयोग की जाने वाली स्थितियों से भिन्न हो सकता है।
डीसी-डीसी कन्वर्टर, रिले, पावर रेगुलेटर और अन्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरण संचालन के दौरान ऊष्मा उत्पन्न करते हैं। इनका तापमान विद्युत भार, रूपांतरण हानि, वायु प्रवाह, आवरण डिजाइन और आसपास के ऊष्मा स्रोतों पर निर्भर करता है।
डिजाइन को अंतिम रूप देने से पहले, इंजीनियरों को घटक की परिचालन तापमान सीमा और उसके दस्तावेज़ों में उल्लिखित किसी भी डीरेटिंग आवश्यकताओं की समीक्षा करनी चाहिए।
पैकेजिंग और इंस्टॉलेशन के लिए आवश्यक स्थान भी मायने रखते हैं। कोई कंपोनेंट भले ही विद्युत आवश्यकताओं को पूरा करता हो, लेकिन अगर उसके आयाम, माउंटिंग व्यवस्था, कनेक्टर तक पहुंच या ऊष्मा अपव्यय की आवश्यकताएं एनक्लोजर डिजाइन से मेल नहीं खातीं, तो उसे एकीकृत करना मुश्किल हो सकता है।
इन बाधाओं का प्रारंभिक मूल्यांकन करने से सिस्टम एकीकरण के दौरान परिवर्तनों की आवश्यकता कम हो सकती है।
सहायक परिपथों में सुरक्षा और आपूर्ति स्थिरता
सहायक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को उनकी परिचालन स्थितियों के अनुरूप सुरक्षा की आवश्यकता होती है।
सहायक आपूर्ति की प्रत्येक शाखा की सुरक्षा के लिए मुख्य बैटरी फ्यूज स्वतः पर्याप्त नहीं होता है। परिपथ डिजाइन, कंडक्टर रेटिंग और लागू सुरक्षा आवश्यकताओं के आधार पर, अलग-अलग शाखाओं को अपने-अपने ओवरकरंट सुरक्षा की आवश्यकता हो सकती है।
सुरक्षा व्यवस्था को संभावित खराबी की स्थितियों और घटकों और वायरिंग की सहन क्षमता के अनुरूप समन्वित किया जाना चाहिए।
आपूर्ति स्थिरता भी एक महत्वपूर्ण पहलू है। जब किसी नियंत्रण आपूर्ति में वोल्टेज में गिरावट या रुकावट आती है, तो प्रभावित उपकरण रीसेट हो सकते हैं, संचार खो सकते हैं या अपने डिज़ाइन के अनुसार स्थिति बदल सकते हैं।
इंजीनियरों को यह निर्धारित करना चाहिए कि किसी क्षणिक या संक्षिप्त आपूर्ति व्यवधान के दौरान कौन से कार्य उपलब्ध रहने चाहिए और यह तय करना चाहिए कि स्थानीय ऊर्जा भंडारण, इनपुट फ़िल्टरिंग या एक अलग आपूर्ति संरचना जैसे उपायों की आवश्यकता है या नहीं।
ये उपाय प्रणाली की कार्यात्मक आवश्यकताओं पर आधारित होने चाहिए, न कि बिना किसी परिभाषित उद्देश्य के जोड़े जाने चाहिए।
घटक चयन के लिए एक व्यावहारिक चेकलिस्ट
सहायक सर्किटों को अंतिम रूप देने से पहले, इंजीनियर निम्नलिखित चेकलिस्ट का उपयोग करके डिज़ाइन की समीक्षा कर सकते हैं:
प्रत्येक सहायक परिपथ के कार्य और उससे आपूर्ति किए जाने वाले उपकरणों की पहचान करें।
इनपुट वोल्टेज, आउटपुट वोल्टेज और करंट की आवश्यकताओं की पुष्टि करें।
स्टार्टअप लोड, ट्रांजिएंट रिस्पॉन्स और सप्लाई स्टेबिलिटी की जांच करें।
रिले, कॉन्टैक्टर और ड्राइवर की उनके वास्तविक लोड के साथ अनुकूलता सत्यापित करें।
निगरानी सीमा, सटीकता और सिग्नल-कंडीशनिंग आवश्यकताओं को परिभाषित करें।
संचार प्रोटोकॉल, विद्युत इंटरफेस और अलगाव संबंधी आवश्यकताओं की पुष्टि करें।
कनेक्टर रेटिंग, वायरिंग, पिन असाइनमेंट और इंस्टॉलेशन की स्थितियों की समीक्षा करें।
तापमान, ऊष्मा अपव्यय, कंपन और उपलब्ध स्थान का मूल्यांकन करें।
शाखा की सुरक्षा और व्यापक प्रणाली के साथ समन्वय की जांच करें।
यह सुनिश्चित करें कि चयनित घटक लागू विद्युत और पर्यावरणीय आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।
इसका उद्देश्य प्रत्येक घटक को अलग-अलग निर्दिष्ट करना नहीं है। इसका उद्देश्य यह सुनिश्चित करना है कि बिजली आपूर्ति, नियंत्रण, निगरानी और संचार सर्किट इच्छित परिचालन स्थितियों के भीतर एक साथ काम करें।
मुख्य डीसी पावर पथ से परे देखना
BESS का प्रदर्शन उच्च-शक्ति वाले विद्युत उपकरणों और उनकी निगरानी और नियंत्रण करने वाले सहायक इलेक्ट्रॉनिक्स के बीच परस्पर क्रिया पर निर्भर करता है।
बैटरी पैक, हाई-वोल्टेज बॉक्स, कंबाइनर बॉक्स और पीसीएस इंटरफेस, इन सभी की अपनी-अपनी बिजली की आवश्यकताएं होती हैं, जबकि सहायक सर्किट माप, संचार और स्विचिंग नियंत्रण जैसे कार्यों को सपोर्ट करते हैं।
इससे मुख्य डीसी स्विचिंग और सुरक्षा उपकरणों के चयन की तुलना में घटकों के चयन का कार्य अधिक व्यापक हो जाता है।
सिस्टम डेवलपर्स के लिए, प्रत्येक सर्किट की विद्युत आवश्यकताओं को शुरुआत में ही परिभाषित करने से यह स्पष्ट करने में मदद मिलती है कि किन घटकों के विनिर्देश महत्वपूर्ण हैं, कहाँ अनुकूलता की जाँच करने की आवश्यकता है और डिज़ाइन समीक्षा के दौरान किन विवरणों की पुष्टि की जानी चाहिए।
ESHINE विद्युत और ऊर्जा अनुप्रयोगों के लिए इलेक्ट्रॉनिक घटकों की सोर्सिंग और तकनीकी चयन में सहायता प्रदान करता है। BESS सहायक विद्युत, नियंत्रण या निगरानी परिपथों से संबंधित परियोजनाओं के लिए, परिपथ के कार्य, विद्युत मापदंडों और स्थापना स्थितियों को साझा करने से उपयुक्त घटक विकल्पों को सीमित करने में मदद मिल सकती है।
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