આઈઆઈટી ગાંધીનગરના સંશોધકોએ ઈવી (EV) બેટરી ચાર્જિંગની એક અનુકૂલનશીલ (એડેપ્ટિવ) વ્યૂહરચના વિકસાવી છે જે બેટરીની આવરદામાં થતો ઘટાડો અટકાવી શકે છે અને ચાર્જિંગ કામગીરીમાં સુધારો કરી શકે છે.

આ ચાર્જિંગ વ્યૂહરચના વિવિધ ઓપરેટિંગ પરિસ્થિતિઓ હેઠળ લિથિયમ-આયન બેટરીની ચાર્જિંગ કાર્યક્ષમતા, બેટરીની સુરક્ષા અને લાંબા ગાળાની ટકાઉપણાની સમસ્યાઓનું નિવારણ કરે છે.

ગાંધીનગર: ઇન્ડિયન ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ ટેક્નોલોજી ગાંધીનગર (IITGN) ના સંશોધકોએ લિથિયમ-આયન બેટરી માટે એક અનુકૂલનશીલ (એડેપ્ટિવ) ચાર્જિંગ વ્યૂહરચના વિકસાવી છે, જે ઇલેક્ટ્રિક વાહનો (EVs) ને કાર્યક્ષમ રીતે ચાર્જ કરવામાં મદદ કરી શકે છે અને સાથે જ બેટરીના ઘસારાના મુખ્ય કારણ એવા 'લિથિયમ પ્લેટિંગ' ને ઘટાડી શકે છે. પીઅર-રિવ્યુડ 'જર્નલ ઓફ એનર્જી સ્ટોરેજ' માં પ્રકાશિત થયેલા આ અભ્યાસમાં એક સ્વ-અનુકૂલનશીલ (સેલ્ફ-એડજસ્ટિંગ) ચાર્જિંગ ફ્રેમવર્ક રજૂ કરવામાં આવ્યું છે, જે બદલાતા તાપમાન અને સ્વાસ્થ્યની સ્થિતિઓ વચ્ચે ચાર્જિંગ કાર્યક્ષમતા અને સમયને શ્રેષ્ઠ બનાવવાની સાથે બેટરીને આંતરિક ઘસારાથી ગતિશીલ રીતે સુરક્ષિત કરે છે.

લિથિયમ પ્લેટિંગ ત્યારે થાય છે જ્યારે લિથિયમ-આયન બેટરી ખૂબ ઝડપથી ચાર્જ થાય છે, ઠંડી સ્થિતિમાં ચાર્જ થાય છે, અથવા જ્યારે તેને ઊંચા સ્ટેટ ઓફ ચાર્જ પર ઓપરેટ કરવામાં આવે છે. ગ્રેફાઇટ એનોડની અંદર પ્રવેશવાને બદલે, લિથિયમ એનોડની સપાટી પર ધાતુના સ્તર તરીકે જમા થાય છે. આનાથી સેલ (કોષ) ની ક્ષમતા કાયમી ધોરણે ઘટી જાય છે અને સોય જેવા આકારો (ગ્રોથ) બની શકે છે, જે સેલના આંતરિક ઘટકોને નુકસાન પહોંચાડે છે, જેનાથી શોર્ટ-સર્કિટ અથવા થર્મલ ફાયર (આગ) લાગવાનું જોખમ રહે છે.

"આજના સમયમાં ઇલેક્ટ્રિક વાહનોના વપરાશકર્તાઓ માટે ફાસ્ટ ચાર્જિંગ એ સૌથી મહત્વપૂર્ણ અપેક્ષાઓમાંની એક છે, પરંતુ આવું ચાર્જિંગ બેટરીના ઘસારાને ઝડપી બનાવી શકે છે," તેમ આ અભ્યાસના મુખ્ય અને સંબંધિત લેખક શ્રી શિવ શંકર સિંહાએ જણાવ્યું હતું. તેઓ IITGN ના ઇલેક્ટ્રિકલ એન્જિનિયરિંગ વિભાગમાં ડોક્ટરલ સ્કોલર છે અને સ્માર્ટ પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ લેબોરેટરીનો ભાગ છે.

