ব্যাটারি থার্মাল ম্যানেজমেন্ট সিস্টেম (বিটিএমএস) এর একটি সংক্ষিপ্ত পরিচিতি

নতুন শক্তির যানবাহনের প্রধান শক্তি উৎস হিসেবে পাওয়ার ব্যাটারির গুরুত্ব সুস্পষ্ট। যানবাহনের বাস্তব ব্যবহারে, ব্যাটারিকে জটিল এবং বিভিন্ন ধরনের অপারেটিং অবস্থার সম্মুখীন হতে হয়। ড্রাইভিং রেঞ্জ বাড়ানোর জন্য, যানবাহনগুলোকে একটি নির্দিষ্ট জায়গায় যতটা সম্ভব বেশি ব্যাটারি সেল সাজাতে হয়, তাই গাড়িতে ব্যাটারি প্যাকের জন্য জায়গা খুব সীমিত থাকে। যানবাহন চলার সময় ব্যাটারি প্রচুর পরিমাণে তাপ উৎপন্ন করে এবং সময়ের সাথে সাথে তুলনামূলকভাবে ছোট জায়গায় তা জমা হয়। ব্যাটারি প্যাকের ভিতরে ব্যাটারি সেলগুলোর ঘন সন্নিবেশের কারণে, মাঝের অংশে তাপ নির্গমন করাও তুলনামূলকভাবে কঠিন হয়ে পড়ে, যা সেলগুলোর মধ্যে তাপমাত্রার অসামঞ্জস্যকে আরও বাড়িয়ে তোলে। ফলস্বরূপ, এটি ব্যাটারির চার্জিং এবং ডিসচার্জিং দক্ষতা কমিয়ে দেয় এবং এর শক্তিকে প্রভাবিত করে; গুরুতর ক্ষেত্রে, এটি থার্মাল রানাওয়ের কারণও হতে পারে, যা সিস্টেমের নিরাপত্তা এবং আয়ুষ্কালকে প্রভাবিত করে।
পাওয়ার ব্যাটারির তাপমাত্রা এর কার্যক্ষমতা, আয়ুষ্কাল এবং সুরক্ষার উপর উল্লেখযোগ্য প্রভাব ফেলে। কম তাপমাত্রায়, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির অভ্যন্তরীণ রোধ বেড়ে যেতে পারে এবং এর ধারণক্ষমতা কমে যেতে পারে। চরম ক্ষেত্রে, এর ফলে ইলেকট্রোলাইট জমে যেতে পারে এবং ব্যাটারি ডিসচার্জ হতে অক্ষম হয়ে পড়ে। ব্যাটারি সিস্টেমের নিম্ন-তাপমাত্রার কার্যক্ষমতা ব্যাপকভাবে প্রভাবিত হয়, যার ফলে পাওয়ার আউটপুট কমে যায় এবং বৈদ্যুতিক গাড়ির ড্রাইভিং রেঞ্জ হ্রাস পায়। কম তাপমাত্রার পরিস্থিতিতে নতুন শক্তির যানবাহন চার্জ করার সময়, বিএমএস (BMS) সাধারণত চার্জ করার আগে ব্যাটারিকে একটি উপযুক্ত তাপমাত্রায় গরম করে। যদি সঠিকভাবে পরিচালনা করা না হয়, তবে এটি তাৎক্ষণিক ভোল্টেজ ওভারচার্জিং ঘটাতে পারে, যার ফলে অভ্যন্তরীণ শর্ট সার্কিট হয়, যা পরবর্তীতে ধোঁয়া, আগুন এবং এমনকি বিস্ফোরণের কারণ হতে পারে। বৈদ্যুতিক গাড়ির ব্যাটারি সিস্টেমে নিম্ন-তাপমাত্রায় চার্জিংয়ের নিরাপত্তা সংক্রান্ত সমস্যাগুলো ঠান্ডা অঞ্চলে বৈদ্যুতিক গাড়ির প্রসারকে ব্যাপকভাবে সীমাবদ্ধ করেছে।
