‘निर्णायक’ शब्द का सही अर्थ पहले समझें

बैटरी अग्नि पहचान में कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂) एक बहुत महत्वपूर्ण संकेत है। लेकिन केवल CO₂ देखने का अर्थ यह नहीं कि कोई भी खराबी छूटेगी नहीं। इस लेख में ‘निर्णायक’ का अर्थ यह है कि यह इस बात का प्रबल संकेत है कि थर्मल रनअवे के पूर्ण ज्वाला के रूप में दिखाई देने से पहले सेल के भीतर इलेक्ट्रोलाइट का अपघटन और पार्श्व प्रतिक्रियाएँ शुरू हो चुकी हैं। वास्तविक स्थल पर संकेत का परिमाण और पहुँचने का समय कैथोड रसायन, सेल का आकार, चार्ज की अवस्था (SOC), उम्र बढ़ने, खराबी उत्पन्न करने के तरीके, एनक्लोजर आयतन, वेंटिलेशन दर और सेंसर की स्थिति पर निर्भर करता है। लोगों और दहन उपकरणों से उत्पन्न पृष्ठभूमि CO₂ भी मौजूद रहती है। इसलिए अच्छा तंत्र केवल CO₂ की निरपेक्ष सांद्रता से आग का निष्कर्ष नहीं निकालता, बल्कि आधारभूत सांद्रता से वृद्धि और वृद्धि-दर को अन्य सेंसर सूचनाओं के साथ समझता है।

यह अंतर व्यावहारिक रूप से महत्वपूर्ण है। धुआँ डिटेक्टर के लिए दहन कणों को डिटेक्टर तक पहुँचना पड़ता है और सतह तापमान सेंसर सेल के भीतर आरंभ हुई प्रतिक्रिया को देर से देख सकता है। इसके विपरीत, सेल वेंट खुलने पर गैस दृश्य ज्वाला से पहले निकल सकती है। CO₂ पहचान इस छोटे अग्रिम अंतराल को पकड़कर चार्जिंग रोकने, पृथक्करण, वेंटिलेशन नियंत्रण और स्थल सत्यापन जैसी प्रतिक्रिया शुरू करने का समय देने वाली एक परत है। लेकिन जिस आंतरिक शॉर्ट-सर्किट में वेंट न खुले या ऐसी संरचना में जहाँ गैस सेंसर तक न पहुँच सके, वहाँ CO₂ सेंसर भी मौन रह सकता है।

थर्मल रनअवे से पहले बैटरी के भीतर क्या होता है

लिथियम-आयन सेल कैथोड, एनोड, सेपरेटर, इलेक्ट्रोलाइट और सीलबंद केस से बना होता है। ओवरचार्ज, बाहरी गरमी, आंतरिक शॉर्ट-सर्किट, आघात या विनिर्माण दोष से आंतरिक तापमान बढ़ने पर सुरक्षात्मक परत और इलेक्ट्रोलाइट विघटित होते हैं और अनेक ऊष्माक्षेपी प्रतिक्रियाएँ श्रृंखला में चलती हैं। इस प्रक्रिया में CO₂, कार्बन मोनोऑक्साइड (CO), हाइड्रोजन (H₂), मीथेन (CH₄), एथिलीन जैसे हाइड्रोकार्बन और वाष्पशील कार्बनिक यौगिक (VOC) बनते हैं। आंतरिक दबाव डिजाइन सीमा से ऊपर जाने पर सुरक्षा वेंट खुलता है और मिश्रित गैस तथा वाष्प बाहर निकलते हैं। प्रज्वलन स्रोत न भी हो, तो बंद स्थान में ज्वलनशील घटक जमा होने पर विलंबित प्रज्वलन और डिफ्लेग्रेशन का जोखिम बनता है।

अमेरिकी संघीय विमानन प्रशासन (FAA) ने लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड सेल को विभिन्न SOC और ताप-दर पर परखा; एकत्रित वेंट गैस के प्रमुख घटकों में CO₂, H₂ और CO शामिल थे। परीक्षित पाउच और बेलनाकार दोनों सेल में SOC बढ़ने के साथ कुल वेंट-गैस आयतन और दहन ऊर्जा बढ़ी। किंतु गैस में CO₂ का अनुपात SOC बढ़ने पर घटा और CO का अनुपात बढ़ने की प्रवृत्ति भी दिखी। मुख्य सीख यह है कि ‘CO₂ अधिक है’ और ‘जोखिम अधिक है’ हमेशा एक ही कथन नहीं हैं। CO₂ असामान्य प्रतिक्रिया का उपयोगी सूचक है, पर ज्वलनशीलता, विषाक्तता और विस्फोट जोखिम के लिए H₂, CO, हाइड्रोकार्बन और ऑक्सीजन सांद्रता को भी साथ देखना चाहिए।