ઇલેક્ટ્રિકલ એન્જિનિયરિંગ વિભાગના આસિસ્ટન્ટ પ્રોફેસર અને સ્માર્ટ પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ લેબોરેટરીના પ્રિન્સિપલ ઇન્વેસ્ટિગેટર પ્રો. પલ્લવી ભારદ્વાજે જણાવ્યું હતું કે, "પરંપરાગત ચાર્જિંગ સિસ્ટમ્સ ઘણીવાર ફિક્સ (નક્કી કરેલી) ચાર્જિંગ પેટર્નનો ઉપયોગ કરે છે, જે બદલાતી બેટરીની સ્થિતિને અનુરૂપ અનુકૂલન સાધી શકતી નથી. પરંતુ બેટરીઓ સ્થિર સિસ્ટમ નથી. તેમનું વર્તન તાપમાન, ઓપરેટિંગ ઇતિહાસ અને આવરદા સાથે બદલાય છે."

આ પડકારને પહોંચી વળવા માટે, ટીમે એક ઓપ્ટિમાઇઝ્ડ, પાંચ-પગલાંની અનુકૂલનશીલ મલ્ટિ-સ્ટેપ કોન્સ્ટન્ટ કરન્ટ (MSCC) ચાર્જિંગ વ્યૂહરચના વિકસાવી છે. બેટરી કાયમ માટે નવી છે અને ઓરડાના તાપમાને કામ કરી રહી છે તેવું માની લેતા પરંપરાગત, ચુસ્ત ચાર્જિંગ પ્રોફાઇલ્સથી વિપરીત, આ નવો અલ્ગોરિધમ બેટરીની રીઅલ-ટાઇમ સ્ટેટ ઓફ એજ (SOA) અને બેટરી એમ્બિયન્ટ ટેમ્પરેચર (BAT) ના આધારે દરેક ચાર્જિંગ પ્રક્રિયાની શરૂઆતમાં તેના સ્ટેપ થ્રેશોલ્ડને એડજસ્ટ (ગોઠવણ) કરે છે. પ્રસ્તાવિત ફ્રેમવર્ક એક બુદ્ધિશાળી સુપરવાઇઝર તરીકે કામ કરે છે. તે ચોક્કસ, બદલાતા વોલ્ટેજ થ્રેશોલ્ડને ઓળખે છે, જ્યાં કોઈપણ આપેલ હવામાન કે સ્વાસ્થ્યની સ્થિતિ હેઠળ લિથિયમ પ્લેટિંગ શરૂ થવાનું હોય, અને લિથિયમ પ્લેટિંગ તેમજ સંભવિત ભૌતિક નુકસાનને રોકવા માટે તરત જ ચાર્જરને સુરક્ષિત કરન્ટ લેવલ પર આવવાનો આદેશ આપે છે.

લિથિયમ પ્લેટિંગની શરૂઆતને ઓળખવા માટે, સંશોધકોએ બેટરીના આંતરિક અવરોધમાં થતા ફેરફારોના આધારે મોનિટરિંગ અભિગમ વિકસાવ્યો હતો. રેસ્ટ-ઇન્ટરપ્ટેડ કોન્સ્ટન્ટ કરન્ટ (RICC) ટેસ્ટિંગનો ઉપયોગ કરીને, પ્લેટિંગની શરૂઆત સાથે સંકળાયેલા સૂક્ષ્મ ઇમ્પીડેન્સ ફેરફારોને માપવા માટે નિયમિત અંતરાલો પર ચાર્જિંગ કરન્ટને થોડા સમય માટે રોકવામાં આવ્યો હતો. ત્યારબાદ ટીમે મલ્ટિ-સ્ટેપ ચાર્જિંગ પ્રોફાઇલ માટે શ્રેષ્ઠ ચાર્જિંગ કરન્ટ્સ નક્કી કરવા માટે એન્જિનિયરિંગ ડિઝાઇનમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતી આંકડાકીય ઓપ્ટિમાઇઝેશન તકનીક, 'તગુચી પદ્ધતિ' (Taguchi method) નો ઉપયોગ કર્યો હતો.

પ્રસ્તાવિત ચાર્જિંગ વ્યૂહરચનાનું પ્રાયોગિક રીતે વ્યાપારી પેનાસોનિક NCR18650B નિકલ-કોબાલ્ટ-એલ્યુમિનિયમ (NCA) લિથિયમ-આયન સેલ્સનો ઉપયોગ કરીને પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું, જેમાં પ્લેટિંગની સંભાવના ધરાવતા -5° સેલ્સિયસથી 25° સેલ્સિયસ સુધીના વ્યાપક તાપમાન ગાળા અને નવી બેટરીથી લઈને 15% ઘસારો પામેલી બેટરીની સ્થિતિઓનો સમાવેશ કરવામાં આવ્યો હતો.