ব্যাটারি তাপীয় ব্যবস্থাপনাবিএমএস-এর অন্যতম গুরুত্বপূর্ণ কাজ হলো, ব্যাটারি প্যাকটি যেন সর্বদা একটি উপযুক্ত তাপমাত্রা পরিসরের মধ্যে কাজ করতে পারে তা নিশ্চিত করা, যার মাধ্যমে ব্যাটারি প্যাকটির সর্বোত্তম কার্যক্ষম অবস্থা বজায় থাকে।ব্যাটারির তাপীয় ব্যবস্থাপনাএর মধ্যে প্রধানত শীতলীকরণ, উত্তাপন এবং তাপমাত্রা ভারসাম্যের মতো কার্যকারিতা অন্তর্ভুক্ত রয়েছে। শীতলীকরণ এবং উত্তাপন কার্যকারিতাগুলো মূলত ব্যাটারির উপর বাহ্যিক পরিবেশের তাপমাত্রার সম্ভাব্য প্রভাব অনুযায়ী সমন্বয় করা হয়। ব্যাটারি প্যাকের ভেতরের তাপমাত্রার পার্থক্য কমাতে এবং ব্যাটারির কোনো নির্দিষ্ট অংশ অতিরিক্ত গরম হয়ে যাওয়ার কারণে সৃষ্ট দ্রুত ক্ষয় রোধ করতে তাপমাত্রা ভারসাম্য ব্যবহার করা হয়।
সাধারণভাবে বলতে গেলে, পাওয়ার ব্যাটারির শীতলীকরণ পদ্ধতিকে প্রধানত তিনটি ভাগে ভাগ করা যায়: এয়ার কুলিং, লিকুইড কুলিং এবং ডাইরেক্ট কুলিং। এয়ার কুলিং পদ্ধতিতে তাপ বিনিময় ও শীতলীকরণের জন্য প্রাকৃতিক বাতাস অথবা যাত্রী কক্ষের শীতল বাতাস ব্যাটারির পৃষ্ঠের উপর দিয়ে প্রবাহিত করা হয়। লিকুইড কুলিং পদ্ধতিতে সাধারণত পাওয়ার ব্যাটারিকে গরম বা ঠান্ডা করার জন্য স্বতন্ত্র কুল্যান্ট পাইপলাইন ব্যবহার করা হয়। বর্তমানে, শীতলীকরণের জন্য এই পদ্ধতিটিই প্রধান, যা টেসলা এবং ভোল্ট-এর মতো গাড়িতে ব্যবহৃত হয়। ডাইরেক্ট কুলিং সিস্টেমে পাওয়ার ব্যাটারির জন্য কোনো কুলিং পাইপলাইন থাকে না এবং সরাসরি রেফ্রিজারেন্ট ব্যবহার করে ব্যাটারিকে ঠান্ডা করা হয়।
১. বায়ু শীতলীকরণ ব্যবস্থা:
প্রাথমিক যুগের পাওয়ার ব্যাটারিগুলো, তাদের কম ধারণক্ষমতা এবং শক্তি ঘনত্বের কারণে, প্রায়শই বায়ু শীতলীকরণের মাধ্যমে ঠান্ডা করা হতো। বায়ু শীতলীকরণকে দুটি শ্রেণীতে ভাগ করা হয়: প্রাকৃতিক বায়ু শীতলীকরণ এবং কৃত্রিম বায়ু শীতলীকরণ (ফ্যান ব্যবহার করে), যেখানে ব্যাটারি ঠান্ডা করার জন্য প্রাকৃতিক বাতাস বা কেবিন থেকে আসা ঠান্ডা বাতাস ব্যবহার করা হয়।
এয়ার-কুলড সিস্টেমের সাধারণ উদাহরণগুলির মধ্যে রয়েছে নিসান লিফ, কিয়া সোল ইভি, ইত্যাদি। বর্তমানে, ৪৮ভি মাইক্রো হাইব্রিড গাড়ির ব্যাটারিগুলি সাধারণত যাত্রীর বসার জায়গায় রাখা হয় এবং এয়ার কুলিংয়ের মাধ্যমে ঠান্ডা করা হয়। একটি নির্দিষ্ট পাওয়ার ব্যাটারির এয়ার কুলিং পথের ডায়াগ্রাম চিত্র ২-এ দেখানো হয়েছে। এয়ার-কুলড সিস্টেমের গঠন তুলনামূলকভাবে সরল, প্রযুক্তি তুলনামূলকভাবে উন্নত এবং খরচও তুলনামূলকভাবে কম। তবে, বাতাসের মাধ্যমে তাপ বহনের পরিমাণ সীমিত হওয়ায় এর তাপ স্থানান্তর দক্ষতা কম এবং ব্যাটারির অভ্যন্তরীণ তাপমাত্রার সমরূপতাও দুর্বল, যার ফলে ব্যাটারির তাপমাত্রা সঠিকভাবে নিয়ন্ত্রণ করা কঠিন হয়ে পড়ে। তাই, এয়ার-কুলড সিস্টেম সাধারণত স্বল্প ড্রাইভিং রেঞ্জ এবং হালকা ওজনের গাড়ির ক্ষেত্রে বেশি উপযোগী।