CO₂ प्रारंभिक पहचान के लिए लाभकारी होने के तीन कारण

पहला, अनेक प्रकार के लिथियम-आयन सेल जब तापीय या विद्युत दुरुपयोग से गुजरते हैं, तो CO₂ बार-बार देखा जाता है। FAA परीक्षण में CO₂ ने परीक्षण सेल की वेंट गैस का बड़ा हिस्सा बनाया, और NCM तथा LFP सेल की तुलना करने वाले प्रायोगिक अध्ययन में CO₂ समेत गैस उत्सर्जन को थर्मल रनअवे जोखिम के संकेतक के रूप में आंका गया। इसका अर्थ है कि CO₂ केवल किसी एक निर्माता के मॉडल में दिखने वाला संयोगवश उपोत्पाद नहीं, बल्कि इलेक्ट्रोलाइट और इलेक्ट्रोड इंटरफेस के अपघटन से जुड़ा है। फिर भी, इसका अर्थ यह नहीं कि सभी रसायनों और खराबी मोड में वही सांद्रता-वक्र मिलेगा।

दूसरा, CO₂ को गैर-विसरित अवरक्त (NDIR) विधि से अपेक्षाकृत चयनात्मक ढंग से मापा जा सकता है। CO₂ अणु लगभग 4.26 माइक्रोमीटर के निकट अवरक्त प्रकाश को अवशोषित करता है। NDIR सेंसर मापता है कि प्रकाश स्रोत का अवरक्त गैस सेल से गुजरने के बाद किसी विशिष्ट तरंगदैर्ध्य पर कितना कम हुआ। यह केवल विद्युत-रासायनिक सेंसर जैसे प्रतिक्रियाशील उपभोज्य पर निर्भर नहीं करता और लक्ष्य तरंगदैर्ध्य का उपयोग करता है, इसलिए दीर्घकालिक निगरानी के अनुकूल डिजाइन संभव है। फिर भी धूल, संघनित जल, प्रकाशीय खिड़की का प्रदूषण, तापमान व दबाव परिवर्तन और दीर्घकालिक ड्रिफ्ट, कैलिब्रेशन और रखरखाव के विषय बने रहते हैं।

तीसरा, CO₂ दृश्य धुएँ या ज्वाला से पहले के वेंटिंग को पकड़ सकता है। 50 Ah LFP सेल के ओवरचार्ज प्रयोग में शोधकर्ताओं ने CO₂ और CH₄ को NDIR से निगरानी की; बंद वेंट स्थिति में लक्ष्य गैस को वोल्टेज के तीव्र गिरने और थर्मल रनअवे से लगभग 25 सेकंड पहले पकड़ा गया। पहले से खुले वेंट की स्थिति में बैटरी सतह के सामान्य 60°C तापमान अलार्म तक पहुँचने से लगभग 580 सेकंड पहले गैस का पता चला। ये संख्याएँ उस परीक्षण-विन्यास के परिणाम हैं, सभी ESS के लिए सुनिश्चित समय नहीं। फिर भी वे दिखाती हैं कि केवल सतह तापमान देखने की तुलना में गैस पथ को साथ देखना क्यों मूल्यवान है।

क्यों CO₂ अकेला उत्तर नहीं हो सकता

बैटरी कक्ष में पहले से CO₂ मौजूद होती है। बाहरी हवा में लगभग कई सौ ppm CO₂ होती है और लोगों वाले अंदरूनी स्थान या दहन उपकरणों के पास इसकी सांद्रता अधिक हो सकती है। केवल आने-जाने वाले लोगों की संख्या बढ़ने या HVAC परिचालन बदलने से भी सेंसर मान बदल जाते हैं। किसी एक निरपेक्ष मान पर स्थिर सीमा रखने से झूठे अलार्म बढ़ सकते हैं, या उलटे उच्च पृष्ठभूमि के बीच छोटा बैटरी संकेत छूट सकता है। इसलिए सामान्य परिचालन के समयानुसार आधाररेखा बनाना और अल्पकालिक परिवर्तन तथा वृद्धि-दर, दोनों देखना बेहतर है। बाहरी-वायु इनटेक और बैटरी रैक के पास के मानों की तुलना करने वाली अंतरात्मक विधि भी पृष्ठभूमि परिवर्तन और स्थानीय उत्सर्जन को अलग करने में सहायक है।