અભ્યાસ અનુસાર, પ્રસ્તાવિત ચાર્જિંગ વ્યૂહરચનાએ પરંપરાગત પ્લેટિંગ-અવેર ચાર્જિંગ અભિગમની સરખામણીમાં ચાર્જ કેપેસિટીના ઉપયોગમાં 10.65% અને ચાર્જિંગ કાર્યક્ષમતામાં 0.55% નો સુધારો કર્યો છે. સંશોધકોએ એ પણ જોયું કે આ સિસ્ટમે તાપમાન અને બેટરીના ઘસારાની વ્યાપક પરિસ્થિતિઓમાં લિથિયમ પ્લેટિંગને અસરકારક રીતે દબાવી દીધું હતું. "આ વ્યૂહરચના સુરક્ષાના બોજનો એક ભાગ હાર્ડવેર-આધારિત પ્રોટેક્શન સિસ્ટમ્સમાંથી એક બુદ્ધિશાળી સોફ્ટવેર ફ્રેમવર્ક પર સ્થાનાંતરિત કરે છે, જેને બેટરી મેનેજમેન્ટ સિસ્ટમ (BMS) ની અંદર એકીકૃત કરી શકાય છે," તેમ શ્રી સિંહાએ જણાવ્યું હતું.

આ સંશોધનનું વ્યવહારિક મૂલ્ય ભારત અને સમગ્ર વિશ્વમાં પબ્લિક પોલિસી (જાહેર નીતિ) અને ઓટોમોટિવ ઇન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચરમાં આવી રહેલા મોટા ફેરફારો સાથે સીધું જોડાયેલું છે. ફાસ્ટર એડોપ્શન એન્ડ મેન્યુફેક્ચરિંગ ઓફ ઇલેક્ટ્રિક વ્હીકલ્સ (FAME), નેશનલ પ્રોગ્રામ ઓન એડવાન્સ્ડ કેમિસ્ટ્રી સેલ (ACC) બેટરી સ્ટોરેજ અને પબ્લિક ચાર્જિંગ ઇન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચરના વિસ્તરણ જેવી પહેલો હેઠળ દેશની ઇલેક્ટ્રિક ગતિશીલતાની આકાંક્ષાઓ માટે એવી બેટરી સિસ્ટમ્સની વધુને વધુ જરૂર પડશે જે વિવિધ આબોહવાની પરિસ્થિતિઓ અને લાંબા ગાળાના ઓપરેટિંગ તણાવને સહન કરી શકે. અનુકૂલનશીલ ચાર્જિંગ ટેક્નોલોજી બેટરીની ટકાઉપણું સુધારવા, ઇવી વપરાશકર્તાઓ માટે લાઇફસાઇકલ ખર્ચ ઘટાડવા અને ભારતના ઉભરતા બેટરી ઇકોસિસ્ટમની ટકાઉપણાને મજબૂત કરવામાં મદદ કરી શકે છે.

વૈશ્વિક સ્તરે, આ સંશોધન નિકલ-સમૃદ્ધ લિથિયમ-આયન બેટરીની ટકાઉપણું અને સ્થિરતા સુધારવાના વધી રહેલા પ્રયાસો સાથે પણ જોડાય છે, જે તેમની ઊંચી ઉર્જા ઘનતા (એનર્જી ડેન્સિટી) ને કારણે ઘણી લાંબી રેન્જના ઇલેક્ટ્રિક વાહનોને પાવર આપવાનું ચાલુ રાખે છે.

જેમ જેમ ઇવી ઉત્પાદકો ટૂંકા ચાર્જિંગ સમય અને લાંબી બેટરી વોરંટી તરફ આગળ વધી રહ્યા છે, તેમ ચાર્જિંગ સ્પીડ અને બેટરીના સ્વાસ્થ્ય વચ્ચે સંતુલન જાળવવું વધુને વધુ મહત્વપૂર્ણ બની રહ્યું છે. આઈઆઈટી ગાંધીનગરનો આ અભ્યાસ દર્શાવે છે કે ઇલેક્ટ્રિક ગતિશીલતાની ભાવિ પ્રગતિ વધુ સ્માર્ટ ચાર્જિંગ સિસ્ટમ્સ પર નિર્ભર હોઈ શકે છે, જે રીઅલ-ટાઇમમાં બેટરી ઓપરેટિંગ સ્થિતિઓને અનુરૂપ બનવા સક્ષમ હોય.

(રીલીઝ આઈડી: 2268036) મુલાકાતી સંખ્યા : 116