एक श्रृंखला स्ट्रिंग क्यों बहकती है, और बैलेंसिंग वास्तव में क्या करती है

चार-सेल होल्डर में रंग 6 के चार लेबल वाले सेल का उपयोग करें। कुछ भी करने से पहले, प्रत्येक सेल को **अलग-अलग और होल्डर से बाहर** मापें, आराम की स्थिति में, तीन दशमलव स्थानों तक, और चारों संख्याएँ तारीख के साथ लिख लें। फिर प्रत्येक सेल की वास्तविक क्षमता मापें, एक-एक करके। उसे 4.20 V तक चार्ज करें, तीस मिनट आराम दें, फिर पावर रेसिस्टर के माध्यम से स्थिर धारा पर डिस्चार्ज करें, और जब तक वह 3.00 V तक न पहुँचे तब तक समय गिनें। एम्पीयर-घंटे धारा गुणा घंटे होते हैं। इसमें चार सत्र लगते हैं और यही जानने का एकमात्र तरीका है कि आपके पास वास्तव में क्या है: रैपर पर छपी संख्या एक रेटिंग है, माप नहीं, और दो साल से दराज में पड़ा सेल उस तक नहीं पहुँचेगा। चारों क्षमताएँ अपनी नोटबुक में तालिका के रूप में लिखें। यह तालिका चरण 3 के अंकगणित का इनपुट है, और चरण 5 के अंत में आप इसकी तुलना करेंगे। यदि चारों एक-दूसरे के कुछ प्रतिशत के भीतर आती हैं, तो आगे बढ़ने से पहले जानबूझकर स्ट्रिंग को असंतुलित करें: तीन को पूरी तरह चार्ज करें और चौथे को लगभग 60% पर छोड़ दें। आपको मापने के लिए एक दृश्य प्रभाव चाहिए, और एक अच्छी तरह मिलान की गई स्ट्रिंग दोपहर भर में ऐसा प्रभाव नहीं देगी। चार्जर पर एक समय में एक सेल। प्रति-सेल पर्यवेक्षण के बिना कभी भी श्रृंखला स्ट्रिंग को चार्ज न करें — यही इस रंग का पूरा उद्देश्य है और चरण 5 के अस्तित्व का कारण है।

चार-सेल होल्डर को श्रेणी (सीरीज़) में जोड़ें और हर सेल जंक्शन से एक पतला टैप वायर बाहर निकालें, बिल्कुल रंग 3 चरण 5 की तरह। ये टैप वही तरीका हैं जिससे स्ट्रिंग काम करते समय आप अलग-अलग सेल देख सकते हैं। पूरी स्ट्रिंग को पावर रेज़िस्टर के ज़रिए एक स्थिर करंट पर डिस्चार्ज करें — एक एम्पीयर पर्याप्त है और रेज़िस्टर को संभालना आसान रखता है। हर पाँच मिनट में **चारों सेल वोल्टेज एक-एक करके** और स्ट्रिंग का कुल वोल्टेज पढ़ें, और उन्हें एक पंक्ति में लिखें। जिस क्षण **कोई भी एक सेल** 3.00 V तक पहुँचे, रुक जाएँ। स्ट्रिंग नहीं; एक सेल। यही पूरे अभ्यास का मुख्य बिंदु है: स्ट्रिंग का कुल वोल्टेज अब भी पूरी तरह स्वस्थ दिखेगा — चार सेल औसतन 3.4 V पर हैं तो स्ट्रिंग 13.6 V की है, जिस पर कोई कुल-वोल्टेज कट-ऑफ आपत्ति नहीं करेगा — जबकि उसके अंदर का एक सेल पहले ही अपनी निचली सीमा पर है और उसे उससे भी नीचे खींचा जा रहा है। अब अपनी पंक्तियाँ देखें। कमज़ोर सेल का वोल्टेज शुरू में ही बाकी से अलग होकर तेज़ी से गिरता है; मज़बूत सेल रुकने के समय भी अपने पठार (प्लेटू) पर होते हैं। गणना करें कि स्ट्रिंग ने कितना चार्ज दिया और उसकी तुलना चरण 1 में सबसे मज़बूत सेल की अपनी क्षमता से करें। यह अंतर वह क्षमता है जो आपकी है पर जिस तक आप पहुँच नहीं सकते। लिथियम सेल को लगभग 2.5 V से नीचे अधिक डिस्चार्ज करने से वह स्थायी रूप से खराब हो जाता है और उसे दोबारा चार्ज करना खतरनाक हो जाता है। कुल वोल्टेज के बजाय सेल को देखना सावधानी भर नहीं है, यह स्ट्रिंग चलाने का एकमात्र सही तरीका है।