वेंटिलेशन संकेत को बहुत बदल देता है। तीव्र वायु प्रवाह गैस को पतला कर सेंसर सांद्रता घटा सकता है और उसे सेंसर के विपरीत ओर ले जा सकता है। बंद कैबिनेट में छोटा उत्सर्जन भी जल्दी जमा होता है, जबकि खुले बड़े स्थान में वही उत्सर्जन कम सांद्रता में फैलता है। केवल छत पर एक सेंसर लगाना पर्याप्त नहीं हो सकता। CO₂ स्वयं हवा से भारी है, पर बैटरी वेंट गैस गरम होती है और H₂ जैसे हल्के घटकों से मिली होती है; शुरुआत में वह उछाल और वायु प्रवाह का अनुसरण करती है। अतः केवल फर्श या छत में से एक चुनने के बजाय वास्तविक वेंट दिशा, रैक डक्ट, कूलिंग फैन, निकास और ठहराव क्षेत्रों को शामिल करना चाहिए।

सेल रसायन और स्थिति भी अलग होते हैं। NCM, NCA, LCO और LFP के प्रतिक्रिया तापमान व उत्सर्जन संघटन समान नहीं हैं; एक ही रसायन में भी SOC, सेल आकार, केस संरचना और उम्र बढ़ने की अवस्था से परिणाम बदलते हैं। FAA रिपोर्ट भी कहती है कि थर्मल रनअवे के परिणाम रसायन, आकार, SOC, निर्माता के डिजाइन और विन्यास पर निर्भर करते हैं। इसलिए किसी अन्य उत्पाद से मिला ppm सीमा-मान ज्यों का त्यों कॉपी करना जोखिमपूर्ण है। स्थापित उत्पाद के सेल, मॉड्यूल और रैक परीक्षण डेटा तथा निर्माता सूचना और जहाँ संभव हो UL 9540A जैसे चरणबद्ध परीक्षण परिणामों से स्थल अलार्म मान सत्यापित करने चाहिए।

बहु-सेंसर से अधिक विश्वसनीय अलार्म

बहु-सेंसर का उद्देश्य बहुत से सेंसर लगाना नहीं, बल्कि अलग-अलग विफलता चरणों को एक-दूसरे पर ओवरलैप करके देखना है। BMS सेल वोल्टेज, पैक करंट, SOC, इन्सुलेशन और कुछ तापमान को लगातार देखता है। तापमान सेंसर स्थानीय ऊष्मन और शीतलन असामान्यता, धुआँ सेंसर एयरोसोल व दहन उत्पाद, और दबाव सेंसर बंद एनक्लोजर में तीव्र बदलाव देख सकता है। CO₂ और VOC वेंटिंग के रासायनिक चिह्न, CO अपूर्ण ऑक्सीकरण व विषाक्तता जोखिम, तथा H₂ या ज्वलनशील-गैस सेंसर विस्फोट संभावना के आकलन में योगदान देते हैं। ऑक्सीजन सेंसर निष्क्रियकरण या ऑक्सीजन-क्षीण स्थिति की पुष्टि कर सकता है। कोई भी एक सेंसर हर स्थिति में सबसे पहले प्रतिक्रिया नहीं करता।

Sandia National Laboratories के वाणिज्यिक निदान प्रौद्योगिकी प्रयोग से यह स्पष्ट होता है। शोधकर्ताओं ने इलेक्ट्रोकेमिकल इम्पीडेंस (EIS), गैस सेंसर, वोल्टेज और तापमान के साथ तुलना की। कुछ अति-तापन परीक्षणों में EIS ने पहले असामान्यता दिखाई; ओवरचार्ज पैक परीक्षण में संयोजित गैस सेंसर ने ऑफ-गैस पकड़े जाने के बाद करंट काटकर थर्मल रनअवे की प्रगति रोकने वाले हस्तक्षेप का परीक्षण किया। दूसरी ओर, जिस परीक्षण में सेल वेंट नहीं हुआ उसमें गैस सेंसर ने प्रतिक्रिया नहीं दी। अर्थात विद्युत असामान्यता को BMS और इम्पीडेंस परत, वेंटिंग को गैस परत, तथा ऊष्मन और दहन को तापमान व धुआँ परत पूरक रूप से देखें—ऐसी संरचना चाहिए।