২. তরল শীতলীকরণ ব্যবস্থা
লিকুইড কুলিং মোড বলতে বোঝায় ব্যাটারিতে একটি শীতল তরল ব্যবহার করে তাপ বিনিময় করা, এবং এর স্কিম্যাটিক ডায়াগ্রাম চিত্র ৩-এ দেখানো হয়েছে। কুল্যান্ট দুই প্রকারের হয়: ব্যাটারি সেলের সাথে সরাসরি সংস্পর্শে থাকা (সিলিকন তেল, ক্যাস্টর তেল, ইত্যাদি) এবং জলীয় চ্যানেলের মাধ্যমে ব্যাটারি সেলের সংস্পর্শে থাকা (জল এবং ইথিলিন গ্লাইকোল, ইত্যাদি); বর্তমানে, জল এবং ইথিলিন গ্লাইকোলের মিশ্র দ্রবণ সাধারণত ব্যবহৃত হয়। লিকুইড কুলিং সিস্টেমে সাধারণত রেফ্রিজারেশন চক্রের সাথে একটি চিলার যুক্ত থাকে, যা রেফ্রিজারেন্টের মাধ্যমে ব্যাটারি থেকে তাপ অপসারণ করে; এর মূল উপাদানগুলো হলো কম্প্রেসার, চিলার এবংজলের পাম্পরেফ্রিজারেশনের শক্তির উৎস হিসেবে কম্প্রেসার পুরো সিস্টেমের তাপ স্থানান্তর ক্ষমতা নির্ধারণ করে। চিলার রেফ্রিজারেন্ট এবং কুল্যান্টের বিনিময়ে ভূমিকা পালন করে, এবং এই তাপ বিনিময়ের পরিমাণ সরাসরি কুল্যান্টের তাপমাত্রা নির্ধারণ করে। ওয়াটার পাম্প পাইপলাইনে কুল্যান্টের প্রবাহের হার নির্ধারণ করে, এবং প্রবাহের হার যত বেশি হয়, তাপ স্থানান্তরের কার্যকারিতা তত ভালো হয়, এবং এর বিপরীতটিও সত্য।

৩. সরাসরি শীতলীকরণ ব্যবস্থা:

ডাইরেক্ট কুলিং সিস্টেমে এয়ার কন্ডিশনিং সিস্টেমের রেফ্রিজারেন্ট ব্যবহার করে সরাসরি পাওয়ার ব্যাটারিকে ঠান্ডা করা হয়, যেমনটি চিত্র ১১-তে দেখানো হয়েছে। এয়ার কন্ডিশনিং সিস্টেমের ইভাপোরেটরটি সরাসরি ব্যাটারি সিস্টেমে স্থাপন করা হয় এবং ইভাপোরেটরের ভেতরে রেফ্রিজারেন্ট বাষ্পীভূত হয়ে ব্যাটারি সিস্টেম থেকে উৎপন্ন তাপ সরাসরি অপসারণ করে, যার ফলে দ্রুততর এবং অধিক কার্যকর শীতলীকরণ প্রক্রিয়া সম্পন্ন হয়। বর্তমানে, ডাইরেক্ট কুলিং ব্যবহারকারী মডেলের সংখ্যা তুলনামূলকভাবে কম, যার মধ্যে সবচেয়ে উল্লেখযোগ্য হলো BMW i3। তরলের মধ্যে মধ্যবর্তী তাপ বিনিময়ের অনুপস্থিতির কারণে, এই রেফ্রিজারেশন সিস্টেমের গঠন সুসংহত, শীতলীকরণের কার্যকারিতা বেশি (লিকুইড কুলিংয়ের চেয়ে ৩-৪ গুণ বেশি) এবং খরচও তুলনামূলকভাবে কম। কিন্তু সমস্যাটি হলো, পাইপলাইনের ভেতরে রেফ্রিজারেন্টের গ্যাস-তরল রূপান্তরের কারণে পুরো সিস্টেমের নিয়ন্ত্রণ তুলনামূলকভাবে জটিল এবং তাপমাত্রার সমরূপতাও দুর্বল। এছাড়াও, সিস্টেমের উচ্চ চাপ প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং সিলিংয়ের জন্য উচ্চ চাহিদা থাকে, যা সম্পূর্ণ যানবাহনে এর প্রয়োগের ক্ষেত্রে একটি উল্লেখযোগ্য ঝুঁকি তৈরি করে।