किसी ऐसे बोर्ड को लगाने से पहले जो यह काम अदृश्य रूप से करता है, एक चैनल बनाएँ ताकि आप देख सकें कि वह क्या करता है। एक पैसिव बैलेंसर वास्तव में इतना ही सरल है। एक सेल के आर-पार, **100 Ω का रेसिस्टर एक लॉजिक-लेवल MOSFET के साथ श्रृंखला में** रखें, ड्रेन को सेल के पॉज़िटिव से और सोर्स को सेल के नेगेटिव से जोड़ें। गेट को एक कंपैरेटर से चलाएँ, जो तब चालू हो जब वह सेल रेफ़रेंस से अधिक हो जाए — 4.15 V एक उचित थ्रेशोल्ड है, जिसे पोटेंशियोमीटर से सेट करें और मीटर से जाँचें। 1 W या उससे बड़ा रेसिस्टर इस्तेमाल करें: चरण 3 में 0.18 W की गणना हुई थी, और बंद पैक में अपनी रेटिंग के अधिकांश हिस्से पर चलने वाला क्वार्टर-वॉट पार्ट एक बुरा विचार है। पहले इसे बेंच सप्लाई पर बिना किसी सेल के परखें: सप्लाई को थ्रेशोल्ड के पार धीरे-धीरे बढ़ाएँ और पुष्टि करें कि MOSFET चालू होता है और रेसिस्टर अपनी 42 mA धारा खींचना शुरू करता है। धारा मान लेने के बजाय मापें; जो MOSFET पूरी तरह चालू नहीं है, वह एक हीटर है। अब इसे अपनी श्रृंखला में सबसे अधिक वोल्टेज वाले सेल पर लगाएँ और स्ट्रिंग को धीरे-धीरे चार्ज करें। वह सेल बढ़ना बंद कर देना चाहिए जबकि बाकी सेल पकड़ लेते हैं। आपको रेसिस्टर गर्म होता महसूस होगा, और वह गर्मी वही ऊर्जा है जिसे आप जानबूझकर नष्ट कर रहे हैं — पैसिव बैलेंसिंग पूरे सेल से खाली सेल में चार्ज नहीं ले जाती, यह केवल अंतर को जला देती है। हर सेल के लिए एक, कुल चार, एक पूर्ण पैसिव बैलेंसर है। और यह लगभग वही है जो अगले चरण में बोर्ड पर होता है।