FSRI और UL के पूर्ण-पैमाने ESS परीक्षण में भी तापमान, दबाव, O₂, CO, H₂, HCN, VOC और ज्वलनशील-गैस संकेतकों को साथ मापा गया। शोधकर्ताओं ने कहा कि दमकल कर्मियों को ESS के अंदर के मापन डेटा, खासकर गैस सूचना, जल्दी देखने की आवश्यकता है। उन्होंने यह भी चेताया कि पोर्टेबल गैस मीटर और थर्मल इमेजिंग कैमरों की सीमाएँ हैं और वेंटिलेशन स्वयं संचित ज्वलनशील मिश्रण को प्रज्वलन सीमा में ले जाकर डिफ्लेग्रेशन या तेजी से अग्नि संक्रमण करा सकता है। अतः ‘गैस मिले तो पंखा अधिकतम पर कर दें’ जैसे सरल स्वचालन के बजाय सांद्रता, ज्वलनशील सीमा, प्रज्वलन स्रोत का नियंत्रण और उपकरण-विशिष्ट आपात प्रक्रिया को जोड़ना चाहिए।

स्थल पर लागू चरणबद्ध निर्णय-तर्क

व्यावहारिक अलार्म को ध्यान, असामान्यता और आपात की अवस्थाओं में चरणबद्ध किया जा सकता है। पहले चरण में CO₂ आधाररेखा से किसी निश्चित मात्रा में बढ़े या उसकी वृद्धि-दर असामान्य हो तो डेटा की जाँच की जाती है। अभी स्वचालित बुझाने या पूर्ण निकासी चलाने के बजाय निकटवर्ती सेंसर, BMS घटनाओं और HVAC स्थिति का परस्पर सत्यापन करें। दूसरे चरण में CO₂ वृद्धि बनी रहे और VOC·CO·H₂ में से कोई एक भी बढ़े, या सेल-वोल्टेज विचलन, तापमान वृद्धि या इन्सुलेशन असामान्यता साथ हो, तो चार्ज/डिस्चार्ज को सुरक्षित रूप से रोकें और समस्या रैक को अलग करें। तीसरे चरण में तापमान या दबाव का तीव्र परिवर्तन, धुआँ, ज्वलनशील गैस वृद्धि या कई रैक में फैलाव के संकेत हों, तो डिजाइन किया हुआ आपात बंद, निकासी, अग्निशमन सूचना और प्रवेश नियंत्रण लागू करें।

यहाँ केवल AND तर्क पर अड़े रहने से एक सेंसर की विफलता के कारण वास्तविक घटना छूट सकती है और केवल OR तर्क अपनाने से झूठे अलार्म बढ़ते हैं। अधिक यथार्थवादी तरीका सेंसर-वार विश्वसनीयता और जोखिम स्तर को भार देना है। उदाहरण के लिए, CO₂ की बहुत तेज वृद्धि और उसी रैक में वोल्टेज असामान्यता को ऊँचा अंक दें, जबकि केवल धीरे बदलती कक्षीय CO₂ के लिए कम अंक दें। सेंसर का स्व-निदान विफल होना या संचार टूटना भी जोखिम अंक में शामिल होना चाहिए। अलार्म के बाद कच्चे रुझान, वेंटिलेशन स्थिति, BMS घटनाएँ और समय-सिंक्रनाइज़ रिकॉर्ड सुरक्षित रखें, ताकि कारण विश्लेषण और सीमा सुधार में उपयोग हो सके।

स्थापना और कमीशनिंग सेंसर विनिर्देश से अधिक महत्वपूर्ण हैं

अच्छे सेंसर को गलत जगह लगाने से प्रारंभिक चेतावनी देर से मिलती है। डिजाइनर को पहले सेल वेंट की दिशा और मॉड्यूल के आंतरिक प्रवाह-पथ की पुष्टि करनी चाहिए। फिर सामान्य कूलिंग एयर और आपात निकास एयर गैस को कहाँ ले जाती है, इसका धुआँ दृश्यांकन या ट्रेसर-गैस परीक्षण से सत्यापन करें। सेंसर रैक या कैबिनेट के भीतर संभावित संग्रह बिंदुओं, साझा निकास डक्ट और कक्ष के प्रतिनिधि बिंदुओं पर पदानुक्रम में लगाए जा सकते हैं। केवल एक बिंदु की सांद्रता देखने के बजाय सेंसरों के बीच पहुँचने का समय और स्थानिक ढाल देखने से समस्या रैक को जल्दी सीमित किया जा सकता है।

कमीशनिंग में सामान्य लोड, अधिकतम वेंटिलेशन, वेंटिलेशन बंद और आने-जाने वाले लोगों में परिवर्तन जैसी वास्तविक परिचालन अवस्थाओं में पृष्ठभूमि मान दर्ज करें। सेंसर प्रतिक्रिया समय केवल मापन तत्व के विनिर्देश से नहीं, बल्कि सैंपलिंग ट्यूब की लंबाई, पंप प्रवाह, फिल्टर और एनक्लोजर रिसाव से तय होता है। केवल परीक्षण गैस को सेंसर के ठीक सामने रखकर कैलिब्रेशन करने से तंत्र की प्रतिक्रिया सत्यापित नहीं होती। जहाँ संभव हो, सुरक्षित ट्रेसर गैस को अनुमानित उत्सर्जन बिंदु पर डालकर पहचान, प्रेषण, अलार्म और ऑपरेटर पुष्टि तक का कुल समय मापें। यदि परीक्षण परिणाम लक्ष्य अग्रिम समय पूरा न करें, तो स्थान, सैंपलिंग प्रवाह और तर्क समायोजित करें।

रखरखाव और झूठे अलार्म का प्रबंधन

CO₂ NDIR सेंसर अपेक्षाकृत स्थिर हों तब भी रखरखाव-मुक्त उपकरण नहीं हैं। निर्माता-निर्धारित अंतराल पर शून्य और स्पैन जाँचें तथा प्रकाशीय भाग का प्रदूषण व संघनन, पंप और फिल्टर, ट्यूब रिसाव जाँचें। सामान्य सांद्रता पर स्थिर दिखने वाला सेंसर भी सुरक्षित नहीं है। यदि मान लंबे समय तक अस्वाभाविक रूप से सपाट हो या निकटवर्ती सेंसर से असंगत हो, तो अवरोध, संचार त्रुटि या कैलिब्रेशन विफलता हो सकती है। अलार्म बायपास स्थिति और कैलिब्रेशन की देय तारीख संचालन डैशबोर्ड पर स्पष्ट होनी चाहिए।

झूठे अलार्म हटाने की वस्तु नहीं, डिजाइन को सिखाने वाला डेटा हैं। कर्मियों की श्वास, फोर्कलिफ्ट निकास, सफाई एजेंट, वेल्डिंग और HVAC परिवर्तन जैसी किस गतिविधि ने किस सेंसर को प्रभावित किया, यह दर्ज करने से अलार्म तर्क अधिक परिष्कृत हो सकता है। लेकिन झूठे अलार्म दोहराने पर बिना आधार सीमा बढ़ानी नहीं चाहिए। पृष्ठभूमि कारण अलग करें, सेंसर स्थान और परस्पर-सत्यापन शर्तें बेहतर करें, फिर परिवर्तन से पहले और बाद की तुलना अनुकरण परीक्षण से करें। अलार्म पर जिम्मेदार व्यक्ति की स्क्रीन में केवल वर्तमान मान नहीं, बल्कि हाल की वृद्धि-दर, आधाररेखा, संबंधित BMS अलार्म, सेंसर स्थिति और सुझाई गई कार्रवाई भी दिखनी चाहिए।

CO₂ को ‘एक मत’ नहीं, ‘एक परत’ की तरह डिजाइन करें

CO₂ का वास्तविक मूल्य आग बड़ी हो जाने के बाद उसकी मौजूदगी की पुष्टि करना नहीं है। मूल्य यह है कि जिस क्षण सेल असामान्य प्रतिक्रिया शुरू कर वेंटिंग करता है, उसे पकड़कर अगले कदम को पहले शुरू किया जाए। अनेक प्रयोगों में CO₂ प्रमुख वेंट गैस के रूप में देखा गया और NDIR सेंसर ने चयनात्मक तथा निरंतर मापन माध्यम दिया। इसलिए बैटरी कक्ष और ESS कैबिनेट की प्रारंभिक चेतावनी डिजाइन में CO₂ ऐसा संकेत है जिसे छोड़ना कठिन है।

फिर भी निर्णय CO₂ के एक अंक से नहीं होना चाहिए। रसायन-विशिष्ट उत्सर्जन विशेषताओं, SOC, वेंटिलेशन, पृष्ठभूमि सांद्रता और सेंसर स्थिति को स्थल परीक्षण से शामिल कर वोल्टेज·करंट·तापमान·VOC·CO·H₂·धुआँ·दबाव सूचना के साथ समय-अक्ष पर जोड़ना चाहिए। सर्वोत्तम तंत्र वह नहीं जो सेंसर से घटना को ‘सही-सही भाँप’ ले, बल्कि वह है जो अनिश्चित प्रारंभिक संकेत को चरणों में विश्वास में बदले और मनुष्यों को सुरक्षित हस्तक्षेप का समय दे। CO₂ इस निर्णय-जाल की पहली महत्वपूर्ण आवाज़ हो सकती है, किंतु इसे अन्य आवाज़ों के साथ ही सुनना चाहिए।

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