इस पेज की तस्वीर में दिख रहा हरा बोर्ड 4S बैटरी प्रबंधन प्रणाली है, और यह चरण 2 और 4 में वर्णित हर चीज़ का कम कीमत वाला संस्करण है। इसकी टर्मिनल स्ट्रिप का क्रम **B−, फिर हर सेल जंक्शन के लिए एक तार, फिर B+** है — वही टैप जो रung 3 के पैक कनेक्टर में हैं। B− से शुरू करते हुए, तारों को सावधानी से और क्रम से जोड़ें। बैलेंस लीड को गलत जंक्शन पर लगाने से एक सेल इनपुट उलट जाता है, और बोर्ड उसे सहन नहीं करेगा। कनेक्टर लगाने से पहले हर तार को मीटर से B− के सापेक्ष मापें, और पुष्टि करें कि वोल्टेज सेल-दर-सेल क्रमशः बढ़ते हैं। यह जाँच हर बार करें। तीन कामों में बोर्ड क्या करता है: - **ओवरचार्ज सुरक्षा** — यदि कोई सेल लगभग 4.25 V पार करता है तो यह कनेक्शन काट देता है। - **ओवर-डिस्चार्ज सुरक्षा** — यदि कोई सेल लगभग 2.5 V से नीचे जाता है तो यह कनेक्शन काट देता है। यह वही सुरक्षा है जो आपने चरण 2 में मीटर से हाथ से दी थी। - **बैलेंसिंग** — किनारे पर लगे छोटे रेज़िस्टर, जो आपने चरण 4 में बनाया उसी काम को करते हैं। बोर्ड लगे होने पर स्ट्रिंग को चार्ज करें और कई घंटों तक चारों सेल वोल्टेज को एक-दूसरे के करीब आते देखें। इस दौरान बैलेंस रेज़िस्टर पर इन्फ्रारेड थर्मामीटर रखें; ये बोर्ड की सबसे गर्म चीज़ें होंगी और यह सामान्य है। फिर चरण 2 का डिस्चार्ज दोहराएं और दिए गए एम्प-आवर की तुलना पहली बार से करें। वह अंतर इस रung के प्रश्न का उत्तर है, जिसे आपने अपनी ही बेंच पर मापा है। A BMS सेलों की रक्षा करता है। वह उन्हें ठीक नहीं कर सकता: जिस सेल की क्षमता वास्तव में गिर चुकी है, वह पूरे पैक को फिर भी सीमित करेगा, और बैलेंसिंग से यह नहीं बदलेगा। पुराने पैक में एक सेल को नए से बदलने से असंतुलन बेहतर नहीं, बल्कि बदतर होता है।

श्रेय, ईमानदारी से बताया गया। सेल संतुलन के लिए कोई एक पेटेंट नहीं है और यहाँ किसी का दावा नहीं किया जा रहा है। समस्या अंकगणित की है — समान धारा, अलग-अलग क्षमता — और जिस क्षण किसी ने सेल को श्रृंखला में जोड़ा, तभी यह पहचान ली गई थी, यानी 1800 में वोल्टा के पाइल के साथ। लिथियम-आयन में जो बदला वह *परिणाम* है: एक निकल सेल जब ओवरचार्ज होता है तो गैस छोड़ता है और गर्म हो जाता है, जबकि एक लिथियम सेल जब ओवरचार्ज होता है तो वह कर सकता है जो रंग 9 में बताया गया है। संतुलन दक्षता का उपाय नहीं रहा, बल्कि सुरक्षा की आवश्यकता बन गया। इसीलिए पैक कनेक्टर में सेल टैप जुड़े और आज बिकने वाले हर लिथियम पैक के अंदर सुरक्षा बोर्ड होता है, जबकि उसी दौर के निकल-कैडमियम पैक में केवल सेल और एक थर्मिस्टर होता था। निष्क्रिय बनाम सक्रिय। यहाँ सब कुछ *निष्क्रिय* संतुलन है: ऊँचे सेल को धीरे-धीरे खाली करना और अंतर को बर्बाद करना। *सक्रिय* संतुलक ऊँचे सेल से आवेश को इंडक्टर या ट्रांसफॉर्मर के ज़रिए निचले सेल तक ले जाते हैं, इसलिए कुछ भी बर्बाद नहीं होता, और वे उसी अनुपात में अधिक महंगे और जटिल होते हैं। चार-सेल वाले टूल पैक के लिए निष्क्रिय तरीका सही है; सौ सेल श्रृंखला में लगे कार पैक के लिए यह सही नहीं रहता, क्योंकि बर्बाद होने वाली ऊर्जा श्रृंखला के आकार के साथ बढ़ती है। ईमानदार सीमाएँ। निष्क्रिय संतुलन धीमा है, जैसा चरण 3 ने दिखाया: 300 mAh के असंतुलन को खाली करने में सात घंटे लगते हैं। यह केवल आवेश के शीर्ष पर काम करता है, जहाँ वोल्टेज वक्र इतना तीखा होता है कि सेलों में अंतर बता सके — रंग 4 के समतल पठार पर 50 mV का अंतर चार्ज की स्थिति में लगभग कुछ भी हो सकता है। और यह ऐसे असंतुलन को ठीक नहीं कर सकता जो खाली होने की गति से तेज़ बढ़ रहा हो, जो कि बूढ़ा होता पैक अंततः बन जाता है।